[學(xué)習(xí)總結(jié)]冷作摸具鋼Cr12的復(fù)合熱處理工藝研究

1、常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要cr12冷作模具鋼常規(guī)的熱處理工藝存在著強(qiáng)度高、韌性差、淬火變形大等問(wèn)題，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理+低溫淬火的復(fù)合熱處理工藝， 很好地解決了上述問(wèn)題，延長(zhǎng)了模具的使用壽命。在低溫淬火前首先調(diào)質(zhì)處理，以細(xì)化淬火前的組織，在低溫淬火后可改善組織，獲得細(xì)化的碳化物，消除網(wǎng)狀化物，從而提高沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度;也可消除機(jī)械加工的組織應(yīng)力，防止淬火開(kāi)裂和減少淬火變形。復(fù)合熱處理是將兩種或兩種以上的熱處理工藝復(fù)合，或?qū)崽幚砼c其它加工工藝復(fù)合，這樣就能得到參與組合的幾種工藝的綜合效果，使工件獲得優(yōu)良的性能，并節(jié)約能源，降低成本，提高生產(chǎn)效率。如滲氮與高頻淬火的復(fù)合、淬

2、火與滲硫的復(fù)合、滲硼與粉末冶金燒結(jié)工藝的復(fù)合等。還有一些新的復(fù)合表面處理技術(shù)，如激光加熱與化學(xué)氣相沉積(cvd)、離子注入與物理氣相沉積(pvd)、物理化學(xué)氣相沉積(pcvd)等，均具有顯著的表面改性效果，在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用也日益增多。需要指出的是，復(fù)合熱處理并不是幾種單一熱處理工藝的簡(jiǎn)單疊加，而是要根據(jù)工件使用性能的要求和每一種熱處理工藝的特點(diǎn)將它們有機(jī)地組合在一起，以達(dá)到取長(zhǎng)補(bǔ)短、相得益彰的目的。關(guān)鍵詞：cr12；冷作模具鋼；復(fù)合熱處理；萊氏體鋼第1頁(yè) 共38頁(yè)常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要title: cold die cr12 composite heat treat

3、ment processabstract: there are high strength, toughness is bad, the deformation of the problems of quenching, through the quenching and tempering treatment of low temperature quenching + composite heat treatment process, solves the problem and prolong the service life of the die. in the low tempera

4、ture quenching and tempering treatment before the first, to the organization of the refined before quenching, in the low temperature after quenching can improve the organization. composite heat treatment is to two or more heat treatment process complex, or heat treatment and other processing technol

5、ogy will compound, so they could get involved in the process of the combination of several comprehensive effect, to make the work get excellent performance, and to save energy and reduce the cost, improve the production efficiency. such as nitrogen and high frequency quenching permeability of the co

6、mpound, quenching and permeability of the sulfur compound, boriding and metallurgical powder sintering process of the compound, etc. and some new composite surface treatment technology, such as laser heating and chemical vapor deposition (cvd), ion implantation and physical vapor deposition (pvd). n

7、eed to point out is, and not a single compound heat treatment several the simple sum of heat treatment process, but according to the use of performance requirements and each kind of heat treatment process characteristics of them organically together, in order to achieve the purpose of complementarit

8、y and bring out the best in each other.keywords：cr12；cold working die steel；mltiplex heat treatment；ldeburite steeldie steel；mltiplex heat treatment；ldeburite steel目錄第一章 緒論41.1 冷作模具鋼的概述41.1.1 cr12型冷作模具鋼的成分與力學(xué)性能51.1.2 cr12型冷作模具鋼的工藝性能71.2 cr12型冷作模具鋼的應(yīng)用71.3 本論文的目的和意義8第二章 各種冷作模具鋼各種熱處理特點(diǎn)92.1 低變形冷作模具鋼及其熱處

9、理92.1.1錳、鉻、鎢系冷作模具鋼的特性92.2 高耐磨微變形冷作模具鋼及熱處理102.3 高強(qiáng)韌性冷作模具鋼及其熱處理122.3.1 降碳高速鋼（6w6mo5cr4v）的特性122.4 cr12常用熱處理方法152.4.1 cr12的退火工藝152.4.2 cr12的傳統(tǒng)淬火工藝162.5 cr12冷作模具鋼的復(fù)合熱處理工藝研究162.5.1 cr12冷作模具鋼的成分分析172.5.2 cr12冷作模具鋼復(fù)合熱處理17第三章 熱處理工藝對(duì)cr 12鋼組織和性能的研究193.1 實(shí)驗(yàn)材料和方法193.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析213.3 小結(jié)22第四章 cr12型冷作模具鋼的組織與失效關(guān)系的分析234

10、.1 cr12型冷作模具鋼金相組織分析234.1.1 cr12型冷作模具鋼的加工失效分析234.2 典型冷作模具鋼性能與失效關(guān)系254.2.1 冷作模具失效問(wèn)題探討274.2.2 小結(jié)32第五章 復(fù)合熱處理與傳統(tǒng)工藝的比較335.1 復(fù)合熱處理工藝分析335.2 cr12傳統(tǒng)熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的缺點(diǎn)345.3 cr12復(fù)合熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)34總結(jié)36致謝37參考文獻(xiàn)39第一章 緒論1.1 冷作模具鋼的概述（1）耐磨性冷作模具鋼在工作時(shí)，表面往往與工件產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，模具必須在此情況下保持其尺寸精度和表面粗糙度，防止早期失效。由于模具材料的硬度和組織是影響耐磨性的主要因素，因此為了提高冷作模具鋼

11、的耐磨性，通常要求模具硬度高于加工硬度3050，材料的組織為回火馬氏體或貝氏體組織1，其上面分布均勻，細(xì)小粒狀碳化物。要達(dá)到此目的，鋼中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定要在0.60以上。同時(shí)模具工作過(guò)程中的潤(rùn)滑和模具材料的表面處理也對(duì)改善模具的耐磨性有良好的影響。（2）韌性模具材料的韌性要根據(jù)模具工作條件來(lái)確定，對(duì)于受強(qiáng)烈沖擊載荷的模具（如冷鐓模和剪切模）、易受偏心彎曲載荷的模具（如細(xì)長(zhǎng)的沖頭模具）、應(yīng)力集中的模具等，模具材料的韌性是十分重要的考慮因素；對(duì)于一般工作條件下的冷作模具，通常受到的是小能量多次沖擊載荷的作用，模具的失效形式是疲勞斷裂，因此模具不必具備過(guò)高的韌性。（3）強(qiáng)度模具材料的強(qiáng)度是指模具工

