一、模具新钢种——超硬型高速钢
研究和发展模具新钢种,是改善和提高模具钢的强韧性,延长模具的使用寿命的重要途径。我国模具工业在迅速发展,我国的材料工作者在借鉴国外*技术的基础上结合本国资源情况和特点,引进和研制了不少新型模具钢。经过生产上的考核筛选,一些性能优异、工艺性能也比较好的钢种受到模具制造和使用单位的欢迎,使模具的使用寿命达到甚至超过国内外同类模具的水平,如北京钢铁学院与大冶钢厂研制的无co超硬高速钢w12cr4mo3v3n(简称v3n)的各项性能优良,获中华人民共和国国家发明奖,中华人民共和国(91102252), v3n模具性能比现用普通高速钢提高2~10倍,相当于市场现用含 10%co的高速钢,已成功地推广应用在工模具生产中,可使寿命成倍增加。
二、v3n成分及性能特点
w12cr4mo3v3n(简称v3n)是钨-钼系含氮无钴超硬型高速钢,v3n的化学成分c:1.21%;w:11.88%;mo:2.95%;cr:4.00%;v:2.87%; n:0.075%.新型超硬高速钢v3n成分设计特点是:
高c:c对冷作模具钢的强韧性、耐磨性有决定性的影响。含碳量增加,则抗压强度及耐磨性增加。因此,抗冲击及高强韧冷作模具钢含碳量较高。
高v:v强烈细化晶粒,强烈提高耐磨性、红硬性及二次硬化能力。但含量过多会明显恶化可锻性及磨削性。
含n:n可细化晶粒,又有析出强化的作用,且机械性能及焊接性能都较好。
主要技术性能:v3n钢具有硬度高、耐磨性好、高的红硬性和一定的韧性,在冷作模具钢上应用效果十分显著。该钢与含钴高速钢相比,价格低廉且易加工,通过适当的热处理,可得到高硬度(hrc67~70)、高红硬性(625℃4小时,hrc63~65)和高耐磨性,韧性和抗弯强度均不低于普通型高速钢,可克服模具刃口塌陷和崩裂等早期损坏。
三、v3n钢模具的加工工艺
模具热处理方法和加工工艺的选择同样要根据模具的工作条件、失效方式和对性能的不同要求来确定。应不断改善热处理设备,改进热处理工艺,使材料的强度、韧性得到*配合,并严格遵循热处理工艺,控制加热温度、时间、冷却速度,从而保证模具的使用性能。
锻造
v3n钢含有大量的一次碳化物和二次碳化物,若保留在淬火组织中,将急剧降低模具所有寿命。只有通过对原材料改锻,击碎碳化物,才能使其呈细小、均匀的形貌分布于钢基体,提高整体力学性能。
v3n钢导热性差,锻坯加热时应充分预热,始锻温度1170℃,终锻温度950℃,设备可采用250kg(小件)和400kg空气锤,开始采用轻锤快打,中间用重锤打,zui后慢打轻打,锻后于石棉粉箱中缓冷取出后即进行退火处理。
锻后退火
可采用等温退火或普通860℃退火4小时,机械加工锻后硬度较高,采用等温或普通退火后,机加可顺利进行,淬火后因工硬度较高,故工件成型磨削难度较大,可采用镨铌刚玉加铬制作的砂轮进行磨削。
热处理工艺
v3n钢在1220~1230℃淬火时,由于存在未熔碳化物,硬度偏低,系淬火温度不足;在1260~1270℃淬火时,晶粒明显过大,系过热现象。选择1230~1240℃淬火加热温度既能使碳化物和合金元素充分溶解到奥氏体中去,又能保持较细晶粒(10~10级)。
v3n超硬高速钢模具部件采用1220~1230℃经550℃四次回火,硬度可控制在hrc64~67,具体可根据零件尺寸的大小从热处理工艺上进行调整,达到硬度和强度较理想的配合,v3n超硬型高速钢淬火后有较多残余奥氏体,据测定约为25%~30%,必须尽量消除减少,为此进行多次高温回火使之发生马氏体转变。进行4次高温回火后,大部分残余奥氏体发生了马氏体转变,产生二次硬化效应。v3n钢二次硬化效应温度比普通高速钢高30~40℃,这一特性十分宝贵,表明v3n钢有更高红硬性。
精加工后的深冷处理
经深冷处理后,由于残留奥氏体向马氏体转变以及超细碳化物的析出,模具零件硬度和耐磨性将进一步改善,耐磨性可提高40%,既缩短回火时间节省了能量,又明显提高了模具使用寿命。
高速钢模具深冷处理工艺过程为:模具除油污→放入保温罐中→少量多次注入液氮(196℃)→保温浸泡2.5h→取出模具迅速放入60~70℃热水中。
四、v3n钢在冷作模具的应用与效果
v3n超硬冷作模具寿命均比 cr12mov、cr12等常用模具寿命提高3~5倍,比现用普通高速钢提高2~10倍,经济效益更为显著,v3n钢制模具性能相当于市场现用含10%co的高速钢。
某厂硅钢片冲模原来都是采用crwmn、cr12mov等铬钢制作的,但由于硅钢等硬面脆,故模具耗损量大,采用v3n钢制作模具,经济效果明显。
五、结语
v3n超硬高速钢各项性能优良,适合加工冲裁模等冷作模具,寿命显著提高。
v3n钢热加工工艺较严格,1220~1230℃淬火,550℃4次1小时回火,精加工后再经深冷处理可获得高硬度、高耐磨性和良好的韧性配合,使用过程中还可定期对凹模进行去应力回火以延长寿命。
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