模具鋼零件或工具鋼的生產要經歷冶煉、澆注、鍛造、預先熱處理、機械加工、最后熱處理、精加工和裝配等流程。為了搞好熱處理,應掌握整個生產中各個環節的相互作用及其對產品質量影響的規律,將熱處理作為制造流程中的一環,以全局的視野分析和解決問題,?墒盏绞掳牍Ρ吨。舉例如下。
工業縫紉機梭心套冷擠壓凸模,工件材料為20Gr鋼,形變阻力較大,凸模所承受的單位壓力超過250MPa,而且在凸模中間有一個小孔,擠壓時部分被擠鋼料從中竄出使凸模承受徑向張力,容易引起開裂。W6Mo5Cr4V2鋼制造的凸模,其最佳淬火、回火工藝即1190℃加熱淬火,560℃回火4次,仍未能完全消除凸模早期開裂的現象。對使用后的模具進行解剖和金相分析發現,凡是早期開裂的凸模,碳化物偏析的級別大多數在3級以下。由此可見,高速工具鋼的萊氏體碳化物偏析導致韌性下降,是凸模早期開裂的重要原因。這就需要從控制高速鋼原材料的質量,以及通過鍛造改善碳化物級別著手,才能解決問題。
我國國標規定,直徑為60~80mm的高速鋼出廠時碳化物級別為5級。梭子凸模原設計尾部直徑為60mm,需要用直徑大于60 mm的鋼材制造,經過修改凸模設計,尾部直徑改為48mm,可以用50mm直徑高速鋼制造。通過對高速鋼材進行“十字交叉”鍛造,進一步降低碳化物級別,并規定鍛造的形變規范,使鋼料中碳化物最嚴重的區域移到凸模中應力較低的部位,從而消除了凸模早期斷裂的現象。
克服梭子凸模開裂的另一條途徑是用基體鋼65Nb替代高速鋼。65Nb的含碳量較低,即使是較大規格的鋼件,碳化物偏析一般也不會大于3級,而且65Nb的韌性也優于高速鋼,因此用65Nb制造梭子的冷擠壓模不會開裂。但是,65Nb的擠壓屈服強度略低于高速鋼,而梭子冷擠壓凸模承受的單位壓力高于一般的冷擠壓模具,初期試驗時發現65Nb鋼制模具工作部位的直徑略有脹大。65Nb鋼制凸模在淬火回火后進行鐵素體氮碳共滲處理,降低了表面摩擦系數,從而減輕了成形阻力,克服了凸模工作時直徑脹大問題,而且由于表面耐磨性大幅度提高,凸模壽命達到3萬件以上,優于高速鋼模具。
梭子凸模早期損壞的另一種形式是刃口崩掉一小塊,起初認為是材料脆性所致,但未能找到解決辦法。經過對凸模制造過程進行仔細的研究分析,發現凸模磨削時刃帶上易產生磨削裂紋。改用硬質合金車刀在凸模淬火和回火之后、氮碳共滲處理之前進行“精車”(實際上是一種車削與擠光相混合的方法),替代磨削,避免了凸模早期崩口現象。
梭子冷擠壓模具壽命的提高是一個系統的工程,除上述措施之外,還包括冷擠壓工藝研究、模具設計、20Cr坯料的軟化退火、表面磷化、潤滑劑選擇等一系列研究和技術攻關的成果。這一事例有一定的典型性,從中可以看出熱處理工藝的研究和改進,常常需要和產品設計、選材、原材料質量控制、鍛造、機加工等眾多環節相配合,才能達到提高使用壽命和可靠性的目的。
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