12、件在工作過(guò)程中抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度指標(biāo)主要包括拉伸屈服點(diǎn)和壓縮屈服點(diǎn)等。去屈服點(diǎn)是衡量模具工件塑性變形抗力的指標(biāo)，也是最常用的強(qiáng)度指標(biāo)2，如壓縮屈服點(diǎn)對(duì)冷作模具沖頭材料的變形抗力影響很大。為了獲得高的強(qiáng)度，在材料選定的情況下，主要通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に囘M(jìn)行強(qiáng)化。（4）抗疲勞性冷作如（冷鐓、冷擠、冷沖）模具一般是在交變作用下工作的，所以發(fā)生的破壞多為疲勞破壞，及工作載荷在材料的屈服點(diǎn)以內(nèi)，加工一定數(shù)量的坯料后發(fā)生破壞，因此為了提高模具的使用壽命，需要較高的抗疲勞性能。模具材料的工作應(yīng)力應(yīng)在材料的疲勞強(qiáng)度以內(nèi)。導(dǎo)致模具材料失效的因素有鋼中帶狀和網(wǎng)狀碳化物、粗大晶粒、模具表面具有微小的刀痕、凹模

13、級(jí)截面尺寸的變化過(guò)大和表面脫碳。（5）抗咬合性當(dāng)沖壓材料與模具表面接觸時(shí)，在高溫摩擦下潤(rùn)滑油膜被破壞，此時(shí)被沖壓件金屬被“冷焊”在模具型腔表面形成金屬瘤，從而在成型工件表面劃出道痕。影響抗咬合性的主要因素好似成型材料的性質(zhì)，如奧氏體不銹鋼、鎳基合金、精密合金等有較強(qiáng)的咬合傾向。模具材料及潤(rùn)滑條件也對(duì)抗咬合性有較大的影響。（6）可鍛性采用鍛造工藝可以減少模具的機(jī)械加工余量，改善材料組織中的夾雜物與碳化物的形態(tài)、大小與分布狀態(tài)，細(xì)化晶粒，形成有利的纖維組織，消除材料的內(nèi)部組織缺陷。為了獲得良好的鍛造質(zhì)量，要求模具材料的塑性好，熱鍛變形抗力小，鍛造溫度范圍寬，晶粒不宜長(zhǎng)大、便于掌握，鍛造裂紋產(chǎn)生傾向

14、小，不易析出網(wǎng)狀碳化物。（7）可切削性對(duì)可切削性的要求是：切削力小，切削量大，刀具磨損小以及加工后模具表面光潔。冷作模具材料由于其本身的性能要求（冷作模具鋼主要屬于亞共析鋼和萊氏體鋼），一般切削加工都較困難，為了改善可切削性，應(yīng)采用合理的熱處理工藝，對(duì)于表面質(zhì)量要求較高的模具鋼可選用s和ca等元素的易切削鋼。（8）可磨削性為了保證模具表面有較好的表面粗糙度和尺寸精度，大部分模具都必須經(jīng)過(guò)磨削加工。對(duì)可磨削性的要求是：對(duì)砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏感，不易發(fā)生磨傷和磨裂。可以通過(guò)在煉鋼過(guò)程中加入變質(zhì)劑如si，ca和稀土元素等來(lái)改善磨具鋼的可磨削性。1.1.1 cr12型冷作模具鋼的成分與力學(xué)性能cr1

15、2型高碳高鉻鋼簡(jiǎn)稱cr12型鋼，其成分特點(diǎn)是高碳含量和高鉻含量，常用的鋼號(hào)有cr12，cr12mov，cr12mo1v1。其化學(xué)成分見(jiàn)1-1，臨界點(diǎn)見(jiàn)表1-2。1.1.1.1 cr12冷作模具鋼的力學(xué)性能cr12型鋼屬于萊氏體鋼3，鋼中存在大量鉻元素，主要形成（cr，fe），型化合物，而滲碳體型碳化物極少。cr12型鋼隨著淬火溫度的升高，淬火硬度相應(yīng)增加。這是由于淬火溫度升高，合金碳化物融入奧氏體的數(shù)量增加，使得奧氏體中的固溶碳含量和合金元素含量增加的結(jié)果。淬火溫度升高到1050時(shí)，硬度最大。若在提高淬火溫度，由于奧氏體中合金元素繼續(xù)增多而使ms下降，導(dǎo)致殘余奧氏體量大幅增加，硬度急劇下降，同

16、時(shí)還因?yàn)閵W氏體晶粒變粗，使得抗彎強(qiáng)度和沖擊韌度明顯降低。表1-1 cr12型高碳高鉻鋼的鋼號(hào)及化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 成分鋼號(hào)cmnsicrmovcr122.02.30.400.4011.5013.00cr12mov1.451.700.400.4011.0012.500.400.60.10.30cr12mo1v11.401.600.600.6011.0013.000.71.201.10表1-2 cr12型高碳高鉻鋼的鋼號(hào)的及臨界點(diǎn) 鋼號(hào)ac1accmar1mscr12810835835180cr12mov810-760-cr12mo1v1810875695190cr12型鋼在淬火加熱時(shí)碳化物大量

17、溶于奧氏體中，淬火后得到高硬度的馬氏體?；鼗饡r(shí)自馬氏體中析出大量彌散分布的碳化物，其硬度很高，因而提高了高的耐磨性。cr12mov鋼經(jīng)1020淬火，520回火時(shí)出現(xiàn)明顯的二次硬化，而且淬火溫度愈高，這種效應(yīng)愈顯著。在200左右回火時(shí)，其抗彎、抗壓強(qiáng)度最高；在400左右回火，斷裂韌度4最高如圖1-1所示。cr12型鋼采用何種熱處理工藝要是具體要求而定。cr12mov鋼采用低溫（9001000）淬火及低溫（200）回火可獲得高硬度及高韌性，但抗壓強(qiáng)度較低；采用高溫（10801100）淬火及高溫（500520）回火可獲得較高硬度及抗壓強(qiáng)度，但韌性太差；采用中溫（1030）淬火及中溫（400）回火可獲

18、得最好的強(qiáng)韌性，較高的斷裂能力。 圖1-1 回火溫度對(duì)cr12mov鋼硬度的影響1.1.2 cr12型冷作模具鋼的工藝性能（1）鍛造工藝:由于cr12型鋼屬于高碳高合金鋼，其導(dǎo)熱性能差，塑性低，變形抗力大，鍛造溫度范圍窄，組織缺陷嚴(yán)重，所以其鍛造性能差。（2）退火工藝:cr12型鋼一般采用等溫球化退火工藝，加熱溫度為850870，保溫 24 h，等溫溫度為740760，保溫46 h，退火組織為索氏體+合金碳化物。退火后硬度為207255hbs。 （3）淬透性:cr12型鋼cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)約12%，所以具有高淬透性。截面尺寸為300400 mm以下的模具在油中完全可以淬透5，控制淬火溫度可以調(diào)

