冷作模具用高速钢热处理性能和变形研究

— — —— — —— — —— — —— — —— — —— — —— 作者简介： 张洁 * +,") - . 男， 江苏扬州人， 副教授， 主要从事模具 强韧化处理技术、 表面处理技术， 金属基复合材料的研究， 地址： 江苏镇江市丹徒路 %$+ 号，江苏大学机械 工 程 学 院 ，电 话 ： （$!++） /0,+$+,， 123 456 7 8 98 :"0 ; :9< & =>: & ?@ 收稿日期： #$$# - $! - #+
(
模具强度的影响 模具强度不够时也会对型材表面质量产生不
良影响， 比如说机械纹、 咬痕等， 其产生的机理主要 是因模具强度不够，在挤压过程中模具产生朝向挤 压方向的变形，使原本平行的工作带变成了喇叭 形，当型材表面从工作带棱角划过时产生机械纹； 有时在模具强度不够的情况下，模具会因产生沿挤 压方向上的弹性颤动而形成咬痕；模具强度不够还 会产生管材壁厚不匀、槽扩口、并口、型材壁厚不
#$ -
图)
不同淬火冷却方式淬火 )*"6 三次回火后直径方向的变形量
万方数据
!" 及回火。在选择淬火加热温度时要考虑到残留奥氏 体量对淬火变形的影响，同时还要考虑它对模具机 械性能的影响。当然，在具体确定某一模具的加热 温度时也要考虑其它影响因素和客观条件。在选择 冷却方式时，对要求较高的模具最好采用硝盐分级 淬火，既可防止因模具形状复杂、截面尺寸不均匀 产生的相变不等时性，又可控制尺寸胀缩变形量， 对冷却时的热应力和组织应力也能明显减弱，是控 制精密复杂模具变形易行而有效的工艺方法。淬火 后应进行充分的回火，在可能的范围内释放应力， 把淬火引起的变形降到最低。选择模具材料时尽量 选 用 + ), (!-. */ #， 在 同 样 的 处 理 条 件 下 ， 这也是 + ), (!-. */ # 的变形量都比 + 0"-. */ 小， 减小模具变形的办法之一。 * !!!!" 结束语 参考文献：
图+
高速钢冷作模具热处理工艺
（+） A +/CD )E 淬火温度 （#） A "B (!CD )E # 淬火温度
冷作模具一般要求具有强韧兼备的性能，常规 工艺处理的模具显得韧性不足，尤以 A +/CD )E 为 甚， 而 A "B (!CD )E # 的碳化物比较均匀而细小， 相 对要好一些。 应当注意的是， 若 A +/CD )E 淬火温度 超过 + ##$F ， A "B (!CD )E # 淬火温度超过 + +/$F ， 尽管提高回火温度， 硬度可以降低， 但其韧性也不能 恢复。此外淬火温度又不能太低， 太低， 碳化物不均 匀性的作用则显现出来， 强度、 韧性、 耐磨性都会大 大下降。由于高速钢的热处理需要有良好的技术， 在操作过程中应严格控制工艺过程，这样才能保证 高速钢模具的质量。
7+8 7!8 7#8 王祝堂， 田荣璋等 $ 铝合金加工手册 7 4 8 $ 长沙： 中 南工业大学出版社， +91" $ 王东华 $ 铝合金型材表面条纹的成因与对策 7 : 8 $ 轻 合金加工技术， +999（ ; )） 刘立忠等 $ 铝型材粗晶原因浅析 7 : 8 $ 轻合金加工技 术， +999（性、 耐磨性、 热处理变形等提出了越来越高 的要求，这类材料已满足不了实际使用的要求。有 些 企 业 开 始 采 用 较 熟 悉 的 A +/CD )E 和 A "B (!CD )E # 高速钢来满足冷作模具的要求。虽 然 A +/CD )E 和 A "B (!CD )E # 已有广泛的应用， 但模具的使用寿命相差很大，模具质量很不稳定， 特别是 A +/CD )E ， 由于价高且质量很不稳定， 一般 用得较少，所以进一步研究冷作模具用高速钢热处 理后的性能及变形问题具有一定的实用价值。 # 高速钢热处理性能及分析 锻造及球化退火工艺 为提高冷作模具的质量，应严格执行锻造及球 化退火工艺，但这往往被模具制造者忽视，而这是 高速钢冷作模具强韧化处理的前提。高速钢中存在 较多碳化物脆性相，要使基体中碳化物细小、形状 圆整、分布均匀，如果不经锻造，击碎一次碳化物， 则碳化物不均匀度越大，颗粒越粗，形状越不规则 * 有棱角 . ，使用过程中产生的二次裂纹也越多、越 深、 越大， 即使模具经强韧化处理， 其使用寿命也不 高。结合生产实践，经反复试验，高速钢锻造加热 温度最佳工艺为 7 锻造加热温度 + +!