(1)提高H13鋼的材質質量
采用清潔鋼冶煉工藝,降低雜質元素含量,提高H13模具鋼的純凈度,如用廢鋼冶煉,要求硫、磷量低,嚴格控制有害元素As、Sn、Pb、Bi、Sb、Cu含量。采用電爐冶煉+精煉(LF+VD)及電渣重熔;吹氬攪拌,造合成渣,選用合適的脫氧劑;燒注過程中加入變質劑、保護澆(防止二次氧化),控制澆注溫度,選用合適錠型尺寸的模具。
國外優質的H13鋼Ws為0.008%~0.005%,wp≤0.025%;特優的H13鋼ws≤0.003%,wp≤0.015%;雜質含量水平達到1~1.5級。硫量的降低能提高模具的耐熱疲勞性和抗破裂性能。
經上述冶煉、燒注工藝的鋼錠,大大改善了鑄態組織的碳化物的分布,結晶組織細化,偏析減少,材質質量大大提高,即提高了純凈度及化學成分和組織的均勻性。
(2)改善H13鋼亞穩共晶碳化物的形態、大小和分布,降低碳化物的帶狀偏析。
H13鋼雖屬過共析鋼、非共晶鋼,但由于碳及合金元素的嚴重偏析,會導致大塊狀(嚴重時出現多角狀)亞穩共晶碳化物(液析碳化物)的出現。另外,由于鑄錠的枝晶偏析,鍛后退火有碳化物聚集成帶狀分布。
通?梢詫︿撳V或鋼坯進行高溫擴散處理,即均質處理(均勻化退火),改善成分和組織的不均勻,減少元素的偏析(C、Cr、Mo)。
選用較大鍛比及反復鐓拔、多向鍛造,增大變形量,不僅改善組織、力學性能,而且可以破碎大塊狀亞穩共晶碳化物。通常鍛比為3~5。
采用組織細化處理,高溫固溶后短時等溫球化或高溫回火。
通過上述工藝措施大大改善了碳化物的形態、大小和分布,并且提高了模塊性能等向性,使模、縱向的韌性比在80%~90%以上。
(3)提高H13鋼模具的熱處理質量
H13鋼模具熱處理在以下環節需多加注意。
1)針對模具的服役條件,正確選擇淬火加熱溫度,要求韌性較高的模具常選用下限的加熱溫度(1020℃左右),要求熱硬性為主的模具常選用上限的加熱溫度(1050℃左右)。
2)避免二次碳化網的出現。二次碳化物網出現可能有兩種情況:①原始組織中碳化物網嚴重,若加熱溫度不高或加熱時間不足,部分碳化物還殘存在晶界上(細網能全溶,粗網可能不全溶),淬后回火有所加粗;②高溫加熱奧氏體化后,約在950~750℃溫度區間內淬火冷卻相對較緩慢,在冷卻過程中沿晶析出二次碳化物。這兩種網狀碳化物均會對模具造成危害,常導致脆性開裂。顯微組織上區分,前者網孔一般較粗大,網絡較粗肥,多半不全封閉;后者網孔較小,網絡細瘦,全部或局部形成封閉或網絡。
4Cr5MoSiV1鋼雖是一種空冷硬化鋼,但為了避免在模具心部晶界上析出碳化物,對形狀簡單及淬火畸變要求不高、尺寸較大的模具可以采用油淬。采用分級淬火的溫度以350~500℃為宜,如分級溫度選在500~560℃時,雖可減少畸變,但在晶界上會析出碳化物,使韌性降低。
3)避免出現貝氏體脆性。冷卻中尤其模具心部應避免出現大量上貝氏體組織,因其高溫回火后常出現貝氏脆性。這在模塊淬火冷卻介質、冷卻方法選擇上應加以注意(如分級淬火的溫度、時間等的選擇)。
4)避免在低沖擊值范圍內回火。4Cr5MoSiV1鋼在500℃左右回火時硬度值最高,但沖擊韌度最低,因此,通;鼗饻囟葢哂500℃。
5)采用兩次(或兩次以上)回火。模具在淬冷到80~50℃時,應立即回火,以免冷到室溫后可能出現開裂。第二次回火必須待模塊冷至80℃以下時才進行。
回火使組織充分轉變并穩定。一般580~640℃兩次回火,模腔硬度為44~48HRC。
適當提高第二次回火后的冷卻速度,有利于提高韌性,延長模具的使用壽命。
6)采用合適的化學熱處理方法與工藝。一般模具試模后進行最終的滲氮或氮碳共滲處理,應嚴格控制白亮層厚度和脈狀氮化物的形態、大小和分布,并根據工況確定合理的擴散層深度(即滲氮層深度)。
模具從第一次滲氮或氮碳共滲后投入使用至報廢,中間還可經過1~2次的滲氮或氮碳共滲處理(有時可結合模具消應力處理同時進行)。
(4)機加工、使用維護保養
應留有合適的機加工切削余量,保證完全除去脫碳層,并達到一定的表面粗糙度要求。
采用電火花加工或電火花線切割模具時存在的表面變質層或白硬層,易引起模具的變形和開裂。對于電火花加工的模具,應及時進行回火,其回火溫度低于最終回火溫度20~30℃,時間以2~3h為宜。為防止高溫回火時發生表面氧化,模具應在保護氣氛或真空加熱爐中處理。對于線切割的模具,應對切割面進行研磨隨即及時回火(160~180℃,>2h)或噴丸后時效回火(120~160℃,6~10h)。
使用中應注意模具的預熱與冷卻方法(采取適當降低模面溫度而不至于使模溫上下波動范圍過大的冷卻方法),采用合適的潤滑劑等。
總之,提高4Cr5MoSiV1鋼模具的使用壽命是一項系統工程,它包括冶金質量、鍛造加工、預備熱處理、機械加工質量、最終熱處理、合理的技術要求及使用維護等多個環節。
友情推薦:熱作模具鋼