19、節(jié)殘余奧氏體量，實(shí)現(xiàn)微變形淬火。1.2 cr12型冷作模具鋼的應(yīng)用cr12型高碳高鉻鋼簡(jiǎn)稱cr12型鋼，其成分特點(diǎn)是高碳含量和高鉻含量，常用的鋼號(hào)有cr12，cr12mov，cr12mo1v1。是應(yīng)用廣泛的冷作模具鋼，具有高強(qiáng)度、較好的淬透性和良好的耐磨性，但沖擊韌性差。主要承受沖擊負(fù)荷較小，要求高耐磨的冷沖模及沖頭、剪刀、鉆套、量規(guī)、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉延模和螺紋等。用途：（1）厚度不大于2mm薄板材，高效落料模，沖模及壓印模。（2）各種剪刀，鑲嵌刀片，木工刀片。（3）螺紋軋制模和耐磨滑塊。（4）冷鐓模具，熱樹(shù)脂成型模。（5）深拉成型模，冷擠壓模具。1.3 本論文的目的和意義冷作模具鋼

20、由于具有高強(qiáng)度、較好的淬透性和良好的耐磨性，但沖擊韌性差主要承受沖擊負(fù)荷較小，要求高耐磨的冷沖模及沖頭、剪刀、鉆套、量規(guī)、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉延模和螺紋等。但是隨著機(jī)械行業(yè)的進(jìn)步，人們對(duì)于冷作模具鋼的性能要求越來(lái)越高，有著非常廣闊的前景。因此找到最合適的熱處理方法并獲得材料的最理想性能成為了我們材料學(xué)的共同奮斗目標(biāo)。冷作模具鋼有很多種，本文主要介紹了cr12型冷作模具鋼。通過(guò)傳統(tǒng)熱處理與復(fù)合熱處理工藝的比較，采用復(fù)合熱處理工藝處理后的工件的優(yōu)良性能是顯而易見(jiàn)的。由于常規(guī)的熱處理工藝存在著強(qiáng)度高、韌性差、淬火變形大等問(wèn)題，通過(guò)調(diào)質(zhì)處理 + 低溫淬火的復(fù)合熱處理工藝，很好地解決了上述問(wèn)題，延

21、長(zhǎng)了模具的使用壽命。同時(shí)不可忽視的是，熱處理過(guò)程中在所難免會(huì)產(chǎn)生加工失效等熱處理缺陷。加工缺陷對(duì)熱處理的影響是致命的。所以搞清楚加工缺陷產(chǎn)生的原因也是非常重要的。本論文通過(guò)對(duì)熱處理傳統(tǒng)工藝與符合熱處理工藝的比較，以及cr12冷作模具鋼的組織與失效關(guān)系的分析的方面入手，簡(jiǎn)單的介紹了冷作模具鋼cr12的復(fù)合熱處理工藝和熱處理過(guò)程中應(yīng)該注意的基本事項(xiàng)，希望可以起到一定的拋磚引玉的作用。第二章 各種冷作模具鋼各種熱處理特點(diǎn)2.1 低變形冷作模具鋼及其熱處理低變形冷作模具鋼的基本優(yōu)點(diǎn)是具有較好的淬硬性(6164hrc)和淬透性。60l20mm工件能于油或硝鹽中淬硬，淬火操作簡(jiǎn)便，淬裂、交形量低，并易于控

22、制。低變形冷6作模具鋼經(jīng)淬火及低溫回火后含有8l5的殘余奧氏體組織和510的碳化物。殘余奧氏體住250左右回火后分解，使體積膨脹，并加劇低溫回火脆性。在低變形冷作模具鋼中，以mncrwv鋼為各國(guó)趨向于通用的綜合性能優(yōu)良的代表性鋼種，應(yīng)大力推廣。crwmn鋼在我國(guó)沿用較廣，但對(duì)形成碳化物網(wǎng)狀比較敏感，這種網(wǎng)狀碳化物的存在，會(huì)使模具鋼刃部產(chǎn)生脆斷傾向，國(guó)內(nèi)外均趨于縮減其應(yīng)用范圍。9crwmn鋼，在美、英等國(guó)最為普及，我國(guó)經(jīng)一些工廠長(zhǎng)期使用，也有較好的效果。9mn2v鋼為西歐、捷克等國(guó)普遍使用的冷沖模鋼種，我國(guó)引進(jìn)后，已廣為使用。9mn2v7鋼在美國(guó)廣泛用于小型塑料模。simnmo鋼目前僅美國(guó)列為標(biāo)

23、準(zhǔn)型號(hào)，由于其具有優(yōu)良的抗咬合能力和耐磨性，歐、美已有多家特殊鋼廠將其列為基本鋼號(hào)，有普及的趨勢(shì)。我國(guó)已列為推薦用鋼，使用者尚不多。2.1.1錳、鉻、鎢系冷作模具鋼的特性 錳、鉻、鎢系冷作模具鋼的wm0=0.8l.3，而c、cr、w、v的含量不同，決定了性能的差異。向鋼中加微量的釩、能抑制網(wǎng)狀碳化物，增加淬透性和降低過(guò)熱敏感性，使mncrwv晶粒度比同系鋼捉高一級(jí)。mncrwv在本鋼組中具有高的淬透性，4060mm工件可在油淬后穿透硬化，如圖2-1所示。mncrwv鋼淬火后經(jīng)不同溫度回火后的力學(xué)性能如圖2-2所示。crwmn鋼淬透性性的特點(diǎn)是波動(dòng)范圍大，這一現(xiàn)象與退火中碳化物穩(wěn)的定化有關(guān)。cr

24、wmn鋼臨界淬透直徑dc(油)通常在乎30-50mm。mn-cr-w系低變形冷作模具鋼廣泛用于加上薄鋼板、有色金屬板的形狀復(fù)雜的冷沖模材料，特別是在鐘表、儀器、玩具食品工業(yè)等以輕型冷沖壓為主的工廠中，應(yīng)用尤為廣泛。但對(duì)于沖制奧氏體鋼8、碑鋼片、高強(qiáng)度鋼板時(shí)，使用效果較差。 圖2-1不同溫度回火溫度對(duì)力學(xué)性能的影響 圖2-2 9mn2v鋼的淬硬層分布曲線 2.1.1.1 錳2系鋼(9mn2v、9mn2)的特性錳2系 鋼不含鉻和鎢，價(jià)格較低，碳化物分布均勻；冷加工性能好，熱處理工藝性好，不易淬裂、變形，但在淬透性、淬硬性、回火抗力、強(qiáng)度、回火脆性、磨裂傾向等方面不知mn-cr-w系鋼。9mn2v和

