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提高3Cr2W8V钢压铸模具寿命的热处理工艺的研究

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发表于 2010-9-12 14:17:11 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  3Cr2W8V钢是目前广泛应用的压铸模具钢,内蒙古某电机厂的电机转子铝压铸模具就是采用此种钢制造。模具外形如图1所示,压铸是在130吨压铸机上进行。模具型腔面与高温铝液频繁接触,承受由于反复加热与冷却而产生的交变应力作用。同时,型腔承受很大的挤压、冲击和摩擦,模具工作条件极为苛刻。在此种工作条件下,模具的失效方式为粘铝、龟裂和早期服裂,致使模具寿命不高。模具的早期脆裂是失效的主要矛盾,模具的硬度和强度指标过高以及韧性不足是导致早期脆裂的原因。为了提高模具的寿命,必须提高3Cr2W8V钢的综合性能,对此,我们进行了研究。

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  1试验方法

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  试验材料为3Cr2W8V钢,其成分为:0.376%C,2.40%Cr,8.10%W,0.4%V,≤0.4%Si,≤0.4%Mn。

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  本试验采用10×10×55(mm)标准梅氏冲击试样。抗粘铝和热疲劳试样尺寸如图2所示。用JB30冲击试验机、HR—150洛氏硬度计、HB—3000布氏硬度计、Instron—1251型电液伺服万能材料试验机测定冲击韧性、硬度、断裂韧度等指标。用电阻加热炉(内放铝坩埚)加热到700℃,随后水冷的方式进行热疲劳试验。Neophot型金相显微镜观察球化退火组织,用DS—III型扫描电镜观察断裂韧度试样断口形貌。

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  2试验结果及分析

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  2.1气体氮碳共渗对抗粘铝和热疲劳性能的影响

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  将热疲劳试样校正常工艺调质处理后,再将一部分试样在570℃×3h进行气体氮碳共渗,另一部分试样不进行氮碳共渗,然后进行对比试验。试验过程是:将试样放入700℃的铝液中加热5秒钟,然后立即放入水中急冷,每次重复上述工艺过程。试验结果表明,未经氮碳共渗的试样,3—5次循环就粘铝,而经过氮碳共渗的试样,几百次以后仍末出现粘铝现象,而且脱模容易。还发现,未经氮碳共渗的试样,经60次循环,试样表面就出现微裂纹,而经过氮碳共渗的试样,试验160次循环以后开始出现微裂纹,证明了经过氮碳共渗的试样抗热疲劳性能好,比未经氮碳共渗的试样的抗热疲劳性提高1.6倍。

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  氮碳共渗后的试样,其最表面是白亮层,由比较致密的ε—Fe2—3(N,C)化合物组成[1],这与铝的晶体结构不同,且浸润性不好,这可能是试样不粘铝的原因。

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  材料的热疲劳性能是决定热模具寿命的重要指标之一。热疲劳除了与材料的导热系数和热膨胀系数等物理性质有关外,还与材料的高温强度和塑性有关。热疲劳裂纹往往在表面热应力最大的区域形成,模具表面受到剧烈氧化时会加速损伤过程,若材料抗氧化性能好,则可减轻损伤。试样经氮碳共渗后,高温屈服强度提高,塑变抗力提高,延缓了裂纹萌生,同时,氮碳共渗试样的表层具有抗氧化性,可减轻氧化侵蚀时的损伤过程,这可能是提高抗热疲劳性的原因。

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  2.2球化退火工艺优选

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  热模具钢一般都采用中温加热退火和等温球化退火作为预处理工艺,用这种工艺处理,3Cr2W8V钢球化组织不均匀,碳化物的形貌和分布不好,模具的强韧性不足,因而使用寿命低,三向循环锻造虽改善碳化物偏析[2],但对碳化物圆整度改善有限,而且工艺复杂。为了获得细小、匀、圆的碳化物,对各种球化退火工艺进行了大量试验,优选出两种效果显著的高温固溶预处理球化退火工艺,其结果见表l、图3、图4。

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  从图中看出,优选的两种工艺球化退火后的组织较好,碳化物细小、均匀、圆整度好。将图3和图4相比较,图3的碳化物比图4的碳化物细小,但碳化物的均匀性、圆整度不如图4,其硬度较高。所以,从机械加工的性能和碳化物的圆整度及操作方便考虑,选用表1中的工艺2是合理的,以下试验均采用此工艺。

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