热锻模具选材与制造工艺
铸造热锻模具钢的选材热处理及应用

铸造热锻模具钢的选材热处理及应用□汪新衡摘要 分析铸造热锻模具钢的化学成分、材质要求,制定出合理的热处理工艺。
铸造热锻模具的性能可以达到或超过锻造热锻模具。
关键词:铸造热锻模具钢 化学成分 热处理工艺中图分类号:TG162 文献标识码:A 文章编号:1671—3133(2004)01—0058—02Material selection and heat treatment for cast hot2working die steel□W ang XinhengAbstract Analysed chemical com position and quality requirement of the cast hot2working die steel,used properly of the heat treatment process1The properties of cast hot2working die can reach or exceed forge hot2working die,win remarkable economic benefits1K ey w ords:C ast hot2w orking die steel Chemical composition H eat treatment process 热锻模具传统的制造方法是锻造后再进行机械加工。
铸造热锻模具则是利用铸造法直接成形模具,材料利用率高,机械加工量少,模具变形小,成本低,并逐步成为新的模具制造方法,在国外获得快速发展,但国内实际应用有限,最主要的原因是铸造模具经常出现早期断裂失效,导致使用寿命的不稳定。
一、铸造热锻模具钢的选材11化学成分的选择5CrMnMo,5CrNiMo及3Cr2W8V等是我国长期使用的热锻模具钢,但如果就采用这些钢种的化学成分来生产铸造热锻模具,硬度虽可达到要求,但铸件中容易形成空洞及夹渣,冲击韧性很低,不能满足锻模的要求。
热锻造工艺流程

热锻造工艺流程主要包括以下步骤:
1. 原料准备:选择适当的原材料,包括金属坯料和锻造辅助材料。
金属坯料通常为各类金属合金或纯金属,根据需要可以采用不同的规格和形状,例如圆钢、方钢、板材、管材等。
锻造辅助材料包括模具、润滑油、冷却水等。
2. 加热:将金属坯料放入加热炉中,加热到所需的温度。
加热温度和加热时间需要严格控制,避免金属材料过度加热或加热不足。
一般来说,预热温度应该控制在金属材料的再结晶温度以上,但不超过其熔点。
3. 锻造:加热后的金属坯料放入锻压机或铁锤等设备中进行压制、拉伸、弯曲等变形加工,从而改变其内部组织和物理性质,最终得到所需形状和尺寸的金属制品。
这个过程可能需要多次锻造,以达到所需的形状和尺寸。
具体来说,锻造可分为自由锻造和异型锻造。
自由锻造是将金属坯料放在锻模表面上,通过手工或机械压力进行锤打、压制等加工,使其得到所需形状。
异型锻造则是采用锻模对金属坯料进行塑性变形,从而达到所需的不同形状和尺寸。
这一步可以消除应力,提高金属制品的强度和硬度,同时也有利于改善其外观质量和精度。
4. 冷却:对锻造后的金属材料进行冷却处理,以使其达到所需的硬度和强度。
冷却处理通常分为两种类型:自然冷却和人工冷却。
5. 清理:主要是去除表面氧化皮。
6. 检查:一般锻件要经过外观和硬度检查,重要锻件还要经过化学成分分析、机械性能、残余应力等检验和无损探伤。
需要注意的是,热锻造工艺流程可能因具体的产品和工艺要求而有所不同,上述步骤只是一般性的描述。
在实际操作中,应根据具体情况进行调整和优化。
锻造工艺过程及模具设计

锻造工艺过程及模具设计1. 引言锻造是一种通过对金属材料施加压力,使其产生塑性变形,从而得到所需形状和性能的工艺方法。
