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提高截齿齿体Cr12MoV钢性能的途径

提高截齿齿体Cr12MoV钢性能的途径

产品标签:截齿齿体

 
提高截齿齿体Cr12MoV钢性能的途径

Cr12MoV钢作为冷作模具钢,具有淬火变形小、淬透性好、耐磨性高等特点。其作为截齿齿体用硬度能够满足要求,但其韧性还有待提高。下面就从几个方面讨论提高Cr12MoV钢性能的方法。

1、锻造方法

在锻造方法上,对于Cr12MoV这样的高碳高铬钢,一般的轴向镦粗、拔长法使坯料心部的变形量不大,无法完全消除组织中的带状碳化物和粗大、不均匀的碳化物组织,用这样的坯料制成的模具会产生组织的不均匀和力学性能的各向异性,增加淬火裂纹和使用脆断的倾向。一般应采用变向锻造法(包括十字镦拔法和三向镦拔法),而且要严格按照正确的锻造操作规程进行。镦拔的次数应视碳化物不均匀的级别和对锻件碳化物不均匀级别的要求而定。操作过程中应严格执行“二轻一重”的锻造方法,在保证击碎碳化物的同时防止裂纹产生。拔长进给量每次不少于原始毛坯直径或边长的2/3,下压量应均匀一致,决不能在坯料表面造成任何硬性压痕,翻转也应勤快均匀,要坚决避免坯料的同一部位受到反复锤击,以防锤击变形能量变成很大的热能,使金属局部升温、过热,引起开裂。

2 预处理

由于Cr12MoV钢含有高碳高铬,其内部组织碳化物多,特别是一些形状不规则的碳化物,这些碳化物的边缘呈尖角状,尖角的存在极易造成应力集中而增加淬火开裂、磨裂的危险,必然会造成模具的早期脆性损坏。因此,需要对Cr12MoV钢进行预处理,预处理一般有正火、退火、调质、高温回火、高温固溶处理+高温回火预处理工艺等,其目的是为了改善毛坯的组织,使钢的淬透性增加,有利于改善钢的切削加工性能,为后续的热处理工艺做好组织准备。当锻件的碳化物偏析比较严重,常规球化退火工艺效果不理想时,可采用锻后调质处理,即锻后稍作停留或在精加工前增加一道调质工序,也可利用锻后余热直接进行球化退火或循环球化退火。调质处理后锻件能获得均匀细致的索氏体组织,不仅可保证工件最后淬火具有均匀的硬度,而且有利于淬火后减小工件的变形,增加工件的尺寸稳定性。Cr12MoV钢的调质处理工艺见图4.1。

与球化退火相比,采用高温调质工艺更有利于碳化物形态的改变。这是因为高的加热温度促进碳化物进一步溶解,原来在低温下不能溶解的、略大的一些碳化物可以进一步溶解,一些更大些碳化物也会发生尖角微溶现象,因为碳化物尖角处曲率半径小,与其接近的固溶体碳浓度高,而与平面处(曲率半径大)相接近的固溶体浓度低,在高温下碳的扩散过程加剧,必然引起碳的扩散而打破平衡,导致尖角处的渗碳体溶解,并在平面处析出,使尖角处发生钝化(曲率半径相对变大),这种尖角形态的消失或

缓解可减轻碳化物呈尖角时易造成应力集中的不利影响。再则高温下融入碳化物增多,完全溶解了的碳化物在高温回火过程中以极细粒状均匀析出,又进一步减轻了碳化物存在的不利影响,因均匀分布的极细粒状碳化物不会造成应力集中而大大降低了钢的脆性,增强了韧度,所以Cr12MoV钢制模具增加高温调质工序是提高模具强韧度的重要环节。

3 热处理

采用较低温度淬火+贝氏体等温处理工艺,可使晶粒细小,提高模具的抗弯强度和韧度,延长模具使用寿命。一般情况下,C12MoV钢强度高、塑性低,而下贝氏体组织却具有较高强度和韧度,下贝氏体断裂韧度比回火马氏体高,最终热处理时常用贝氏体等温处理,模具得到较多的下贝氏体,割裂了原奥氏体晶粒,使随后形成的针状马氏体细化。下贝氏体易在未溶碳化物与基体的界面处形成,本身韧度也较好,可通过自身塑性变形而缓解应力集中,有助于降低裂纹萌生及扩展,脆断几率减小,使强韧度增加。

4 回火

Cr12MoV钢回火目的是充分消除热处理的残留应力,调整组织和硬度。淬火后形成的马氏体属于高碳富铬的过饱和间隙固溶体,处于不稳定状态,回火时分解,析出碳化物,转变为回火马氏体,使材料基体组织硬度降低。残留奥氏体在回火过程中会分解,析出显微碳化物,在一定程度上弥补了马氏体回火转变造成的硬度降低。淬火后钢的硬度会随回火温度的变化呈现先降低后增加的趋势。回火温度过高时,残留奥氏体中析出的碳化物粗化,失去强化作用,导致硬度下降。

淬火后试样在不同温度下回火时,冲击韧度呈先降低后升高的趋势,这主要受残留奥氏体分解的影响。回火过程中,随温度的升高,基体中残留奥氏体量逐渐减少,析出碳化物增多,导致材料的冲击韧度降低,但回火温度过高时,组织中的碳化物有粗化、聚集的趋势,冲击韧度开始回升。 Cr12MoV钢的回火一般分低温回火与高温回火,低温回火一般是170~180℃×2h,硬度可达60~62HRC,高温回火一般是500~520℃×2h,模具硬度可达到59~61HRC。如果回火温度低(尤其是低温回火时),模具的硬度较高,易导致回火不充分,使模具中的残留应力较大,影响模具的使用寿命。适当提高回火温度,可保证模具在硬度降低不多的情况下获得较好的韧度,降低模具的内应力,均匀热处理后的显微组织,获得所需的力学性能。回火温度提高到500℃时仍能保证模具硬度要求,而淬火残留应力也得到了有效消除,模具在线切割时的开裂现象减少。
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