提高DC53、VIKING等冷作模具使用寿命的有效方法

提高DC53、VIKING等冷作模具的使用寿命和性能,除了发展新型模具材料外,另一个途径是提高热处理质量,即采用先进的热处理工艺。根据冷作模具的失效形式,结合其必须具有高的硬度和耐磨性、足够的强度和韧性、热处理变形小和较高的淬透性等,通常采用以下方法。

①对于精密模具以及性能要求高的模具,应采用保护气氛或真空炉进行加热,尤其是真空热处理,可确保无表面氧化和脱碳缺陷的出现(不存在贫碳),表面净化并可消除部分有害杂质,加外没有污染,可促进合金化过程进一步完善,显著提高冷作模具的强韧性和使用寿命。

②高速钢冷作模具(例如冷冲孔模、冲头)等在工作过程中承受较大的冲击载荷的作用,大多因为韧性不足而断裂或崩刃。采用低温淬火可以弥补冷作模具的强度和耐磨性的不足,高的硬度造成其韧性的降低,为了改善韧性和避免冲头的脆性断裂,采用低温淬火和延长保温时间,以降低部分硬度来换取冲击韧性的提高,后获得了高的强度和韧性,可减少折断,提高其使用寿命。其原因在于低温加热的基休中,碳和合金元素较低,回火后析出的碳化物少,二次硬化后硬度降低,但由于基体中含碳量低和奥氏体的晶粒较细,因此淬火后获得了板条状马氏体,故提高了韧性。

③对于采用Cr12MoV、9SiCr、60Si2Mn以及GCr15等钢制造的冷作模具,采用等温淬火处理+低温或中温回火,可获理想的贝氏体组织。

Cr12MoV采用等温淬火,获得了下贝氏体+马氏体+残余奥氏体+未溶解碳化物组织,适量的马氏体经过回火后,消除了或降低了残余应力,降低了脆性和提高了韧性。例如Cr12MoV钢制作的汽车钢板弹簧中心孔冲头模具,采用1020℃加热,260℃等温淬火并在360℃进行回火后,其使用寿命比常规的热处理提高3倍以上。

9SiCr钢凸模采用调质处理(淬火+高温回火)+硝盐等温淬火+低温回火的工艺,以调质处理来代替退火,彻底消除了残余网状、带状碳化物,使碳化物细小和高度弥散,晶粒细化而均匀,最大限度地减少了晶界的偏析,以硝盐等温淬火代替传统的油淬火,得到的组织主要为下贝氏体,晶粒度在9~10级,碳化物小、圆和分布均匀,故内应力小,显微裂纹少,使材料的强度和韧性得到了良好的配合,明显提高了疲劳强度、多冲抗力、韧性等,即使凸模的刃部磨平,也不会发生崩刃现象。

60Si2Mn钢制作的冲孔模、冲针等,采用硝盐等温淬火+低温回火的工艺,得到了60%左右的下贝氏体组织。选择240℃作为等温淬火温度,在奥氏体晶粒的贫碳区首先析出铁素体,铁素体片和碳化物细小,且呈高度弥散,因此内应力和显微裂纹小,冲击韧性、多冲抗力、疲劳强度等优于回火马氏体,硬度虽有所降低,但强度和韧性得到了良好的配合,故提高了其服役的寿命。

④可选用表面处理和化学热处理,对于热锻模、压铸模、热挤压模等,进行气体或液体软氮化,可明显提高其抗热疲劳强度、抗咬合性。另外可根据模具的服役和失效形式,有针对性选择渗碳、渗钒、渗硼、盐浴涂层VC、化学气相沉积TiC可TiN等,均可提高冷作模具的使用寿命。

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