锻造工艺及模具设计在制造业中具有广泛的应用。
本文将介绍锻造的工艺过程和模具设计的基本原理和方法。
2. 锻造工艺过程2.1 热锻工艺热锻是指在高温下进行的锻造工艺。
其基本过程包括预热、装料、锻造和冷却四个步骤。
2.1.1 预热预热是将锻造原料加热至一定温度,以提高其塑性和降低锻造压力。
预热温度的选择取决于材料的类型和要求。
2.1.2 装料装料是将预热好的原料放置在锻造模具上,以准备进行下一步的锻造操作。
装料时需要考虑材料的定位和固定,确保锻造过程中的准确性和一致性。
2.1.3 锻造锻造是通过对装料施加压力,使其发生塑性变形,从而得到所需形状和性能的过程。
在锻造过程中,需要控制加压力、防止材料裂纹和变形等问题。
2.1.4 冷却冷却是将锻件从锻造中取出后,使其慢慢冷却,以缓解残余应力和提高材料的硬度和强度。
2.2 冷锻工艺冷锻是指在室温下进行的锻造工艺。
与热锻相比,冷锻可以更好地控制材料的性能和形状,并且不需要进行预热和冷却,节约能源。
2.2.1 材料的选择冷锻对材料的要求较高,一般选用具有良好塑性和变形能力的材料,如铝、铜等。
2.2.2 模具的设计冷锻模具的设计需要考虑以下几个方面:模具材料的选择、模具结构的设计、模具的可制造性和可维修性等。
3. 模具设计3.1 模具的分类模具按照其所用材料的不同可以分为金属模具、木模具和塑料模具等。
其中金属模具是最常用的一种,具有强度高、耐磨性好的特点。
3.2 模具结构的设计模具的结构设计包括上模、下模和侧模的设计。
上模是与锻件上表面接触的模具,下模是与锻件下表面接触的模具,侧模用于锻造中需要有孔的部位。
3.3 模具材料的选择模具材料的选择需要考虑模具的使用寿命、成本和性能要求等。
常用的模具材料有工具钢、合金钢和铸铁等。
3.4 模具的制造工艺模具制造工艺包括模具的加工和装配过程。
热作模具材料及热处理

理 b与温室比较下降近一半。
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(一) 5CrNiMo钢
模 2.工艺性能
具 材
5CrNiMo钢的临界点:Ac1为730ºC;Ac3为780ºC; Ms为230ºC。
料 (1)锻造:
及
市场上供应的钢材存在着纤维组织,直径越
热 大,偏析就越严重。锻造时应交替锻粗和拔长,
处 其交替进行的次数应不少于2—3次。锻坯的加热
理 制造形状复杂、冲击载荷较重的大型及特大型锻
模(最小边长>400mm)。
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(二)5CrMnMo钢
模
具 1.力学性能
材
考虑到我国的资源情况,为节省镍而研
料 制成的5CrMnMo钢。其强度略高于
及 CrNiMo钢,但用锰代镍降低了其在常温及
热 较高温度下的塑性和韧性,而且5CrMnMo
处 钢的淬透性比5CrNiMo钢的淬透性要低,
9
3.2 热作模具材料及热处理
模
具 一、低耐热高韧性热作模具钢及热处理
材 料
主要用于锤锻模、平锻机锻模、大型压力机锻模
等,是在高温下通过冲击加压强迫金属成形的工 具,锻模型腔与炽热的工件表面会产生剧烈摩擦。
及 由于在锻造过程中,模具型腔表面与被加热到很
热 高温度的锻坯接触,使模具表面常生温到300一
(3)淬火;在加热温度为840ºC一860ºC时油淬,冷却至
理 150—180ºC出油并立即回火。为减少变形及开裂,淬火
时可先预冷到740-780ºC左右再入油淬火。
(4)回火:回火工艺如图4—2所示。
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(二)5CrMnMo钢
模
表4-2 5CrMnMo钢的回火工艺
具
