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(jī)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(yù)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(shù)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(fā)生斷裂現(xiàn)象,但其失效形式則轉(zhuǎn)為塌陷,因尺寸超差而報廢,實際使用壽命不高。生產(chǎn)實踐表明,強(qiáng)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(dá)38000件,效果顯著。其原因是在高強(qiáng)度馬氏體上分布著適量的下貝氏體組織,可提高材料的強(qiáng)韌性、斷裂韌度和裂紋擴(kuò)展抗力。
3Cr2W8V鋼制鋁擠壓模復(fù)合處理
3Cr2W8V鋼制鋁合金擠壓模經(jīng)常規(guī)熱處理,在擠壓過程中常發(fā)生脆裂和剝落。為了探討提高模具壽命的經(jīng)驗,對3Cr2W8V鋼進(jìn)行了不同參數(shù)處理試樣的力學(xué)性能和熱處理工藝試驗,確定了采用強(qiáng)韌化處理和離子滲氮的復(fù)合熱處理工藝。
(1)強(qiáng)韌化處理工藝 毛坯先經(jīng)鍛打和球化退火處理,再經(jīng)強(qiáng)韌化處理。強(qiáng)韌化處理采用高溫淬火高溫回火工藝:600℃+850℃兩次預(yù)熱,1150℃高溫加熱淬火后,再經(jīng)640℃×2h、660℃×2h、670℃×2h回火3次。淬火后硬度為53~55HRC,經(jīng)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(jìn)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(qiáng)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(jīng)強(qiáng)韌化處理后,抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)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(guī)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(qiáng)韌化后再經(jīng)離子滲氮處理,可獲得15μm化合物層,表面硬度可達(dá)1000HV,表面非常光滑,均布一層均勻的氧化膜。3Cr2W8V鋼強(qiáng)韌化和離子滲氮復(fù)合熱處理,可使模具的基體和表面都達(dá)到較好的性能,以滿足其服役要求。
(3)使用壽命 按常規(guī)處理的鋁合金擠壓模使用壽命不到20天,經(jīng)復(fù)合處理后的模具使用壽命可達(dá)3個月以上。