高速鋼冷作模具深冷處理及應(yīng)用

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1、高速鋼冷作模具深冷處理及應(yīng)用摘要：指出了對(duì)高速鋼采用_196°C液氮深冷處理可使組織發(fā)生明顯變化，有效促使殘留奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變及超細(xì)碳化物的析出，使模具獲得較佳的綜合力學(xué)性能，深冷處理后高速鋼模具的使用壽命較常規(guī)熱處理提高三倍以上，具有十分重要的使用價(jià)值。關(guān)鍵詞高速鋼模具殘留奧氏體超細(xì)碳化物使用壽命1引言高速鋼自1990年問(wèn)世以來(lái)，一直是以制造金屬切削刀具而著稱，隨著科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)PC高速鋼的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。從60年代開(kāi)始，日本以汽車、自行車工業(yè)為中心，試用高速鋼做模具取得成功，現(xiàn)在生產(chǎn)的高速鋼約有15%用于制造模具。高速鋼主要是用來(lái)制造冷擠壓模具及冷墩壓模具，特別是Mo系高速

2、鋼比W系高速鋼韌性更加優(yōu)越。高速鋼用于模具的主要工藝難點(diǎn)在于熱處理技術(shù)的掌握。目前我國(guó)使用最廣泛的高速鋼是鎢系W18Cr4V（簡(jiǎn)稱18-4-1）鋼和鎢鉬系W6Mo5Cr4V2（簡(jiǎn)稱6-5-4-2）鋼［1］。這兩種鋼的傳統(tǒng)淬火回火工藝特點(diǎn)是：高溫淬火后需在一次硬化范圍內(nèi)回火三次，以獲得高硬度和熱硬性，工藝規(guī)范如表1所示。主要缺點(diǎn)是在某些場(chǎng)所硬度不足。為了改善模具強(qiáng)軔性，近年來(lái)高速鋼的傳統(tǒng)淬火回火工藝也發(fā)生了變革。表1高速鋼常用熱處理規(guī)格鋼號(hào)淬火加熱溫度范圍（°C）回火規(guī)范切削刀具冷作模具W18Cr4V1240-13101240-1250560°CXlhX3次W6Mo5Cr4V21200

3、-12501180-1200560°CX1hX3次2深冷處理法原理及工藝過(guò)程高速鋼的冷處理是在三十年代后期提出的，按傳統(tǒng)概念，冷處理的目的是將淬火鋼件冷卻到零下（一般為_(kāi)60°C70°C）,使鋼內(nèi)的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。過(guò)去工業(yè)上采用高速鋼冷處理主要應(yīng)用于縮短熱處理生產(chǎn)周期，即用淬火+冷處理+—次回火來(lái)代替處理方法［2］，即在-100°C196°C（液氮）處理淬火零件，其后在400°C回火一次，不必需原來(lái)2-3次的重復(fù)回火。經(jīng)深冷處理后零件的硬度和耐磨性進(jìn)一步改善，耐磨性可提高40%,既縮短回火時(shí)間，節(jié)省了能量，又明顯提高了模具使用壽命。20世紀(jì)70年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)深冷處理的研究

4、工作卓有成效，前蘇聯(lián)、美國(guó)、日本等國(guó)均已成功利用深冷處理提高工模具的使用壽命、工件的耐磨性及尺寸穩(wěn)定性。（1）深冷處理后的組織轉(zhuǎn)變。經(jīng)深冷處理的淬火高速鋼不但引起了奧氏體轉(zhuǎn)變，同時(shí)也引起了馬氏體轉(zhuǎn)變。過(guò)去幾十年來(lái)強(qiáng)調(diào)的是殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，馬氏體分解這一新發(fā)現(xiàn)可以看作近年來(lái)高速鋼深冷處理研究的新進(jìn)展。高速鋼種的馬氏體最終轉(zhuǎn)變點(diǎn)Mf非常低，例如W18Cr4V鋼的Mf點(diǎn)約_100°C，因此淬火冷卻到室溫會(huì)殘留大量的奧氏體，一般認(rèn)為鋼中殘留較多的奧氏體是有害的，會(huì)降低鋼的硬度、耐磨性及使用壽命，還使許多物理性能特別是熱性能和磁性下降。試驗(yàn)證明：采用深冷處理可使鋼中殘留奧氏體降至最低極限，由表2

5、可以看出W18Cr4V高速鋼經(jīng)淬火、回火后，深冷處理可以使回火后的殘留奧氏體量降低24%。表2不同處理工藝對(duì)W18Cr4V鋼殘留奧氏體的影響（體積百分?jǐn)?shù)％）熱處理工藝殘留奧氏體AR1280°C淬火+500°CXlhX3次回火10-196°C深冷處理前蘇聯(lián)列寧格勒工業(yè)大學(xué)研宄了-196°C液氮中15min的深冷處理對(duì)高速鋼轉(zhuǎn)變的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，_70°C75°C到-130°C140°C范圍內(nèi)進(jìn)行深冷處理時(shí)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，當(dāng)冷卻到_196°C時(shí)轉(zhuǎn)變停滯。在_90°C120°C溫度范圍內(nèi)，出現(xiàn)試樣容積的見(jiàn)效，這證明馬氏體己部分分解并在位錯(cuò)面上析出了碳原子和形成了超顯微碳化物?？梢?jiàn)，社冷

6、處理使高速鋼析出碳化物的顆粒明顯增多，且彌散均勻，W18Cr4V鋼經(jīng)深冷處理后碳化物顆粒約增加8%，W6Mo5Cr4V2鋼析出的碳化物顆粒約增加76%，基體組織亦明顯細(xì)化。(2)深冷處理對(duì)高速鋼性能的影響。深冷處理過(guò)程中，大量的殘留奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，特別是過(guò)飽和的亞穩(wěn)定馬氏體在從-1961至室溫過(guò)程中會(huì)降低過(guò)飽和度，析出彌散、尺寸僅為20-60A并與基體保持共格關(guān)系的超微細(xì)碳化物，可以使馬氏體晶格畸變減小，微觀應(yīng)力降低，而細(xì)小彌散的碳化物在材料塑性變形時(shí)可以阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而強(qiáng)化基體組織。同時(shí)由于超微細(xì)碳化物顆析出，均勻分布在馬氏體基體上，減弱了晶界催化作用，而基體組織的細(xì)化既減弱

7、了雜質(zhì)元素在晶界的偏聚程度，又發(fā)揮了晶界強(qiáng)化作用，從而改善了高速鋼的性能，使硬度、沖擊初性和耐磨性都顯著提高［3］。模具硬度高，其耐磨性也就好，如硬度由60HRC提高至62-63HRC，模具而寸磨性增加30%—40%?？煽闯錾罾涮幚砗竽＞叩南鄬?duì)耐磨性提高40%，延長(zhǎng)深冷處理時(shí)間后，在硬度沒(méi)有太大變化的情況下，相對(duì)耐磨性€有所增大［4］。(3)高速鋼模具深冷處理工藝過(guò)程為防止高速鋼模具(特別是形狀復(fù)襲的模具)在深冷處理中發(fā)生斷裂和變脆，建議淬火后的高速鋼模具