25、mncrwv淬火后不同溫度回火的力學(xué)性能如圖2-2所示。 9mn2v鋼含有0.2的釩(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，能抑制過(guò)熱敏感性及網(wǎng)狀碳化物的析出，冶金質(zhì)量易于保證，碳化物細(xì)小。2.2 高耐磨微變形冷作模具鋼及熱處理本鋼組的共同特點(diǎn)是高淬透性、微變形、高耐磨性、高熱穩(wěn)定性、高的抗壓強(qiáng)度(僅次于高速鋼)。是制造冷沖裁模、冷鐓模、螺紋搓絲板的主要材料，其消耗量在冷作模具鋼中居于首位。在該類鋼中，應(yīng)用尤為廣泛的是crl2系列鋼。這些鋼都是萊氏體鋼，鑄態(tài)時(shí)存在魚(yú)骨狀共晶碳化物，這種碳化物隨著鋼鏈凝固速度緩慢和錠形尺寸增大而加劇。雖然在鍛軋生產(chǎn)中魚(yú)骨狀共晶碳化物被破碎，但在鋼中還存在不均勻分布或存在纖維方向性。按gb

26、tl299-2000標(biāo)準(zhǔn)，這類鋼的不同規(guī)格鋼材都有允許的碳化物不均勻性合格級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)，但不-定能滿足某些模具對(duì)碳化物不均勻性的特殊要求，有時(shí)仍需通過(guò)再次鍛造來(lái)進(jìn)行改善，此時(shí)最好采用鐓粗、拔長(zhǎng)且反復(fù)多次的三向鍛造變形工藝，鐓粗壓縮比最好大于50。本組鋼鍛造后的硬度大約在550hbw左右，在室溫下長(zhǎng)期停留會(huì)發(fā)生開(kāi)裂而報(bào)廢。為消除內(nèi)應(yīng)力和便于以后的切削力工，必須及時(shí)進(jìn)行退火。cr12系鋼退火時(shí)可采用普通退火，但最好采用等溫退火，crl2mov鋼鍛后退火工藝曲線如圖2-3、圖2-4所示。圖2-3 crl2mov鋼鍛后退火 圖2-4 crl2mov鋼鍛后等溫退火本組鋼淬火狀態(tài)下含有大量未溶碳化物和殘余奧氏

27、體。可以通過(guò)不同淬火加熱溫度，在較大范圍內(nèi)改變ms點(diǎn)9的位置，來(lái)改變殘余奧氏體的含量，如圖2-5、2-6所示、使淬火變形產(chǎn)生各向異性.這類鋼回火后的硬度及殘余奧氏體量與回火溫度和淬火加熱溫度有關(guān)。由圖可見(jiàn)，高溫淬火（1130）后的回火在約520出現(xiàn)硬化峰值10，可獲得較高的硬度及抗壓強(qiáng)度，但是韌性太差，低溫淬火后進(jìn)行低溫回火，可獲得較高的硬度及較高的強(qiáng)韌性，但是抗壓強(qiáng)度較低，一般認(rèn)為crl2mov鋼應(yīng)采用中溫淬火（1030）及中溫回火（400）可獲得最好的強(qiáng)韌性。 圖2-5 crl2mov鋼馬氏體轉(zhuǎn)變圖 圖 2-6 crl2mov碳化物條紋方向及淬火溫度的關(guān)系crl2mov鋼在1025淬火后不

28、同回火溫度和對(duì)時(shí)間、對(duì)強(qiáng)度和韌性的影響如圖2-7所示。 a b圖2-7 crl2mov鋼在1025淬火后不同回火溫度和對(duì)時(shí)間、對(duì)強(qiáng)度和韌性的影響2.3 高強(qiáng)韌性冷作模具鋼及其熱處理長(zhǎng)期以來(lái)，重載冷鐓、冷擠壓模具，均采用高速鋼或高碳高鉻鋼制造。由于造些鋼的韌性較低，棋具的早期脆斷夫效嚴(yán)重，使用壽命不高。近年來(lái)午來(lái)，國(guó)內(nèi)外研制開(kāi)發(fā)了多種高強(qiáng)韌性冷作模具鋼，其強(qiáng)度、韌什、沖擊疲勞斷裂抗力，均優(yōu)于高速鋼或高碳高鉻鋼，而抗壓性及耐磨性稍遜于前者。使用壽命較高速鋼、高鉻鋼大為提高。2.3.1 降碳高速鋼（6w6mo5cr4v）的特性6w6mo5cr4v鋼屬于降碳型鎢鉬系高速鋼11，與w6mo5cr4v2鋼

29、相比，含碳量降低20(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，釩含量降低50(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，使用效果良好，已定型列人合金工具鋼標(biāo)準(zhǔn)。是我國(guó)目前較成熟的一種高強(qiáng)韌性、高承載能力的冷作模具鋼。 6w6m05cr4v鋼，由于適當(dāng)?shù)販p少了碳與釩的含量，降低了mc型碳化物12和碳化物的總含量，改善了碳化物分布的均勻性，使共晶碳化物不均勻度降低l2級(jí)，淬火硬化狀態(tài)的抗彎強(qiáng)度與塑性提高3050，沖擊韌度提高50l00，仍然保持了良好的二次硬化能力和熱穩(wěn)定性，560580回火后硬度為6063hrc。鋼的鍛造溫度范圍較窄，鋼材始鍛溫度低于1100，仍需按萊氏體鋼的鍛造操作要領(lǐng)進(jìn)行深透鍛造，并控制流線方句。退火易軟化，硬度低于229hbs，機(jī)

30、械加工性能較好。6w6m05cr4v鋼般后退火時(shí)可采用普通退火或等溫退火。常用的鍛后等溫退火工藝如圖2-8所示：圖2-8 淬火溫度對(duì)力學(xué)性能的影響圖2-9 6w6m05cr4v等溫轉(zhuǎn)變曲線圖6w6m05cr4v鋼的過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線如圖2-9所示，淬火加熱溫度上限為11801200（晶粒度10-11級(jí)），經(jīng)560580三次回火后，硬度為6063hrc，不同淬火溫對(duì)力學(xué)性能的影響如圖2-10所示；回火時(shí)的強(qiáng)度峰值位于560580區(qū)間，但沖擊韌度呈現(xiàn)谷值。6w6m05cr4v主要用于取代高速鋼或高碳高鉻鋼制作易于脆斷或劈裂的冷擠壓凸?；蚶溻g凸模，可成倍提高模具的使用壽命，用于大規(guī)格的鋼下料剪刃

