外形尺寸為95mm×95mm×290mm的自行車曲柄熱成形模,在3000kN摩擦壓力機上使用時,8~12件/min,型腔用油冷卻。由于鍛模要承受很大的沖擊載荷、摩擦和熱疲勞的作用,所以,模具常以斷裂失效。
原用500℃、850℃兩次預熱,1080℃淬油,580~610℃×2h×2次回火,硬度為45~48HRC,模具的壽命只有4500件。后來改為1150℃加熱淬油,640℃×2h×2次回火,硬度仍為45~48HRC,模具的壽命提高到6500件。壽命高的原因是組織中添加了板條馬氏體條馬氏體的數量,提高了斷裂韌度、早期斷裂抗力及熱疲勞抗力。曲柄模在690℃回火后,硬度值為39~42HRC,使用中不發生斷裂現象,但其失效形式則轉為塌陷,因尺寸超差而報廢,實際使用壽命不高。生產實踐表明,強韌性低的回火索氏體組織不足以提高曲柄模的壽命。
模具壽命是材料各項綜合性能的反映。實踐證明,在保證不開裂的前提下,盡量提高硬度,采用工藝處理,模具硬度為45~47HRC,金相組織為回火馬氏體+下貝氏體,平均使用壽命提高到9000件,最高可達38000件,效果顯著。其原因是在高強度馬氏體上分布著適量的下貝氏體組織,可提高材料的強韌性、斷裂韌度和裂紋擴展抗力。
3Cr2W8V鋼制鋁擠壓模復合處理
3Cr2W8V鋼制鋁合金擠壓模經常規熱處理,在擠壓過程中常發生脆裂和剝落。為了探討提高模具壽命的經驗,對3Cr2W8V鋼進行了不同參數處理試樣的力學性能和熱處理工藝試驗,確定了采用強韌化處理和離子滲氮的復合熱處理工藝。
(1)強韌化處理工藝 毛坯先經鍛打和球化退火處理,再經強韌化處理。強韌化處理采用高溫淬火高溫回火工藝:600℃+850℃兩次預熱,1150℃高溫加熱淬火后,再經640℃×2h、660℃×2h、670℃×2h回火3次。淬火后硬度為53~55HRC,經3次回火后硬度為40~45HRC。
提高淬火加熱溫度,可使3Cr2W8V鋼獲得較多的板條馬氏體,并促進了合金碳化物的溶解,使更多的合金元素溶入奧氏體中,增加其合金化程度及碳的固溶度,提高熱強性和抗熱疲勞性。不過,淬火溫度提高到1150℃,會使晶粒粗大而降低鋼的性能。3Cr2W8V鋼經強韌化處理后,抗拉強度、屈服強度、耐回火性和熱疲勞性均有新提高,斷裂韌度的提高尤為顯著。
(2)滲氮工藝規范 在純氮氣氛中,滲氮溫度為550℃,滲氮時間為6~8h;在丙酮-氨氣氣氛中,滲氮溫度為550℃,滲氮時間為5h。
3Cr2W8V鋼模具強韌化后再經離子滲氮處理,可獲得15μm化合物層,表面硬度可達1000HV,表面非常光滑,均布一層均勻的氧化膜。3Cr2W8V鋼強韌化和離子滲氮復合熱處理,可使模具的基體和表面都達到較好的性能,以滿足其服役要求。
(3)使用壽命 按常規處理的鋁合金擠壓模使用壽命不到20天,經復合處理后的模具使用壽命可達3個月以上。