材
料
热锻模具工艺及其要点

热锻模具加工工艺及其要点1:下料根据生产指令按规定材料及尺寸下料。
要点:检查原材料1)外表应无压伤、疤痕、深度划伤、夹皮等缺陷。
2)内部应无裂纹、皮下气泡、夹层等缺陷。
2:自由锻根据生产指令按规定尺寸锻造。
要点:1)加热:快速加热,但应烧透且应加热温度均匀;加热中翻动2~3次;工件间隙≥原始圆形毛坯直径d(或原始方形毛坯边长a);加热时间按d(或a)min,注:d为原始圆形毛坯直径(a为原始方形毛坯边长),即每1㎜加热1min;避免与不同材料的毛坯同炉加热。
2)火次:五火十锻。
3)温度:加热温度:1120~1150。
始锻温度:1070~1100℃。
终锻温度:850~900℃。
4)打击力度:始锻开锤轻击以清除加热氧化皮,确保成形后锻坯有良好的表面质量;拔长或镦粗时均匀进给,锤击轻重一致,避免温共5页第1页度过低时猛烈锻打或进行大变形量锻击而产生裂纹。
成形锻坯结束锻造时终锻温度可取终锻温度下限或更低一些,但只限于最后锻坯的修整、校形,以轻击为主,低温下,碳化物较脆、易碎,在许用终锻温度下,锻打有益,但操作危险应注意安全。
5)锻造比以大于2的锻造比进行变向反复镦拔。
6)冷却成型锻坯堆放冷却时,保证地面干净整洁,严禁在潮湿的地面上放置。
7)加工余量成型锻坯应保证端面单边有效加工余量3㎜,径向单边有效加工余量5㎜。
3:退火采用完全退火,用以消除应力,降低硬度,改善切削加工性能。
温度:840~860℃。
保温时间:2~3小时。
缓慢冷却至500℃以下时出炉,空冷至室温。
确保硬度:≤HB2294:车加工(粗车)根据图纸按规定尺寸加工。
要点:1)各部加工余量不应低于1.0~1.5㎜。
2)加工外表面粗糙度在Ra3.2以内,内表面粗糙度在Ra3.2 以内。
3)粗车毛坯不允许有尖角,尖角处在保证加工余量的前体下均以R3~6过渡。
5:铣削及标识按规定铣标识平面,表面粗糙度不应低于Ra3.2。
标识应清晰可辨,保证配模后能够完全保留标识字迹。
热锻车间工艺流程

热锻车间工艺流程热锻是一种金属加工工艺,通过加热金属至一定温度后施加一定压力,使金属发生塑性变形,用以制造各种零部件。
热锻车间是进行热锻工艺的地方,工艺流程包括原材料准备、加热、锻造、冷却等环节。
下面是一个详细的热锻车间工艺流程。
首先,原材料准备。
根据产品要求,选择合适的金属材料,如碳素钢、合金钢、铝合金等。
根据产品形状和尺寸,将原材料锯切成合适的长度和宽度,以便后续的加工。
接下来是加热环节。
将原材料放入电炉或火炉中进行加热。
加热温度的选择要根据金属材料的性质和产品要求,通常为材料的再结晶温度或高于再结晶温度。
加热时间也需根据加热温度和材料的厚度和尺寸进行调整,以确保材料均匀加热。
加热后,将材料移入锻压机前的锻模中。
锻模是一种金属工具,用于对金属材料进行形状和尺寸的锻造。
在锻造过程中,需要施加强力压力使材料变形。
锻压机通常由压力机、液压系统和控制系统组成,能够提供足够的压力和控制锻造过程。
在锻造过程中,需要根据产品要求和锻造材料的性质进行合理的锻造温度和锻压时间控制,以确保产品的质量和机械性能。
锻造时的压力和速度也要根据产品的形状和尺寸进行调整,以避免材料的撕裂或过度变形。
锻造完成后,需要进行冷却。
冷却的目的是使金属材料在锻造过程中产生的热量迅速散发,防止材料过热和变形。
冷却方式通常有水淬和自然冷却两种。
对于一些需要保持特定形状的产品,还需要进行定形处理,如回火或正火。
最后,对冷却后的锻件进行清洁和检验。
清洁可以去除锻件表面的氧化物和不纯物质,使其表面得到充分的净化。
检验是确保产品质量的重要环节,包括外观检验、尺寸测量、力学性能测试等。
对于不合格的锻件,需要进行修复或重新制造。
以上是热锻车间的工艺流程。