31、，能提高壽命數(shù)十倍。 圖2-10 淬火溫度對(duì)力學(xué)性能的影響2.3.1.1 7cr7mo2v2si鋼的特性7cr7mo2v2si經(jīng)適當(dāng)熱處理后的抗彎強(qiáng)度可達(dá)5000kn/mm2以上，沖擊韌度k13值達(dá)100j/cm2以上，如圖2-11所示，其強(qiáng)韌性遠(yuǎn)高于高速鋼或高碳高鉻鋼，同時(shí)具有較高的耐磨性，與6w6m05cr4v鋼相比、在抗彎強(qiáng)度均達(dá)到500mpa時(shí)7cr7mo2v2si鋼的沖擊韌度值比6w6m05cr4v鋼高出近十倍。7cr7mo2v2si鋼適宜制造高負(fù)荷的冷擠、冷鐓、冷沖模具。但是此鋼的脫碳敏感度性比高鉻鋼大，對(duì)淬火后正不必加就直接使用的模具，為避免因脫碳而降低表面硬度的現(xiàn)象發(fā)生，最好采

32、用真空加熱淬火。 圖2-11 7cr7mo2v2si鋼油淬后不同回火溫度對(duì)力學(xué)性能的影響2.4 cr12常用熱處理方法2.4.1 cr12的退火工藝通過(guò)對(duì)不同熱處理溫度、不同熱處理時(shí)間和不同冷卻速度對(duì)cr12型冷作模具鋼脫碳層厚度和硬度值的影響的研究，認(rèn)為鋼退火組織的硬度主要取決于殘余奧氏體的數(shù)量，即珠光體轉(zhuǎn)變的完全程度，對(duì)于密閉性較好、爐內(nèi)溫度較均勻的退火爐來(lái)說(shuō)，860 10 保溫8 h左右，以30 /h的速度冷卻至730 10 保溫7 h左右，再以30 /h冷卻至540 出爐的工藝是可行的,并依據(jù)實(shí)際情況制定了車間的退火工藝曲線如圖2-12所示。a一般退火工藝工藝圖 b cr12等溫退火工

33、藝 圖2-12 退火工藝圖2.4.2 cr12的傳統(tǒng)淬火工藝將cr12型冷作模具鋼均勻加熱到860870，保溫超過(guò)4小時(shí)（4h），然后冷卻速度以30/ h的速度冷卻出爐空冷，即可獲得珠光體+碳化物組織，同時(shí)工件的硬度hbs269。傳統(tǒng)淬火工藝如圖2-13所示。圖2-13 傳統(tǒng)淬火工藝曲線圖結(jié)論：（1）用傳統(tǒng)淬火工藝處理后的cr12冷作模具的沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度較低，不能滿足要求。（2）增加了模具的淬火畸變，使得工件的變形概率大大增加。（3）cr12冷作模具熱處理原按常規(guī)工藝加熱淬火后，在使用過(guò)程中常因韌性不足影響模具的使用壽命，或產(chǎn)生早期崩裂失效。2.5 cr12冷作模具鋼的復(fù)合熱處理工藝研究2

34、.5.1 cr12冷作模具鋼的成分分析cr12冷作模具鋼很多被用來(lái)做磨具，該類磨具必須具有足夠的沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度14。要正確處理好模具強(qiáng)度和韌性之間的關(guān)系，模具的工作表面必須具有足夠的韌性, 而心部的硬度必須相對(duì)低一些，在4 05 0 h r c， 合適的淬硬層深度為34mm。常規(guī)的工藝規(guī)定淬火溫度為970990。淬火硬度60hrc。為了充分發(fā)揮鋼的力學(xué)性能潛力和工藝適用性，我們進(jìn)行了調(diào)質(zhì)處理+ 低溫淬火的復(fù)合熱處理工藝試驗(yàn)，以延長(zhǎng)模具的使用壽命，節(jié)約生產(chǎn)成本。工藝試驗(yàn)所采用的cr12冷作模具鋼材料，符合gb1299-85合金工具鋼的技術(shù)條件，原有硬度為269217hb。先將其各種成分如下：

35、c 2.02.3、m n 0.40、si 0.40、p 0.030、s 0.030、cr 11.513。2.5.2 cr12冷作模具鋼復(fù)合熱處理2.5.2.1 調(diào)質(zhì)處理根據(jù)cr12冷作模具鋼其材料的特點(diǎn)，其性能和高速鋼有多相似之處，也屬于萊氏體鋼。在低溫淬火前首先調(diào)質(zhì)處理，以細(xì)化淬火前的組織，在低溫淬火后可改善組織，獲得細(xì)化的碳化物，消除網(wǎng)狀碳化物15，從而提高沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度，也可消除機(jī)械加工的組織應(yīng)力。防止淬火開(kāi)裂和減少淬火畸變。具體調(diào)質(zhì)處理的工藝如圖2-14所示。如圖2-14 調(diào)制處理工藝圖2.5.2.2 低溫淬火低溫淬火加熱時(shí)碳化物的固溶速度和固溶量，受加熱溫度和加熱時(shí)間的直接影響，

36、而采用低溫淬火時(shí)，保溫時(shí)間的影響更為突出。cr12鋼按照常規(guī)加熱時(shí)間在920淬火加熱時(shí)，淬火后的硬度為5456hrc，不能滿足冷鐓模的技術(shù)要求，在生產(chǎn)上無(wú)法應(yīng)用。cr12鋼低溫淬火的關(guān)鍵在于必要的加熱保溫時(shí)間，在該淬火加熱溫度下，充分保溫能夠使鋼中的合金元素在奧氏體中能得到充分的固溶和擴(kuò)散，使其趨于平衡狀態(tài)，以提高cr12鋼模具的淬透性，從而提高了模具工作表面硬度。其工藝曲線如圖2-15所示。cr12鋼采用調(diào)質(zhì)處理作為淬火前的預(yù)處理，同時(shí)淬火溫度比常規(guī)熱處理淬火溫度降低5070，淬火后的金相組織是以板條馬氏體為主的隱晶基體16，淬火晶粒度更細(xì)小，因而能夠顯著提高模具的表面強(qiáng)度和心部的韌性。由于

37、淬火溫度較低，淬火組織中未溶的碳化物顆粒較多，殘留奧氏體較少，也有利于保持良好的耐磨性，模具的尺寸穩(wěn)定性也較好。圖2-15 工藝曲線圖2.5.2.3 結(jié)論（1）復(fù)合熱處理顯著提高了cr12冷作模具的沖擊韌性和抗彎強(qiáng)度， 復(fù)合熱處理后冷作模具的力學(xué)性能， 可比常規(guī)淬火分別提高53%和27%，如表2-1所示。表2-1 熱處理后力學(xué)性能對(duì)比淬火工藝常規(guī)熱處理復(fù)合熱處理理晶粒度級(jí)別9.011.5200回火后h r c62646163韌性3147.5抗彎強(qiáng)度34564389（2）減少了模具淬火畸變。采用調(diào)質(zhì)處理+ 低溫淬火的復(fù)合熱處理工藝能減少組織應(yīng)力和熱應(yīng)力， 同時(shí)增強(qiáng)淬火過(guò)程中鋼對(duì)畸變的抗力，cr1