$ J 始锻温度 + +$$ J + +!$F ， 终锻 + +/$F ， 温度! ,%$F K 锻造比 L !， 高速钢锻后立 即进行球化退火处理。 A +/CD )E 采用 等温球化退火， 工艺为： 加 /"$ J //$F ， 热 % J )M ，冷到 0)$ J 0"$F 再等温 ) J "M ， 炉 冷 到 !$$ J !!$F 出 炉 ， A "B (!CD )E # 的球化退火加热温度略 低 +$ J #$F ， 退火组织为共晶碳化物和 粒状及点状珠光体。评定碳化物等级时 一定要严格， 精密模具 + J % 级， 一般模 具 + J ) 级，许多模具的性能差并不是淬火工艺不 佳， 而是锻造及球化退火工艺达不到要求所至。 #& # 淬火回火工艺对组织和性能的影响 对 A +/CD )E 、 A "B (!CD )E # 模具采用不同温 度淬火， 取随炉试样进行机械性能 !0$F 三次回火，
表 # A "B (!CD )E # 热处理性能
淬火温度 * F . + +"$ + +/$ + #$$ + ##$ !0$F 三次回火后力学性能 硬度 * GHC . "$ "# & ! ") ") & 0 强度 * B I4 . ) 0"% ) /0# ) !+$ ) %+# 挠度 * 33 . #& " #& ) #& # +& /
淬火温度 * F . + +!$ + +/$ + #!$ + #/$ + %#$
《模具工业》 #$$% & ’ ( & # 总 #") 表 # 所示。 测试， 测试结果如表 +、 由表中试验数据可以看出，最佳的热处理工艺 分级淬 为： A +/CD )E 高速钢， + +/$ J + ##$F 加热， 火， !0$F 回火三次； A "B (!CD )E # 高速钢， + +!$ J 分级淬火， + +/$F 加热， !0$F 回火三次 K 工艺曲线 如图 + 所示。
表 + A +/CD )E 热处理性能
!0$F 三次回火后力学性能 硬度 * GHC . !/ & ! !, & ! "# ") & ! ") 强度 * B I4 . # !)/ # ,$+ # !%) # %+) + ,%$ 挠度 * 33 . +& # #& $ +& ! $& , $& #
#& +
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
以上是笔者对 ’"’# 铝合金型材由于模具因素 影响而出现的表面缺陷的分析及其处理方法，实际
图# 粗大晶粒示意图
生产中产生缺陷的原因往往是多种因素的综合，故 需对缺陷出现的原因进行具体的综合分析，然后根 据实际情况制定相应的处理方法和工艺制度。 参考文献：
万方数据
《模具工业》 !""# $ % & $ ! 总 !’( 对所用热处理炉，通过比较盐浴热处理炉和真 空热处理炉后发现，盐浴热处理炉的效果较为理 想，因为真空热处理炉是用空气冷却 + 包括采用压 缩空气冷却 , ， 由于冷却速度较慢， 易发生淬火不完 全，所以只适用小件模具高速钢的热处理，且处理 费用及产量亦成问题。 # 高速钢变形及分析 淬火回火变形试验 随着零件精度要求的不断提高，对冷作模具钢 热处理变形的要求也不断提高，为达到这一目的， 对!!).. / -)".. 的 0 1234 (5 试样采用前述的 淬火温度进行加热，然后采用不同的淬火冷却方式 进行淬火， 之后经 )*"6 三次回火， 测试试样尺寸变 化情况， 试验结果如下图所示。图 !、 图 # 为 # 个试 样在达到图 - 所示淬火温度后直接油淬， )*"6 一 次分级油淬及经 )*"6 、 !’"6 二次分级油淬后长度 和直径方向的变形量，图 (、图 ) 为这 # 个试样经 )*"6 三 次 回 火 后 ， 长 度 和 直 径 的 变 形 量 。 0 ’7 &)34 (5 ! 经 同 样 试 验 后 所 得 规 律 与 但变形量比 0 -234 (5 小， 因作图 0 -234 (5 相仿， 后不易看清， 所以在此略去。 #$ ! 变形规律及实质
!"#$% &’ "() *+&,)+"% -.$ /)’&+0-"1&. &’ "() 2&3$4 5&+64/1)478)$ 91:(4!,))$ !"))38 ;’")+ 9)-" <+)-"0)."