热锻工艺在制造业中有着广泛的应用,可以制造各种复杂形状和高强度的金属零部件。
随着技术的发展,热锻工艺也在不断进步,新的设备和工艺不断涌现,为金属加工行业提供了更多的选择和机会。
热锻模工艺

热锻模工艺热锻模工艺是一种利用加热后的金属材料,通过压力变形来制造金属件的工艺方法。
它主要通过电火花机床、数控加工中心以及热处理工艺来完成。
在整个热锻模工艺中,压力是重要的作用因素,它能够抵御材料的弹性变形,并使得材料在变形过程中得到塑性变形,最终成形制造出金属零件。
整个热锻模工艺可以分为五个主要阶段:材料选择、热处理、加工、热锻以及精加工。
首先是材料选择。
这是非常重要的一步。
在选择材料时,需要考虑几个方面:首先是材料的力学性能和化学性质,其次还要考虑材料的加工性能以及成本。
这些因素将直接影响到最终制造出来的产品的质量、成本和使用寿命等方面。
其次是热处理。
在这个阶段,材料将需要进行热处理。
热处理能使材料的宏观组织结构发生改变,不同的温度和时间条件下,能够控制材料的硬度、韧性、强度等性能。
这对于后续的加工和热锻来说,都是非常有利的。
加工阶段是热锻模工艺中的第三个阶段。
在这个阶段中,需要将材料进行切削加工,将其加工成为所需要的形状。
这个过程通常采用电火花机床或数控加工中心来完成,是非常重要的一步。
加工过程中需要注意的是,要确保加工后的零件的尺寸和形状符合设计要求,并且表面质量要满足热锻模的要求。
第四阶段是热锻。
热锻是整个工艺的核心步骤。
在这个阶段中,需要将加工好的材料进行热锻变形,形成所需要的形状。
这个过程中需要注意的是,需要保持锻造温度的稳定性、锻造速度的稳定性以及锻造压力的稳定性,以保证最终产品的质量。
最后是精加工。
在完成热锻后,还需要进行精加工。
这个阶段的目的是去除表面的缺陷和毛刺,以确保最终产品的表面质量和性能。
总的来说,热锻模工艺是一种高效、精准的制造方法。
通过材料选择、热处理、加工、热锻和精加工这五个步骤,能够制造出符合设计要求的高质量金属部件,广泛应用于航空航天、军工、汽车、工程机械、石油化工等领域。
锻造工艺过程及模具设计

锻造工艺过程及模具设计锻造是一种通过对金属材料进行加热和塑性变形来制造零件的工艺。
它广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造等领域。
锻造工艺过程中,模具设计起着至关重要的作用。
本文将介绍锻造工艺的基本过程,并探讨模具设计的要点和技巧。
一、锻造工艺过程锻造工艺过程通常包括以下几个步骤:材料准备、加热、装料、锻造、冷却和后处理。
1. 材料准备:选择合适的金属材料是成功进行锻造的关键。
常用的锻造材料有碳钢、不锈钢、铜合金等。
在材料准备阶段,需要对材料进行清洁和切割,以便于后续的加工操作。
2. 加热:将金属材料加热至适当的温度,使其达到塑性变形的状态。
不同的金属材料需要加热到不同的温度范围,以确保其具有足够的可塑性。
3. 装料:将预热好的金属材料放入模具中。
模具是用来限制和塑性变形金属材料的工具,它的设计和制造直接影响着锻造零件的质量和形状。
4. 锻造:在加热和装料后,施加压力使金属材料发生塑性变形。
锻造可以分为冷锻和热锻两种方式。
冷锻适用于低碳钢等硬度较低的金属材料,热锻适用于高碳钢等硬度较高的金属材料。
5. 冷却:锻造完成后,将锻造件从模具中取出,进行冷却。
冷却的目的是使锻造件快速降温,以增加其强度和硬度。
6. 后处理:锻造件经过冷却后,还需要进行后处理。
后处理可以包括修整、抛光、热处理等工序,以进一步提高锻造件的性能和表面质量。
二、模具设计要点和技巧模具是锻造工艺中不可或缺的工具,其设计和制造直接关系到锻造件的质量和形状。
以下是一些模具设计的要点和技巧:1. 合理选材:模具的材料应具有足够的硬度和耐磨性,以承受锻造过程中的高温和高压。
