热锻模具最常用的钢材是3Cr2W8V,现在有许多新的热锻模具钢材比其还好。比如:
225Cr4W5Mo2V
5Cr4W5Mo2V(RM-2)钢,ωc为5%,合金元素总的质量分数为12%,碳化物较多,以Fe3W3C为主,比3Cr2W8V钢具有更高的热强性、耐磨性及热稳定性。在硬度为40HRC时热稳定性可达700℃,但是它的碳化物分布不均匀,韧性较差。可用作精锻模、热挤压模等。
5Cr4Mo3SiMnVAl
5Cr4Mo3SiMnVAl(O12Al)钢是冷、热作兼用模具钢。该钢有较高的热硬性,热稳定性高于3Cr2W8V钢,热疲劳性也比3Cr2W8V钢优越得多。
6Cr4Mo3Ni2WV
6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2)钢是在高速钢的基体钢6W6Mo5Cr4V低碳M2钢)的基础上做适当改进,增加Ni量,降低W、Mo量研制而成的冷、热兼用基体钢。其室温及高温强度、热稳定性均高于3Cr2W8V钢,但高温冲击韧度低于3Cr2W8V钢。
4Cr3Mo3W4VNb
4Cr3Mo3W4VNb(GR)钢属于钨钼系热作模具钢,少量Nb的加入提高钢的回火抗力及热强性。它比3Cr2W8V钢有更高的屈服强度和热稳定性、冷热疲劳抗力及高温抗压强度,但是韧性较差。用作热镦、精锻模具。
3Cr2W8V钢铝合金压铸模,按常规热处理工艺为1050~1100℃加热,在70~80℃油中淬火冷却,由于热应力和组织应力的共同作用,畸变量往往过大,会增加打磨、钳修的工作量。
为控制模具淬火畸变,首先在预备热处理上做到:
1)锻后正火+高温回火。正火:880℃±10℃保温(保温时间以2min/mm计算)后空冷。高温回火:730℃±10℃保温(保温时间以4min/mm计算)后空冷,硬度200~230HB。
2)粗加工后调质处理。1100~1150℃加热(透烧后保温0.5~1h)后油冷,再在700~720℃保温(透烧后保温2h)后空冷,获均匀的索氏体组织,同时消除粗加工后的机加工应力。
3)精加工后的时效(去应力退火)。300~400℃,8~12h时效。
其次在淬火、回火上:
1)分段预热,减小淬火加热时的热应力,预热温度600~650℃及850~900℃。
2)选用较低的淬火加热温度1000~1020℃。
3)选用预冷分级热油淬火。空气预冷温度至850℃左右;分级冷却温度460~500℃;热油(130~140℃)淬火、空冷;再用100℃沸水清洗工件。
4)采用600~620℃二次回火,稳定组织。
H13钢具有良好的热强性、红硬性、较高的韧性和抗热疲劳性能及抗热裂能力,是一种强韧兼具的空冷硬化型热作模具钢,目前该钢种已成为国内外应用最广泛的热作模具钢种之一。
由于H13钢中合金元素含量达到8%左右,使共析点左移,H13钢属于过共析钢,碳及合金元素的严重偏析,特别是铬、钒元素的作用,使得该钢在凝固过程中出现不平衡的亚稳定共晶碳化物。目前很多国内生产的H13钢退火态心部组织存在粗大的共晶碳化物和成分偏析,二次碳化物聚集在晶界处,并且在局部连成链状碳化物,而共晶碳化物和二次碳化物在晶界聚集强烈影响模块的冲击性能。
因此,有必要对H13钢的退火热处理工艺开展研究,以改善退火组织,进而提高其后续使用性能。 对H13模具钢的锻后热处理研究结果表明:经常规球化退火处理后,H13钢组织粗大,显微偏析严重,球化不完全,大部分碳化物呈网状结构。
经高温正火+球化退火后,H13钢组织细化,合金元素偏析得到改善,碳化物球化率提高,碳化物更加均匀地分布在铁素体基体上。偏析和球化效果和正火温度有关,1020℃正火时,H13钢球化组织更加均匀弥散,球化效果良好,球化率可达95%以上,偏析基本消除。
热挤压用于机器零件和型材的挤压成型,主要有冲头、凹模及其他辅助部分组成,其工作条件决定于挤压设备的类型、被挤压材料的性质、加热温度及挤压工艺等因素。
(1)热挤压的工作温度
热挤压模具在挤压铜合金、钛合金时,工作温度可达600~800℃,甚至更高。
(2)热挤压工作时的冷却条件
在工作过程中,热挤压模具都被强制冷却,以免模具的温升过高。
(3)热挤压的受力条件
热挤压冲头在工作时要受到大的压力、弯矩及循环热应力的作用。凹模的模腔受大的压应力和拉应力的作用,易生脆裂,还要受到摩擦和热疲劳的作用。
如果模具型腔复杂,尺寸较大建议用合金工具钢,钢牌号:2万次用CrWMn 热处理变形相对较小,材料比较常见,
成本低。
10万次用5CrMnMo、5CrNiMo 热处理变形和
耐热性更好,良好的耐磨性
热处理:粗加工后进行调质处理,硬度达到HB250~280,然后精加工成形,淬火达到HRC62,再打磨抛光成形。
如果你的模具尺寸不大,型腔结构简单,且合模压力比较小的话,完全可以用40Cr,2万次,热处理是淬火+回火。淬火温度850~860,回火温度500,10万次,则淬火+回火+表面高频淬火(HRC58~HRC62)
(沈阳经纬工业设计有限公司)
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