38、2冷作模具經(jīng)復(fù)合熱處理后可使淬火畸變減少30%。（3）模具使用壽命得到提高。cr12冷作模具熱處理原按常規(guī)工藝加熱淬火后，在使用過(guò)程中常因韌性不足影響模具的使用壽命，或產(chǎn)生早期崩裂失效。采用調(diào)質(zhì)處理+低溫淬火的復(fù)合熱處理工藝，提高了模具的綜合機(jī)械性能，壽命提高1.4倍，大大提高了經(jīng)濟(jì)效益。 第三章 熱處理工藝對(duì)cr 12鋼組織和性能的研究 3.1 實(shí)驗(yàn)材料和方法cr12鋼是一種廣泛應(yīng)用的冷作模具鋼，為高碳高鉻萊氏體鋼，鑄態(tài)時(shí)存在魚(yú)骨狀共晶碳化物17，這種魚(yú)骨狀共晶碳化物隨著鋼錠的凝固和冷卻速度的減慢、錠型尺寸增大而加劇。雖然在鍛軋過(guò)程中共晶碳化物被破碎，但鋼中碳化物分布的不均勻性和方向性難以改

39、善。常規(guī)熱處理方法不能改變碳化物的分布狀態(tài)，嚴(yán)重影響cr12鋼的使用壽命，且在模具加工過(guò)程中，易產(chǎn)生開(kāi)裂和變形，導(dǎo)致模具材料浪費(fèi)嚴(yán)重。因此改善鋼組織中的碳化物分布是提高模具質(zhì)量的重要途徑。現(xiàn)采用新的熱處理工藝。改善cr12鋼組織中的碳化物形態(tài)與分布。為最終熱處理做好準(zhǔn)備，達(dá)到提高cr12鋼使用壽命的目的。實(shí)驗(yàn)材料如表3-1所示。表3-1 實(shí)驗(yàn)材料的化學(xué)成分 質(zhì)量分?jǐn)?shù)csimncrps2.280.350.3812.680.0260.019經(jīng)鍛制的試塊在箱式電阻爐內(nèi)進(jìn)行退火及回火處理，預(yù)熱淬火加熱分別在rdm-45-8型、rdm-45-13型埋入式電鹽浴爐內(nèi)進(jìn)行，不同工藝熱處理試件均進(jìn)行金相組織分

40、析及力學(xué)性能測(cè)試，模具進(jìn)行使用壽命考核。試驗(yàn)分2組，i組采用常規(guī)熱處理退火，淬火溫度960，油淬。組采用經(jīng)840730690特定溫度等溫球化退火，兩段特定溫度充分預(yù)熱，960油淬。2組試樣均在200、250、300、350、400、450、500溫度回火。crl2鋼鍛件常規(guī)退火下硬度為266.6hbs，特定溫度等溫球化退火下硬度為276.8hbs。不同退火工藝顯微組織比較如圖3-1、3-2所示。 圖3-1 cr12鋼常規(guī)熱處理退火后顯微組織 圖3-2 crl2鋼特定溫度等溫球化退火顯微組織 crl2鋼鍛件常規(guī)退火經(jīng)960油淬硬度值為61.2hrc,等溫球化退火經(jīng)960油淬硬度值為62.8hrc

41、。不同溫度回火后力學(xué)性能比較如圖3-3所示。由圖3-3可見(jiàn)，400回火與傳統(tǒng)回火工藝比較，抗彎強(qiáng)度基本相當(dāng)，硬度稍有降低，但沖擊韌性成倍提高。cr12鋼鍛件不同工藝顯微組織如圖3-4、3-5所示。a 不同溫度回火后沖擊韌性b 不同溫度回火后抗彎強(qiáng)度c 不同溫度回火后硬度圖3-3 經(jīng)普通退火、等溫球化退火cr12鋼鍛件960油淬、不同溫度回火的力學(xué)性能3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析crl2屬于萊氏體鋼，鋼水凝固時(shí)析出共晶碳化物極為穩(wěn)定，常規(guī)熱處理無(wú)法細(xì)化18。 crl2鋼鑄態(tài)下形成的網(wǎng)狀共晶碳化物，使鑄鋼變得很脆，降低模具使用壽命19。鋼在鍛軋過(guò)程中共晶碳化物被破碎，呈網(wǎng)狀分布的碳化物變成顆粒狀碳化物，沿

42、變形方向延長(zhǎng)，形成帶狀碳化物20。即使經(jīng)鍛軋后，在較大規(guī)格的鋼材中仍殘留明顯的帶狀或網(wǎng)狀碳化物，這種組織給crl2鋼的使用性能帶來(lái)不利影響，主要原因是：（1）網(wǎng)狀碳化物的存在使鋼的韌性明顯降低；（2）帶狀組織使鋼的力學(xué)性能和物理性能出現(xiàn)明顯各向異性；（3）碳化物不均勻性使鋼材淬火開(kāi)裂傾向增大；（4）碳化物不均勻性導(dǎo)致鋼材的磨削性和耐磨性降低21。針對(duì)cr12鋼碳化物分布的不均勻性，在嚴(yán)格控制cr12鋼鍛造工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)cr12鋼鍛件進(jìn)行特定溫度球化退火，獲得了圖3-1所示的組織，顯微組織為均勻分布的球狀珠光體基體和大量彌散均勻分布的顆粒合金碳化物及細(xì)小顆粒狀合金碳化物。這種高度彌散分布的細(xì)顆

43、粒合金碳化物，將成為淬火加熱奧氏體的成核核心。兩段特定溫度充分預(yù)熱，進(jìn)一步使經(jīng)特定溫度等溫球化退火后的組織獲得高度彌散分布的小顆粒合金碳化物，大大改善crl2鋼碳化物的形態(tài)與分布。兩段特定溫度預(yù)熱還可減小殘留應(yīng)力，縮短高溫加熱時(shí)間以減少模具在淬火時(shí)的變形。從而使cr12鋼淬火、回火后獲得均勻分布的隱針回火馬氏體+均勻分布的細(xì)顆粒碳化物及少量殘留奧氏體，較常規(guī)熱處理組織性能明顯改善，如圖3-4、3-5所示。由圖3-3可見(jiàn)。cr12鋼鍛件經(jīng)840730690等溫球化退火充分預(yù)熱淬火回火后經(jīng)常規(guī)退火淬火回火的抗彎強(qiáng)度硬度、明顯提高，k值提高20以上。必須指出，在淬火件的回火過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)cr12鋼淬火