常用的模具材料有合金工具钢、合金铸钢等。
2. 结构简单:模具的结构应尽可能简单,便于制造和维修。
过于复杂的结构会增加制造难度,降低模具的使用寿命。
3. 合理布局:模具的布局应合理,使得锻造过程中的力分布均匀。
同时,还要考虑模具的强度和刚度,以避免变形和破坏。
4. 充分利用材料:在模具设计中,应尽量减少废料的产生,充分利用材料。
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热处理不当是导致模具早期失效的重要原因,据某厂统计,其约占模具早期失效因素的35%。
模具热处理包括锻造后的退火,粗加工以后高温回火或低温回火,精加工后的淬火与回火,电火花、线切割以后的去应力低温回火。
只有冷热加工很好相互配合,才能保证良好的模具寿命。
模具型腔大而壁薄时需要采用正常淬火温度的上限,以使残留奥氏体量增加,使模具不致胀大。
快速加热法由于加热时间短,氧化脱碳倾向减少,晶粒细小,对碳素工具钢大型模具淬火变形小。
对高速钢采用低淬、高回工艺比较好,淬火温度低,回火温度偏高,可大大提高韧性,尽管硬度有所降低,但对提高因折断或疲劳破坏的模具寿命极为有效。
通常cr12mov钢淬火加热温度为1000℃,油冷,然后220℃回火。
如能在这种热处理以前先行热处理一次,即加热至1100℃保温,油冷,700℃高温回火,则模具寿命能大幅度提高。
我们在70年代初期对3cr2w8v钢施行高淬、高回工艺热处理钢丝钳热锻模具也取得良好效果,寿命提高2倍多。
采用低温氮碳共渗工艺,表面硬度可达1200hv,也能大大提高模具寿命。
低温电解渗硫可降低金属变形时的摩擦力,提高抗咬粘性能。
使用6w6mo5cr4v钢制作冷挤压凸模,经低温氮碳共渗后,使用寿命平均提高1倍以上,再经低温电解渗硫处理可以进一步提高寿命50%。
模具淬火后存在很大的残留应力,它往往引起模具变形甚至开裂。
为了减少残留应力,模具淬火后应趁热进行回火,回火应充分,回火不充分易产生磨前裂纹。
对碳素工具钢,200℃回火1h,残留应力能消除约50%,回火2h残留应力能消除约75%~80%,而如果500~600℃回火1h,则残留应力能消除达90%。
某厂crwmn钢制凸模淬火后回火1h,使用不久便断裂,而当回火2.5h,使用中未发现断裂现象。
这说明回火不均匀,虽然表面硬度达到要求,但工作内部组织不均匀,残留应力消除不充分,模具易早期破裂失效。
回火后一般为空冷,在回火冷却过程中,材料内部可能会出现新的拉应力,应缓冷到100~120℃以后再出炉,或在高温回火后再加一次低温回火。
表面覆层硬化技术中的pvd、cvd近年来获得较大的进展,在pvd中常用的真空蒸镀、真空溅射镀和离子镀,其中离子镀层具有附着力强、浇镀性好,沉积速度快,无公害等优点。
离子镀工艺可在模具表面镀上tic、tin,其使用寿命可延长几倍到几十倍。
离子镀是真空蒸膜与气体放电相结合的一种沉积技术。
空心阴极放电法(hcd法)是先用真空泵抽真空,再向真空泵通入反应气体,并使真空度保持在10-5~10-2pa范围内,利用低压大电流hcd电子枪使蒸发的金属或化合物离子化,从而在工作表面堆积成一层防护膜。
为提高镀敷效率,一般在工件上施加负电压。
锻模的表面处理技术国内应用不太多,这一领域大有开发的必要。
整体模腔的渗碳、渗氮、渗硼、碳氮共渗以及模腔局部的喷涂、刷镀和堆焊等表面硬化支持都是很有发展前途的,突破这一领域将使我国制模技术得到很大提高。
模具失效以后的焊补技术,国内90年代初期就有工厂进行研究和应用,如青海锻造厂,焊补后的锻模寿命可提高1倍。
热锻模具选材与制造工艺探讨摘要:本文主要介绍了锤锻和热挤压类热锻造模具选材的一般规律和方法;同时针对目前相关模具寿命较低的问题,从热加工、冷热加工配合角度,提出了相应工艺优化的措施和方法。
