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              無錫q345b方管提高3Cr2W8V熱模具壽命的熱處理工藝探討

              發布時間:2019-04-14 14:45

              無錫q345b方管在線:

              無錫q45b方管內容提要:對3Cr2W8V熱模具的失效形式、材質特征及各合金元素的作用進行了分析。通過多次試驗,制定了提高3Cr2W8V熱模具壽命的熱處理工

              關鍵詞:無錫q345b方管3Cr2W8V  熱模具  失效形式  熱處理工藝  疲勞強度  使用壽命 


              熱模具工作溫度較高(一般情況下,工件始鍛溫度為1200℃,終鍛溫度為800℃),工作條件惡劣。工作時強大的壓力和沖擊載荷使坯料金屬在模具型腔內流動,坯料金屬與型腔表面產生劇烈磨擦,極易使型腔表面磨損;同時鍛模要在不斷反復冷卻條件下工作,由于冷熱交變的結果,型腔表面在交變應力作用下易產生疲勞裂紋。使用過程中,磨損、疲勞是熱模具失效的主要形式。為此,我們對熱模具進行熱處理工藝研究,以提高其工作壽命。 


              1、無錫Q345B方管熱模具所用材料的特征 

              熱模具所用材料為3Cr2W8V,其化學成分如下表。

              從上表可知,3Cr2W8V鋼為合金模具鋼,材料中含有較多的碳化物元素:Cr、W、V等,因而具有較高的耐熱疲勞性和高溫機械性能。由于Cr、W元素的作用使奧氏體相當穩定,從而使該材料具有較高的淬透性,它既能保證模具淬火后獲得均一的馬氏體組織;回火時,Cr、W、Mn元素又能阻礙馬氏體組織的分解,使材料具有較高的耐磨性和抗回火穩定性??梢?Cr2W8V鋼熱模具經適當的熱處理工藝熱處理后,具有較好的熱強性、耐磨性,使模具具有較長的使用壽命。 


              2、無錫q345b方管3Cr2W8V熱模具傳統的熱處理工藝 

              3Cr2W8V熱模具的制造工藝流程為:下料→鍛造→退火→機加工→熱處理,模具熱處理后的硬度要求為:HRC42—46。 

              模具傳統的熱處理工藝為:

              無錫q345b方管淬火:550℃裝爐(箱式電阻爐加熱,加熱時模腔用“生鐵屑+滲碳劑”保護,以防止模腔脫碳),保溫40min;再升溫至1060℃,保溫120min,然后出爐油冷至室溫。 

              無錫q345b方管回火:加熱溫度為580℃,保溫240min(采用井式回火爐加熱)。  用該工藝熱處理過的模具硬度符合要求,但模具壽命較短,平均使用1500次。模具費用較高,同時更換模具頻繁,影響生產。 

              我們對報廢模具進行斷口分析,觀察到均為典型的疲勞斷裂,疲勞源在刃口處,沿45°方向向心部擴展,疲勞斷口面積與靜力斷口面積之比為1:3,在疲勞區的后部有明顯的宏觀淺溝。同時還觀察到沿模腔軸向分布有10~20條裂紋,裂紋上寬下窄(以工作位置定),一般發展到工作區終止。疲勞斷口即由其中一對裂紋(大部交成 180°)處起始擴展。通過上述分析,認為模具失效的原因為: 


              (1)從靜力斷口面積較大,疲勞斷口后部疲勞溝較淺較寬,可以判斷模具處在高應力狀態下工作。 


              (2)從模腔表面及軸向裂紋兩側出現脫碳組織判斷,模腔最表層工作溫度可能高于3Cr2W8V的臨界點Ac1(800℃)點。

               

              (3)模具工作溫度較高(工件始鍛溫度為1200℃,終鍛溫度為800℃),工作時會發生組織轉變,模具工作時,工作應力與組織應力、熱應力疊加,在每個工作周期的某一瞬間達到最大實際應力值,而增大了裂紋的產生和擴展的可能性,從而導致疲勞斷裂,降低模具的使用壽命。 


              3、無錫q345b方管改進后的熱處理工藝 

              隨著淬火溫度的升高,淬火硬度也有所提高,低于1200℃淬火時,回火時2次硬化現象不明顯。若高于此溫度淬火,碳化物溶解較多,奧氏體合金度增加,從而強化了馬氏體,回火時由馬氏體中析出較多的彌散碳化物,2次硬化才顯示出來。 


              提高回火溫度,以防止在模具使用過程中發生馬氏體向屈氏體轉變,以減小組織應力。由傳統工藝1次回火,改為3次回火,以使淬火后,材料中低硬度的殘余奧氏體較充分地轉變為高硬度的2次馬氏體,提高模具力學性能。 改進后的熱處理工藝為: 


              無錫Q345B方管淬火:550℃裝爐(箱式電阻爐加熱,加熱時模腔用“生鐵屑+滲碳劑”保護,以防止模腔脫碳),保溫40min;再升溫至1150℃,保溫120min,然后出爐油冷至室溫。 

              無錫q345b方管回火:回火3次,每次加熱溫度為660℃,保溫90min(采用井式回火爐加熱)。 

              用該熱處理工藝處理的模具使用壽命可達4500次,降低了模具費用,提高了生產效率。 

              4、無錫Q345B方管采用離子氮化工藝提高模具壽命 

              熱模具加工成型后,進行正常的“淬火+回火”熱處理,然后進行離子氮化處理。 

              熱模具經離子氮化后,材料中的Cr、V等元素能與氮原子形成氮化物,這種氮化物熔點高,硬度高。這些氮化物在氮化層中均呈高度彌散均勻布著,對位移滑移有阻礙作用,而使得氮化層達極高的硬度,因此鍛模離子氮化后表層有很高的耐磨性、熱硬性。由于氮化層組織的比容比淬火馬氏體的比容還大,因此氮化層有更高的殘余壓應力和較高的疲勞強度。 經離子氮化處理的鍛??慑懝ぜ?000件以上,壽命有較大提高。

              5、無錫q345b方管結論 

              提高3Cr2W8V熱模具的淬火溫度及增加回火次數,可提高模具的使用壽命。合理的淬火溫度為1150℃,回火工藝為:回火溫度為660℃,回火3次。 

              模具經離子氮化后,其耐磨性、疲勞強度、抗氧化性均有較大提高,可延長鍛模使用壽命。


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