44、后經(jīng)400回火和傳統(tǒng)的常規(guī)回火溫度180200或300350相比，盡管硬度較200回火稍有降低，但抗彎強(qiáng)度基本上相當(dāng)，而k22值大幅度提高，較200回火提高3倍多，較320350回火提高1846，這種經(jīng)400回火的cr12鋼具有顯微組織細(xì)小、碳化物均勻及力學(xué)性能優(yōu)良的顯著特征。采用新工藝對(duì)cr12鋼鍛制拉絲模和cr12鋼沖模進(jìn)行熱處理。結(jié)果表明：按常規(guī)工藝處理的cr12鋼鍛制沖模。在2mm結(jié)構(gòu)鋼板沖壓時(shí)平均使用壽命為2.2萬(wàn)次，而采用新工藝處理的cr12鋼鍛制沖模的平均使用壽命為5.09萬(wàn)次，較常規(guī)熱處理提高l2倍，并解決長(zhǎng)期困擾crl2鋼冷作模具熱處強(qiáng)度高、韌性差、淬火變形大等問(wèn)題。 圖3-

45、4 普通退火q12鋼鍛件經(jīng)960油淬、 圖3-5 等溫球化退火q12鋼鍛件經(jīng)960、400回火后顯微組織 油淬400回火后顯微組織3.3 小結(jié)(1)crl2鋼經(jīng)等溫球化退火與普通退火比較，碳化物形態(tài)與分布大大改善，獲得均勻分布的球狀珠光體和高度彌散均勻分布的細(xì)顆粒狀合金碳化物。(2)經(jīng)等溫球化退火充分預(yù)熱加熱淬火400回火的crl2鋼。組織與性能均優(yōu)于常規(guī)熱處理，在抗彎強(qiáng)度、硬度有所提高的情況下，k值大幅提高。(3)新工藝淬火后的cr12鋼冷作模具經(jīng)400回火后獲得優(yōu)良的組織組織性能，解決cr12鋼模具熱處理后線切割開(kāi)裂的問(wèn)題，模具鋼使用壽命是常規(guī)熱處理的12倍。 第四章 cr12型冷作模具鋼

46、的組織與失效關(guān)系的分析 4.1 cr12型冷作模具鋼金相組織分析 cr12熱處理狀態(tài)不同，顯微組織變化很大，特別是1150以上溫度淬火的組織比較特殊。cr12在不同熱處理狀態(tài)的金相組織如下所述：(1)800880淬火，未回火的試樣組織為：馬氏體+屈氏體+碳化物。材料碳化物偏析比較嚴(yán)重，奧氏體成分不均勻，穩(wěn)定性程度不同，硬度由低到高。(2)950、980、1010淬火，未回火的試樣為正常淬火組織：馬氏體+碳化物+殘留奧氏體。(3)l200淬火，未回火的試樣，組織為很粗的針狀馬氏體+少量碳化物+大量殘留奧氏體。(4)1230淬火，未回火和低溫回火的試樣，為針狀馬氏體+少量碳化物(帶狀)+大量殘留奧

47、氏體，晶粒很粗大，晶界上有淬火顯微裂紋。(5)1280淬火，低溫回火的試樣，為粗針狀馬氏體+極少量碳化物+大量殘留奧氏體。(6)1310淬火，未回火的試樣為嚴(yán)重過(guò)燒組織，晶界上有網(wǎng)狀共晶萊氏體。 4.1.1 cr12型冷作模具鋼的加工失效分析 cr12鋼是一種應(yīng)用廣泛的冷作模具鋼，屬高碳高鉻類型的萊氏體鋼。該鋼具有較好的淬透性和良好的耐磨性，多用于制造受沖擊負(fù)荷較小要求高耐磨的冷沖模23及沖頭、冷剪切刀、鉆套、量規(guī)、拉絲模等模具。在模具制作過(guò)程中出現(xiàn)裂紋，模具的坯料為準(zhǔn)80mm的cr12鋼，裂紋出現(xiàn)在材料熱處理后的切割加工階段，裂紋深約15mm。通過(guò)化學(xué)成分、力學(xué)性能和金相組織等項(xiàng)目的檢驗(yàn)，對(duì)

48、材料的失效原因進(jìn)行了分析。 4.1.1.1 化學(xué)成分和力學(xué)性能分析（1）化學(xué)成分分析對(duì)失效部件的材質(zhì)分別采用高頻感應(yīng)紅外吸收法和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法進(jìn)行元素分析，結(jié)果表明材料的化學(xué)成分符合cr12鋼的成分要求。（2）裂紋宏觀檢驗(yàn)經(jīng)觀察，坯料的裂紋產(chǎn)生于表面處，向芯部擴(kuò)展，深度約15mm，裂紋比較直見(jiàn)圖4-1。對(duì)斷口形貌進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)斷口具有灰亮色的金屬光澤且沒(méi)有宏觀塑性變形，為典型的脆性斷裂。圖4-1 裂紋的宏觀形貌 (3)力學(xué)性能測(cè)試通常采用的工藝為860c4h空冷，獲得粒狀珠光體+炭化物組織。本樣品為了獲得模具的高硬特性(63hrc)，采用950-980的油淬+150c回火。本文

49、按照gbt434012o04標(biāo)準(zhǔn)對(duì)材料不同部位進(jìn)行了硬度試驗(yàn)。結(jié)果表明，模具坯料表面(6234hrc)和心部硬度（62.6hrc)基本符合預(yù)期工藝要求。（4）金相分析樣品切面取自裂紋處，經(jīng)鑲嵌磨拋后，制成標(biāo)準(zhǔn)金相試樣，gb/t13298-1991，采用三氯化鐵(5g)+鹽酸(15ml)+乙醇(100ml) 混合溶液浸蝕后進(jìn)行顯微結(jié)構(gòu)觀察，發(fā)現(xiàn)材料的組織為回火馬氏體+殘余奧氏體+共晶碳化物24，其中共晶碳化物呈骨骼狀和塊狀，最大尺寸為0.040 mm，其形態(tài)和分布極不均勻，按照gbtl49791994方法測(cè)得碳化物不均勻度為7級(jí)，見(jiàn)圖4-2。為保證cr12鋼具有良好的綜合性能，要求小尺寸坯料的共

50、晶碳化物不均勻度不大于3級(jí)，細(xì)粒狀碳化物呈彌散分布，碳化物最大尺寸小于0017mm，可見(jiàn)實(shí)際金相組織不符合要求。圖4-2 grl2的共晶碳化物及其偏析組織4.1.1.2 結(jié)果分析cr12屬于高碳高鉻鋼，具有高的淬透性和淬硬性，馬氏體形成溫度為180，故在960淬火后形成了隱針狀馬氏體、殘留奧氏體和碳化物。隨后150 2h回火，雖然馬氏體、殘留奧氏體和碳化物都發(fā)生了向穩(wěn)定碳化物的轉(zhuǎn)變，但由于回火溫度過(guò)低，使上述轉(zhuǎn)變未全部完成，同時(shí)也形成了大量不均勻分布的共晶碳化物，使淬火過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力不能得到完全消除，加上坯料在進(jìn)行切割加工時(shí)破壞了模具內(nèi)部原來(lái)的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致材料表面因受拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋。4