一前言模具是实现少、无加工先进制造技术中的重要工艺装备,在现代工业生产中得到广泛应用。
从使用情况表明:模具的质量在很大程度上取决于模具的选材、热处理工艺。
按照模具的使用条件分类包括:冷成型模具(包括挤压模具、冷拉模具、冷锻或冷镦模具)、温锻模具、热锻模具、塑料成型模具、铸造模具等等。
本文主要阐述热锻模具的选材和制造工艺(尤其是热处理工艺)。
二失效方式热锻模具的主要失效形式有:变形、热疲劳、热磨损、断裂四种。
(1) 变形:指在高温下毛坯与模具长期接触使用后模具出现软化而发生塑性变形。
表现特征为塌陷。
工作载荷大、工作温度高的挤压模具和锻造模具凸起部分容易产生这类缺陷。
(2) 热疲劳:指在环境温度发生周期性变化条件下工作的模具表面出现网状裂纹。
工作温差大,急冷急热反复速度快的热锻模具容易出现热疲劳裂纹。
(3) 断裂:指材料本身承载能力不足以抵抗工作载荷而出现失稳状态下的材料开裂,包括脆性断裂、韧性断裂、疲劳断裂和腐蚀断裂。
热锻模具的断裂(尤其是早期断裂),与工作载荷过大、材料处理不当以及应力集中等相关。
(4) 热磨损:为模具工作部位与被加工材料之间相对运动产生的损耗,包括尺寸超差和表面损伤。
模具工作温度、模具的硬度、合金元素以及润滑条件等影响模具磨损。
相对运动剧烈和凸起部位的模具容易产生磨损失效。
三选材一般规律和热处理技术要求根据热锻模具的一般失效形式,模具选材上主要考虑热硬性、强韧性、淬透性、脱碳敏感性、热疲劳性能等。
从热处理角度:耐磨性、硬度、热处理变形、表面脱碳等。
这里只介绍几种最主要的性能。
1、热硬性,也叫红硬性是指模具在受热或高温条件下保持组织和性能稳定,具有抗软化的能力,它主要取决于材料化学成分和热处理制度,一般这类钢材中含有较高的V, W, Co,Nb, Mo等高熔点和易形成多元碳化物元素。
2、强度和韧性主要根据模具的承载要求考虑,钢的晶粒度,碳化物的数量、形态、大小、分布以及残余奥氏体的含量等对模具的强度和韧性有很大影响。
它主要取决于钢材的化学成分、冶金质量(如气体含量、夹杂物、S、P含量等)、组织状态(合理的球化退火,改善组织的均匀性和碳化物的形态)和热处理工艺合理运用。
3、淬硬性和淬透性:淬硬性是指材料淬火后所能够达到的硬度范围,主要与材料的碳含量有关。
而淬透性是指材料在淬火后得到马氏体组织的能力,它主要取决于钢的化学成分。
根据模具使用条件各有侧重,如对要求表面高硬度的冲裁模具,淬硬性显得更重要,对于要求整个截面具有均匀一直性能的热锻模具,则淬透性更重要。
当然,影响热锻模具寿命的因素很多,在选择材料时,应根据热锻模具的具体工作条件合理选用,下表为两种主要模具常用选材:具体不同模具材料的用途、使用温度范围、适用推荐硬度范围,可以参考《机械工程手册》。
四加工工艺及其对模具寿命的影响一般模具制造工艺流程:落料、锻造+球化退火处理—机加工—淬火、回火处理—(深冷处理)—精加工(包括电脉冲加工)—研磨、抛光处理—离子氮化处理。
合理的模具制造工艺流程:落料、锻造+球化退火处理—机加工—真空淬火、回火处理(目的减小热处理变形)—(深冷处理)—研磨、抛光处理—离子氮化处理。
2.1 落料、锻造+球化退火:钢厂提供的模具材料一般为锻坯形式或棒材,其内部组织中碳化物呈沿晶界网状分布,这种组织,如果不经过进一步的锻造加工,使用时,裂纹容易沿晶界萌生并扩张,降低模具的承载能力,最终导致模具的早期断裂。
通过锻造和随后的球化退火处理,形成均匀、细小、弥散分布的碳化物,改善模具内部的组织条件,尤其是碳化物分布,为最终热处理准备组织条件,避免局部的应力集中产生热处理开裂,同时有助于提高模具的寿命,解决断裂和龟裂问题。
