模具鋼中反常組織引起的原因
發(fā)布時(shí)間： 2014-4-7 14:54:35
反常組織工件在奧氏體化加熱后緩慢冷卻，在冷卻組織中出現(xiàn)晶界網(wǎng)狀碳化物和包圍這個(gè)網(wǎng)狀碳化物的鐵素體組織。在熱作模具鋼3Cr2W8、H13中鍛造后采用停鍛時(shí)的溫度時(shí)沒有采用正確的冷卻工藝。
不是先快冷到700℃以下，再進(jìn)行退火處理，反而是采用Ar～Acm溫度范圍進(jìn)行余熱退火處理。由于鍛造加熱溫度過高，高溫奧氏體化加熱充分，合金碳化物溶解完全，在緊接著的余熱退火保溫過程中，奧氏體中合金碳化物析出，析出的碳化物在晶界聚集長大，形成網(wǎng)狀碳化物，并造成碳化物與晶粒之間形成貧合金、貧碳的鐵索體帶，即反常組織。碳化物形式有M2C、M23C6。
熱作模具鋼的含碳量3Cr2W8、H13分別在0.30%～0.40%、0. 32%～0.4%，形成的碳化物細(xì)小，不容易檢查，往往容易忽略。加上市場價(jià)格的競爭，往往不會(huì)采用高溫正火等工序來消除，這種組織就遺傳給最終熱處理。
碳化物M23C6在900℃以上開始溶解，1100℃基本溶解完全固溶于奧氏體中，M2C只能在1150～1200℃的溫度部分溶解于奧氏體中，熱處理淬火后網(wǎng)狀碳化物遺留下來，同時(shí)淬火硬度也會(huì)降低。具有這種組織模具的使用壽命很低，一般以早期開裂為主，開裂形式是碎裂成多塊。
熱處理回火工藝應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①熱處理的加熱溫度選用1100-1150℃，加熱保溫時(shí)間比較長，加熱系數(shù)達(dá)到0.3-0.45min/mm。②由于Ms點(diǎn)比較低，淬火之后的冷卻必須充分，一般需要冷卻到室溫以后再進(jìn)行回火，回火二次硬化峰值在520℃附近，在520-560℃回火，一般不高于62HRC。③為了提高工件硬度，淬火之后，需要進(jìn)行冰冷處理，然后回火才可以達(dá)到61HRC以上，冰冷之前不能進(jìn)行回火處理，否則硬度難以提高。
模具鋼有高碳類、中碳類，熱處理加熱溫度有中溫和高溫。目前采用熱處理的爐型主要有中、高溫箱式電阻爐、鹽浴爐、真空爐。很少采用少無氧化的保護(hù)氣氛爐做模具鋼的熱處理。一方面是加熱元件和耐熱鋼合金的壽命短，另一方面是保護(hù)氣體的選用問題。
例如，5CrMnMo等中溫加熱處理的模具采用箱式爐（或室式爐）進(jìn)行淬火加熱，為了避免氧化、脫碳，一般采用裝箱加熱，使用木炭或舊滲碳劑填充保護(hù)。這樣可能造成模具表面滲碳。滲碳除了掩蓋了模具本身的真實(shí)硬度外，主要缺陷還是極容易產(chǎn)生表面熱疲勞裂紋，導(dǎo)致早期脆裂或壽命降低，生產(chǎn)實(shí)踐中這種情況相當(dāng)普遍，一些鍛型模具的熱疲勞裂紋，實(shí)際就是由于滲碳而引起的。
對(duì)模具鋼進(jìn)行氮基氣氛保護(hù)淬火試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，1100℃以上加熱時(shí)，碳勢控制不穩(wěn)，甚至出現(xiàn)碳勢急劇下降現(xiàn)象。因此，氮基氣氛熱處理使用溫度應(yīng)控制在1050℃以下為宜。至于高碳合金模具鋼，例如Cr12型冷作模具鋼的保護(hù)氣氛，仍然可以選用甲醇?xì)怏w。
本文參考《熱處理工藝問答》一書。
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