(1)提高H13鋼的材質(zhì)質(zhì)量
采用清潔鋼冶煉工藝,降低雜質(zhì)元素含量,提高H13模具鋼的純凈度,如用廢鋼冶煉,要求硫、磷量低,嚴(yán)格控制有害元素As、Sn、Pb、Bi、Sb、Cu含量。采用電爐冶煉+精煉(LF+VD)及電渣重熔;吹氬攪拌,造合成渣,選用合適的脫氧劑;燒注過(guò)程中加入變質(zhì)劑、保護(hù)澆(防止二次氧化),控制澆注溫度,選用合適錠型尺寸的模具。
國(guó)外優(yōu)質(zhì)的H13鋼Ws為0.008%~0.005%,wp≤0.025%;特優(yōu)的H13鋼ws≤0.003%,wp≤0.015%;雜質(zhì)含量水平達(dá)到1~1.5級(jí)。硫量的降低能提高模具的耐熱疲勞性和抗破裂性能。
經(jīng)上述冶煉、燒注工藝的鋼錠,大大改善了鑄態(tài)組織的碳化物的分布,結(jié)晶組織細(xì)化,偏析減少,材質(zhì)質(zhì)量大大提高,即提高了純凈度及化學(xué)成分和組織的均勻性。
(2)改善H13鋼亞穩(wěn)共晶碳化物的形態(tài)、大小和分布,降低碳化物的帶狀偏析。
H13鋼雖屬過(guò)共析鋼、非共晶鋼,但由于碳及合金元素的嚴(yán)重偏析,會(huì)導(dǎo)致大塊狀(嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)多角狀)亞穩(wěn)共晶碳化物(液析碳化物)的出現(xiàn)。另外,由于鑄錠的枝晶偏析,鍛后退火有碳化物聚集成帶狀分布。
通常可以對(duì)鋼錠或鋼坯進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散處理,即均質(zhì)處理(均勻化退火),改善成分和組織的不均勻,減少元素的偏析(C、Cr、Mo)。
選用較大鍛比及反復(fù)鐓拔、多向鍛造,增大變形量,不僅改善組織、力學(xué)性能,而且可以破碎大塊狀亞穩(wěn)共晶碳化物。通常鍛比為3~5。
采用組織細(xì)化處理,高溫固溶后短時(shí)等溫球化或高溫回火。
通過(guò)上述工藝措施大大改善了碳化物的形態(tài)、大小和分布,并且提高了模塊性能等向性,使模、縱向的韌性比在80%~90%以上。
(3)提高H13鋼模具的熱處理質(zhì)量
H13鋼模具熱處理在以下環(huán)節(jié)需多加注意。
1)針對(duì)模具的服役條件,正確選擇淬火加熱溫度,要求韌性較高的模具常選用下限的加熱溫度(1020℃左右),要求熱硬性為主的模具常選用上限的加熱溫度(1050℃左右)。
2)避免二次碳化網(wǎng)的出現(xiàn)。二次碳化物網(wǎng)出現(xiàn)可能有兩種情況:①原始組織中碳化物網(wǎng)嚴(yán)重,若加熱溫度不高或加熱時(shí)間不足,部分碳化物還殘存在晶界上(細(xì)網(wǎng)能全溶,粗網(wǎng)可能不全溶),淬后回火有所加粗;②高溫加熱奧氏體化后,約在950~750℃溫度區(qū)間內(nèi)淬火冷卻相對(duì)較緩慢,在冷卻過(guò)程中沿晶析出二次碳化物。這兩種網(wǎng)狀碳化物均會(huì)對(duì)模具造成危害,常導(dǎo)致脆性開(kāi)裂。顯微組織上區(qū)分,前者網(wǎng)孔一般較粗大,網(wǎng)絡(luò)較粗肥,多半不全封閉;后者網(wǎng)孔較小,網(wǎng)絡(luò)細(xì)瘦,全部或局部形成封閉或網(wǎng)絡(luò)。
4Cr5MoSiV1鋼雖是一種空冷硬化鋼,但為了避免在模具心部晶界上析出碳化物,對(duì)形狀簡(jiǎn)單及淬火畸變要求不高、尺寸較大的模具可以采用油淬。采用分級(jí)淬火的溫度以350~500℃為宜,如分級(jí)溫度選在500~560℃時(shí),雖可減少畸變,但在晶界上會(huì)析出碳化物,使韌性降低。
3)避免出現(xiàn)貝氏體脆性。冷卻中尤其模具心部應(yīng)避免出現(xiàn)大量上貝氏體組織,因其高溫回火后常出現(xiàn)貝氏脆性。這在模塊淬火冷卻介質(zhì)、冷卻方法選擇上應(yīng)加以注意(如分級(jí)淬火的溫度、時(shí)間等的選擇)。
4)避免在低沖擊值范圍內(nèi)回火。4Cr5MoSiV1鋼在500℃左右回火時(shí)硬度值最高,但沖擊韌度最低,因此,通;鼗饻囟葢(yīng)高于500℃。
5)采用兩次(或兩次以上)回火。模具在淬冷到80~50℃時(shí),應(yīng)立即回火,以免冷到室溫后可能出現(xiàn)開(kāi)裂。第二次回火必須待模塊冷至80℃以下時(shí)才進(jìn)行。
回火使組織充分轉(zhuǎn)變并穩(wěn)定。一般580~640℃兩次回火,模腔硬度為44~48HRC。
適當(dāng)提高第二次回火后的冷卻速度,有利于提高韌性,延長(zhǎng)模具的使用壽命。
6)采用合適的化學(xué)熱處理方法與工藝。一般模具試模后進(jìn)行最終的滲氮或氮碳共滲處理,應(yīng)嚴(yán)格控制白亮層厚度和脈狀氮化物的形態(tài)、大小和分布,并根據(jù)工況確定合理的擴(kuò)散層深度(即滲氮層深度)。
模具從第一次滲氮或氮碳共滲后投入使用至報(bào)廢,中間還可經(jīng)過(guò)1~2次的滲氮或氮碳共滲處理(有時(shí)可結(jié)合模具消應(yīng)力處理同時(shí)進(jìn)行)。
(4)機(jī)加工、使用維護(hù)保養(yǎng)
應(yīng)留有合適的機(jī)加工切削余量,保證完全除去脫碳層,并達(dá)到一定的表面粗糙度要求。
采用電火花加工或電火花線切割模具時(shí)存在的表面變質(zhì)層或白硬層,易引起模具的變形和開(kāi)裂。對(duì)于電火花加工的模具,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行回火,其回火溫度低于最終回火溫度20~30℃,時(shí)間以2~3h為宜。為防止高溫回火時(shí)發(fā)生表面氧化,模具應(yīng)在保護(hù)氣氛或真空加熱爐中處理。對(duì)于線切割的模具,應(yīng)對(duì)切割面進(jìn)行研磨隨即及時(shí)回火(160~180℃,>2h)或噴丸后時(shí)效回火(120~160℃,6~10h)。
使用中應(yīng)注意模具的預(yù)熱與冷卻方法(采取適當(dāng)降低模面溫度而不至于使模溫上下波動(dòng)范圍過(guò)大的冷卻方法),采用合適的潤(rùn)滑劑等。
總之,提高4Cr5MoSiV1鋼模具的使用壽命是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,它包括冶金質(zhì)量、鍛造加工、預(yù)備熱處理、機(jī)械加工質(zhì)量、最終熱處理、合理的技術(shù)要求及使用維護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)。
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