下图为几种模具材料的快速球化退火工艺(球化退火工艺的温度范围可以参考〈热处理手册〉或〈机械工程手册〉)。
图1 快速球退火工艺T1 :3Cr2W8V, 1050℃;3Cr3Mo3VNb, 1030℃;5Cr4W5Mo2V, 1100℃T2:3Cr2W8V, 850~870℃;3Cr3Mo3VNb, 850~870℃;5Cr4W5Mo2V, 850~870℃2.2 精加工:除非模具过于复杂,最好切削加工安排在热处理之前,目的在于避免机械加工过程中在表面形成的拉应力,导致模具疲劳性能的降低。
电脉冲加工为材料的熔化加工过程,加工后容易在表面形成熔化层和热影响层,降低模具表面的硬度、耐磨性,减小热处理表面形成的压应力而降低模具的热疲劳性能,因此热处理后一般最好不再进行电脉冲加工或者减小加工余量或者采用加工后研磨、抛光的方式减小表面加工层的影响,以避免切削加工,尤其是电脉冲加工对模具表面损伤而影响模具寿命。
2.3 热处理:一般模具的热处理温度和时间可以参考〈热处理手册〉或〈机械工程手册〉。
需要注意的是(1) 热处理应采用合理的工艺减小热处理变形(一般采用多段加热工艺,同时防止加热开裂),同时考虑所采用的热处理方式,应避免合金元素的蒸发,在材料淬透性允许的条件下,尽可能采用真空热处理、气体淬火技术,减小热处理变形,避免热处理后较大的加工余量,导致表面过热,影响模具寿命。
但对淬硬性较差材料或存在高温下易挥发元素的材料,如含高Ni 等,宜采用盐浴热处理。
(2) 推荐采用超饱和渗碳热处理技术,即应用渗碳技术,阻止热处理表面脱碳,同时提高表面的耐磨性,并利用渗碳淬火后,表面形成高压应力,提高模具的疲劳抗力。
(3) 模具材料中一般含有较高的Cr,Mo,V,W,Nb等高温、强碳化物形成元素,从而提高模具的强度、红硬性等性能,在热处理回火处理中,具有明显的二次硬化特性,即在低温回火和高温回火形成两次高硬度。
因此根据模具的实际使用温度范围,可以选择性应用回火温度,但是对于热锻模具应采用高温回火工艺,以避免二次回火硬化效应导致使用过程中模具性能的降低。
另一方面,也由于模具材料中一般含有较高的Cr,Mo,V,W,Nb等高温、强碳化物形成元素,具有很强的抗回火性能,因此需要进行多次的回火,避免回火不充分引起早期的失效(断裂和龟裂),一般要求至少2次高温回火(更多采用三次回火工艺)。
图2为3Cr2W8V热锻模具的热处理工艺曲线。
T1 :550~560℃;T2 :820~830℃;T3:1070~1090℃;T4:560~580℃;T5:220~260℃;T6:220℃;P1: 淬火(油冷或气冷),其余:空冷t1: 120;t2: 60;t3: 10;t4: 15;t5: 30;t6:120~180;t7: 120。
2.4喷丸、研磨、抛光处理:淬火、回火后、表面热处理前,进行喷丸处理,可以形成表面压应力层,改变淬火、回火处理后的表面拉应力状态;进行模具抛光处理,可消除模具加工表面缺陷而提高模具寿命,一般采用人工加工。
2.5离子氮化:提高模具疲劳性能和耐磨性,最好采用N2而不采用NH3,避免H+对模具的氢脆作用。
离子氮化温度一定要低于淬火后的回火温度,以避免模具基体硬度的降低和模具的变形,从而导致模具的失效。
2.6 深冷处理(液氮处理):原理是降低残余奥氏体、形成表面压应力、提高硬度和表面耐磨性、疲劳性能。
但需注意安全(液氮使用不当,会对人体产生烧伤)。
深冷处理的一般规范:模具(室温状态)——液氮(-196℃)/2小时——自然回到室温——160~170℃/4小时——空冷。
当然,热锻模具在使用开始和过程中,由于承受冷热交变过程,因此,为了提高模具的寿命,对模具的充分预热也非常重要,预热不充分或预热温度偏低将会严重影响模具使用寿命,一般预热温度为200~250℃,开始锻造前,模具预热保温时间一般不得低于1小时。