51、.1.1.3本章小結(jié) 通過(guò)化學(xué)成分、力學(xué)性能和金相組織分析，表明cr12鋼材料存在分布不均勻的共晶碳化物，以及淬火后產(chǎn)生的殘余應(yīng)力未能在回火時(shí)得到消除，而隨后的切割加工又導(dǎo)致材料內(nèi)部殘余應(yīng)力分布不平衡，最終產(chǎn)生裂紋。在設(shè)計(jì)cr12鋼熱處理工藝時(shí)，在保證使用壽命的前提下，盡量采用300350的高溫回火，以消除殘余應(yīng)力，或采取鍛件等溫球化退火+淬火等熱處理工藝，打碎共晶碳化物以獲得彌散均勻分布的細(xì)粒碳化物，達(dá)到提高材料綜合性能的目的。4.2 典型冷作模具鋼性能與失效關(guān)系中容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成脆性開(kāi)裂25。在淬火冷卻過(guò)程中冷卻過(guò)快，引起表里溫差過(guò)大，內(nèi)應(yīng)力集中，當(dāng)表層已經(jīng)冷卻下來(lái)，心部深處仍然處于高

52、溫狀態(tài)，外表面開(kāi)始收縮，此時(shí)變化不是很大；當(dāng)心部深處冷卻到一定溫度，心部收縮增加，引起心部三角裂紋。鑄造鋼球也出現(xiàn)相同的開(kāi)裂現(xiàn)象。通過(guò)試驗(yàn)分析得出，鑄造鋼球在凝固到13001000時(shí)采用鑄造連體軋機(jī)加壓鑄造，可消除鑄造熱應(yīng)力，抑制心部深處三角裂紋的形成。另外回火時(shí)空冷速度過(guò)快，產(chǎn)生熱應(yīng)力，也會(huì)引起自然開(kāi)裂。（1）工藝改進(jìn)措施改進(jìn)后的工藝流程方案一， 軋材毛坯下料（或鑄造連軋加壓毛坯）加熱鍛造進(jìn)冷床微風(fēng)（或水霧）淬火冷卻到（冷卻速度控制在2045/min）一定溫度下貝氏體等溫轉(zhuǎn)變25min左右空冷到220280地坑保溫回火（注意控制溫度和時(shí)間）埋沙保溫冷卻抽樣檢驗(yàn)。改進(jìn)后的工藝流程方案二， 金屬

53、模加壓鑄造進(jìn)冷床微風(fēng)（或水霧）淬火冷卻到（冷卻速度控制在2045/min）一定溫度2045/min下貝氏體等溫轉(zhuǎn)變25min左右空冷到220280地坑保溫回火（注意控制溫度和時(shí)間）埋沙保溫冷卻抽樣檢驗(yàn)。（2）檢驗(yàn)及使用效果對(duì)經(jīng)上述改進(jìn)工藝后生產(chǎn)的鋼球取樣進(jìn)行組織和力學(xué)性能試驗(yàn)。用金相顯微鏡觀察其組織，結(jié)果為均勻細(xì)化的針狀下貝氏體26組織，見(jiàn)圖4-3所示。將規(guī)格為10mm x 10mm x55mm的試樣在jb-3db型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，其沖擊韌度k100j/cm2。在kpe-3000型布氏硬度機(jī)上測(cè)得其硬度為5256hrc。在3.5m高的仿真落球機(jī)上進(jìn)行沖擊次數(shù)試驗(yàn)，隨意抽取32個(gè)球?yàn)橐?/p>

54、組，沖擊次數(shù)達(dá)一萬(wàn)次以上，破碎率0.5。圖4-3 m-b合金貝氏體鋼球的金相組織通常選用的冷作模具鋼要求有足夠的強(qiáng)度（ 包括抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度）、韌度、硬度、抗磨能力（ 特別是表面抗磨損能力）及抗疲勞能力（ 特別是多沖疲勞性能）；對(duì)于大載荷的冷擠壓和冷鐓鍛體成型模具，因劇烈變形產(chǎn)生熱量（約300），要求材料具有更高的抗變形和斷裂能力。根據(jù)文獻(xiàn)27整理的部分冷作模具鋼典型處理工藝及其力學(xué)性能，可以供選擇模具材料和制定熱處理工藝參考。4.2.1 冷作模具失效問(wèn)題探討通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)冷鐓、冷沖、冷擠壓模具失效情況調(diào)查分析，冷作模具主要失效類型是過(guò)載失效和磨損失效，約占失效總數(shù)的80%90。冷鐓模具以裂斷

55、或非正常磨損（局部脫落）為主，冷擠壓模具以脆斷或磨損失效為主，而冷沖模具以磨損失效為主。高工作應(yīng)力，大波動(dòng)應(yīng)力的冷擠壓和冷鐓模具出現(xiàn)脆性開(kāi)裂失效的比例明顯高于低工作應(yīng)力的冷沖模具。冷作模具鋼工作應(yīng)力、硬度和壽命的關(guān)系統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，對(duì)于制品為鋼鐵材料，冷擠壓模具承受的平均工作應(yīng)力約2500mpa，使用硬度6264hrc；冷鐓模具承受的平均工作應(yīng)力約1500mpa,使用硬度5862hrc；冷沖模具承受的平均工作應(yīng)力500mpa，使用硬度6062hrc。其中以冷擠壓模具應(yīng)力最大，實(shí)際上還要承受10%20%2的隨機(jī)載荷，模具局部應(yīng)力要超過(guò)上述應(yīng)力。冷作模具鋼工作硬度對(duì)壽命的影響是綜合作用的結(jié)果。圖4-4所示為冷擠壓用w6mo5cr4v2鋼沖頭（擠壓20cr鋼）工作硬度與失效類型、使用壽命時(shí)統(tǒng)計(jì)圖。圖4-4 w6mo5cr4v2鋼冷擠壓沖頭硬度與失效類型、使用壽命統(tǒng)計(jì)圖圖所示w6mo5cr4v2鋼硬度與壽命關(guān)系說(shuō)明，壽命曲線存在兩個(gè)低壽命的硬度區(qū)（即圖4-4中c和a+b區(qū)），當(dāng)硬度低于63hrc時(shí)（塑變失效為主）或高于64hrc時(shí)（脆斷失效為主）的低壽命區(qū)。對(duì)于早期失