采用Cr12MoV鋼制造的冷鐓模失效分析及解決措施
該冷鐓凹模工作壓力為1600kN,冷鐓成形速度為72件/min,被冷鐓的坯料為GCr15,其硬度為HBS170~207,凹模用Cr12MoV鋼制造,其熱處理為1100℃加熱油淬,510℃回火兩次,每次1.5h,回火后硬度在HRC60以上。
小規(guī)格凹模的壽命約為3000粒,大型凹模有時(shí)只鐓數(shù)十粒就報(bào)廢了。凹模失效形式主要有擦傷、掉塊和開裂三種。
擦傷和由于坯料對(duì)凹模型腔壁的劇烈磨擦,造成不同程度的傷痕。掉塊即凹模表面成片剝落。
一般裂紋起源于擦傷嚴(yán)重處,以及由掉塊而引起的尖角部位。也有的裂紋從內(nèi)腔壁一直延伸到外表面,穿透整個(gè)腔壁。對(duì)裂紋斷口掃描,發(fā)現(xiàn)裂紋一側(cè)為磨擦所造成的光滑區(qū),另一側(cè)為木紋狀條帶區(qū),木紋狀區(qū)的微觀形貌為準(zhǔn)解理和韌窩的混合。
凹模表面擦傷和開裂是導(dǎo)致凹模失效的主要形式,凹模的硬度過高,韌度不足,是導(dǎo)致開裂的主要原因。Cr12MoV鋼中含有大量的共晶碳化物,是降低凹模壽命的根本原因。
提高凹模的壽命可以降低模具修理成本和待機(jī)的生產(chǎn)損失,對(duì)提高生產(chǎn)率有很大的經(jīng)濟(jì)效果。在實(shí)際生產(chǎn)中,我們可以通過增加或改進(jìn)熱處理生產(chǎn)工藝使凹模的壽命成幾倍或幾十倍的增長(zhǎng)。
Cr12MoV鋼在熱處理前采用鍛造工序。鍛造的目的是使碳化物細(xì)化并均勻分布,從而提高鋼的韌性,降低脆性開裂。 鍛造時(shí)預(yù)熱溫度為800~850℃,加熱溫度1050~1100℃,始鍛溫度1000~1050℃,終鍛溫度850~900℃。始鍛時(shí)要輕打,隨后(1000~950℃)可逐漸重打,鍛后緩冷。 對(duì)于熱軋圓鋼中碳化物分布不均勻,呈帶狀、網(wǎng)狀及塊狀分布,鋼材性能各向異性者,為打碎碳化物,消除性能的各向異性,材料要采用輕一重一輕雙十字鍛造,反復(fù)鐓拔,使鍛坯中心和邊緣的碳化物級(jí)別一致(≤3級(jí))。
Cr12MoV鋼模具采用1030~1050℃淬火和400℃回火的新工藝,熱處理后硬度為HRC58~60,具有最高的多種斷裂抗力,可使模具壽命提高兩倍以上。
Cr12MoV鋼在鹽浴爐加熱,500~600℃預(yù)熱,升至800~850℃保溫時(shí)間按1h左右,再升溫到1020~1040℃保溫102 min ,250~270℃×3h硝鹽等溫,空冷至室溫;然后200~250℃×1h回火。與原工藝比,硬度和強(qiáng)度并不降低,而韌度卻提高1倍以上。凹模使用壽命提高3~4倍。
采用預(yù)先熱處理工藝,預(yù)先熱處理工藝可以細(xì)化晶粒,改善組織,提高力學(xué)性能;消除殘余內(nèi)應(yīng)力,減少后續(xù)加工中的變形和開裂。退火:Cr12MoV鋼鍛后進(jìn)行等溫球化退火,工藝為:850~870℃×2~4h,爐冷至740~760℃×4~6h,爐冷至≤500℃出爐空冷,硬度為207~255HBS,金相組織為索氏體型的珠光體和均勻的碳化物。調(diào)質(zhì):小型模具可直接進(jìn)行鍛熱調(diào)質(zhì)。www.syfukang.com大多數(shù)模具為保證得到均勻的索氏體組織必須進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。830℃預(yù)熱,1080~1100℃加熱油冷;760~800℃×3~4h高溫回火。批量大時(shí)可在退火爐中進(jìn)行;批量小時(shí)可在中溫鹽浴爐中進(jìn)行,保溫時(shí)間按1min/mm計(jì)算。硬度為18~25HRC。去應(yīng)力退火:粗加工后,半精加工前還需要進(jìn)行一次去應(yīng)力退火。630~680℃×3~4h,爐冷至≤500℃出爐空冷;亦有采用400℃×2~3h去應(yīng)力處理者。
Cr12MoV鋼冷鐓凹模滲硼 + 滲硫復(fù)合處理。Cr12MoV鋼冷鐓凹模經(jīng)粉末法滲硼,滲硼成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):B4C3% + KBF43% + SiC93%。850℃×3h滲硼,升溫至980℃,保溫一定時(shí)間后,水冷淬火,可獲得16~22μm的連續(xù)Fe2B層,硬度1186~1465HV0.1。200℃×2h回火。180~200℃×6~8h液體滲硫(硫96% + 二硫化鉬4%),可獲得10μm左右的以FeB為主的滲S層。經(jīng)上述處理的模具獲得了減摩層、硬化層和過濾層的三層復(fù)合組織,可顯著提高模具抗粘著磨損抗力,模具壽命比常規(guī)熱處理提高10倍,比滲硼淬火處理提高壽命4~5倍。
其它措施。對(duì)因設(shè)計(jì)不良、加工不當(dāng)?shù)纫鸢寄勖档偷那闆r,必須加以改進(jìn)。如加大凹模拐角處的圓角等,以防止熱處理時(shí)產(chǎn)生局部應(yīng)力集中,導(dǎo)致凹模工作時(shí)凹模易開裂。
熱處理終了、成品磨加工后,進(jìn)行低溫時(shí)效處理也可以提高凹模的使用壽命。后來用012Al(5Cr4Mo3SiMnVAl)鋼代替了Cr12MoV鋼制造模具,凹模壽命提高了4倍。
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