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  3Cr2W8V热模具传统的热处理工艺

  

  合金钢3Cr2W8V制作的热模具的制造工艺流程为:下料→锻造→退火→机加工→热处理,模具热处理后的硬度要求为:HRC42—46。

  

  模具传统的热处理工艺为:淬火:550℃装炉(箱式电阻炉加热,加热时模腔用“生铁屑+渗碳剂”保护,以防止模腔脱碳),保温40min;再升温至1060℃,保温120min,然后出炉油冷至室温。

  

  回火:加热温度为580℃,保温240min(采用井式回火炉加热)。用该工艺热处理过的模具硬度符合要求,但模具寿命较短,平均使用1500次。模具费用较高,同时更换模具频繁,影响生产。

  

  我们对报废模具进行断口分析,观察到均为典型的疲劳断裂,疲劳源在刃口处,沿45°方向向心部扩展,疲劳断口面积与静力断口面积之比为1:3,在疲劳区的后部有明显的宏观浅沟。同时还观察到沿模腔轴向分布有10~20条裂纹,裂纹上宽下窄(以工作位置定),一般发展到工作区终止。疲劳断口即由其中一对裂纹(大部交成

  

  180°)处起始扩展。

  

  通过上述分析,认为模具失效的原因为:

  

  (1)从静力断口面积较大,疲劳断口后部疲劳沟较浅较宽,可以判断模具处在高应力状态下工作。

  

  (2)从模腔表面及轴向裂纹两侧出现脱碳组织判断,模腔表层工作温度可能高于3Cr2W8V的临界点Ac1(800℃)点。

  

  (3)模具工作温度较高(工件始锻温度为1200℃,终锻温度为800℃),工作时会发生组织转变,模具工作时,工作应力与组织应力、热应力叠加,在每个工作周期的某一瞬间达到大实际应力值,而增大了裂纹的产生和扩展的可能性,从而导致疲劳断裂,降低模具的使用寿命。

  

  3改进后的热处理工艺

  

  随着淬火温度的升高,淬火硬度也有所提高,低于1200℃淬火时,回火时2次硬化现象不明显。若高于此温度淬火,碳化物溶解较多,奥氏体合金度增加,从而强化了马氏体,回火时由马氏体中析出较多的弥散碳化物,2次硬化才显示出来。

  

  提高回火温度,以防止在模具使用过程中发生马氏体向屈氏体转变,以减小组织应力。由传统工艺1次回火,改为3次回火,以使淬火后,材料中低硬度的残余奥氏体较充分地转变为高硬度的2次马氏体,提高模具力学性能。

  

  改进后的热处理工艺为:

  

  淬火:550℃装炉(箱式电阻炉加热,加热时模腔用“生铁屑+渗碳剂”保护,以防止模腔脱碳),保温40min;再升温至1150℃,保温120min,然后出炉油冷至室温。

  

  回火:回火3次,每次加热温度为660℃,保温90min(采用井式回火炉加热)。

  

  用该热处理工艺处理的模具使用寿命可达4500次,降低了模具费用,提高了生产效率。

  

  苏州东锜精密模具材料有限公司是一家集模具钢材销售、配套机加工、热处理、PVD涂层处理和产品失效分析服务为一体的公司。以中国制造2025为纲领,坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针。立足苏州,走向全国。

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