一、工模具鋼的固溶球化和固溶細(xì)化

微變形工模鋼大致上可分為兩類：中鉻微變形工模具鋼，如4Cr5MoVSi(H11、H13)；高鉻微變形工模具鋼。它們屬于萊氏體鋼，其特點(diǎn)：①鋼的組織中有大量的共晶碳化物。②淬火后常有較多的殘余奧氏體。③熱處理變形小。④耐磨性高。⑤承載力大。⑥高鉻工模具鋼與中鉻工模具鋼相比，由于共晶碳化物多于中鉻工模具鋼，所以韌性遠(yuǎn)差于中鉻工模具鋼。Crl2系列就屬于高鉻微變形工模具鋼。在實(shí)際生產(chǎn)中，韌性差、開裂報(bào)廢是高鉻微變形工模具鋼早期失效的重要原因。下面以Crl2，Crl2MoV，Crl2MO，Crl2w 系列中的Crl2為例。Crl2是一種廣泛使用的冷作工模具用鋼，但在使用中常因崩角、脆裂而早期報(bào)廢，成為生產(chǎn)中令人棘手的難題。而企業(yè)通常只從熱處理淬火溫度的上下限和保溫時(shí)間進(jìn)行調(diào)整與控制，但結(jié)果往往不如人意。我們針對Crl2工模具鋼中共晶碳化物，呈網(wǎng)狀堆集、帶狀堆集的碳化物以及粗大的角狀碳化物常采用雙重固溶的工藝，即在鍛造工序中加一次固溶，轉(zhuǎn)入熱處理工序中再進(jìn)行第二次固溶處理。下面本人就從以下幾方面來介紹改進(jìn)的方法。

1．鍛造工序中的固溶球化 針對終鍛后模具中殘存部分共晶碳化物(M C +奧氏體)及呈網(wǎng)狀堆集的部分碳化物，或輕度碳化物呈帶狀堆集，我們先采用在終鍛后把鍛坯放回加熱爐中，重新加熱到原始溫度進(jìn)行保溫，時(shí)問以不超過15～20min為限。其目的是把在鍛造過程降溫中沿奧氏體晶界析出的碳化物，全部重新溶入奧氏體中，亞穩(wěn)定的共晶碳化物也可望絕大部分溶解，并且使其成分均勻化。隨后根據(jù)鍛坯的尺寸而定，我們采用噴霧或鼓風(fēng)方法，以較快的速度將鍛坯冷至450～550℃后，立即放入已經(jīng)升溫至680～750℃的爐中進(jìn)行等溫處理， 目的是在固溶后進(jìn)行快速冷卻。如果抑止了降溫速度，碳化物將以領(lǐng)先相沿晶界析出。同時(shí),由于為了不把高溫固溶時(shí)獲得的奧氏體較粗的晶粒遺傳下去，急冷產(chǎn)物不允許是不平衡組織，因此模具冷至450～550℃后立即放人已升溫至680～750％爐中進(jìn)行等溫轉(zhuǎn)變，從而得到成分均勻、碳化物顆粒圓整(略粗些)的珠光體組織。

2．熱處理固溶細(xì)化工藝 經(jīng)過鍛造工序中高溫固溶球化后的鍛坯，經(jīng)粗加工后，在可控氣氛爐中進(jìn)行第二次固溶，這次固溶的溫度低于鍛造固溶溫度。在加熱方式上，采用階梯升溫(即中間保持溫度)，可選擇在相變點(diǎn)(Ae )稍低或者Ac ～Ac 之間進(jìn)行等溫， 目的是使鍛模件表層與心部溫差趨于平衡，為相變作準(zhǔn)備，使相變在鍛件的整體上均勻進(jìn)行。由于是中間保持的溫度較高，鍛件整體都處在塑性狀態(tài)，這樣一是可進(jìn)行快速加熱；二是可以縮短固溶時(shí)高溫停留的時(shí)間。因?yàn)殇撝袏W氏體轉(zhuǎn)變一般是由形核長大、碳化物溶解和成分均勻這樣幾個(gè)步驟來完成的，這幾個(gè)過程都是鐵、碳和合金元素的擴(kuò)散過程，而且需要一定的時(shí)間，如果在固溶溫度停留時(shí)間過長，奧氏體晶粒就會(huì)粗化。實(shí)際生產(chǎn)證明，固溶溫度保持的時(shí)間取決于鍛模心部溫度到達(dá)固溶溫度所需時(shí)間，這個(gè)時(shí)間又主要取決于中問保持后的表層與心部的溫度差，及保持后的加熱速度。當(dāng)中間保溫足夠時(shí)間使表層與心部趨于平衡，就可大大縮短鍛件在高溫停留的時(shí)間，這樣不但能使奧氏體的成分均勻，而且還不使晶粒長大。在隨后的高速冷至450～550℃后，迅速轉(zhuǎn)入650～680cC的回火爐中保溫1．5h后，再轉(zhuǎn)入720～750℃爐中保溫1．5h，接著重新轉(zhuǎn)入650～ 680℃回火爐中保溫1．5h后，隨爐降溫至500℃以下出爐空冷。

二、高合金工具鋼的化學(xué)熱處理

近年來，為了充分發(fā)揮工模具鋼的潛力，提高工模具鋼的使用壽命，如耐磨性、耐蝕性、抗咬合以及抗氧化等性能的提高，國內(nèi)外不少廠家采用化學(xué)熱處理這種有效的手段進(jìn)行滲碳、碳氮共滲、氮碳共滲、滲硼、滲鉻、滲鋁、滲硅、滲釩、碳化鈦涂覆和離子注入，以及各種類型的多元共滲和復(fù)合熱處理。這里只介紹一種最常用的化學(xué)熱處理方法—滲碳工藝操作，但這和通常滲碳工藝有所區(qū)別的是高濃度滲碳，其工模具表面的含碳量遠(yuǎn)大于1．2％ ，是一種較特殊的熱處理工藝方法。常規(guī)滲碳所采用的溫度在900～950℃ 范圍，適應(yīng)于一般低碳滲碳鋼的工藝要求。在此溫度下，鋼中鐵素體和珠光體基本都溶解于奧氏體中，奧氏體的化學(xué)成分比較均勻，而對于高合金工模具鋼，尤其是那些含有較多難溶的合金碳化物M6C7、M23C6及MC等，為了使奧氏體成分均勻，使那些較難溶的合金碳化物更多的溶解，我們采用≥1000℃的滲碳溫度。原因是M7C3、M23C6型碳化物在980℃明顯溶解，1000℃完全溶解。這樣就給實(shí)際生產(chǎn)帶來了一個(gè)難題，即在≥1000℃滲碳加熱后，因時(shí)間長使奧氏體晶粒粗化，在淬火后，沖擊韌度大大降低，達(dá)不到使用的要求。為此，我們根據(jù)不同的鋼種進(jìn)行了兩種不同的工藝操作。

三、結(jié)語

與先進(jìn)國家相比，我國的工模具制造水平還十分落后，尤其是先進(jìn)的工模具熱處理工藝的普及程度較低。關(guān)鍵因素是工模具熱處理質(zhì)量不高和不穩(wěn)定，常常影響了工模具的使用壽命和可靠性。水平低下的原因很多，材料及熱處理工藝是一個(gè)至關(guān)重要的原因。需要指出的是，高碳、高合金工模具鋼的工藝改進(jìn)方法，同樣可以用在一般高合金及中合金工模具鋼上，只要我們能打破傳統(tǒng)觀念的束縛，采用先進(jìn)設(shè)備、先進(jìn)工藝進(jìn)行熱處理，就可使工模具壽命成倍的增加。

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