? 65Nb基体钢的锻热淬火复合强韧性处理工艺|东莞市弘超模具科技有限公司
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65Nb基體鋼的鍛熱淬火復合強韌性處理工藝

65Nb基體鋼的鍛熱淬火復合強韌性處理工藝

65Nb鋼是基體鋼類型的高強韌性冷作模具鋼,是由M2高速鋼演變過來,加入合金元素Nb的作用,能形成穩定的合金碳化物(NbC)。與不含鈮的鋼比較,沖擊韌性約提高一倍,抗彎強度提高25~30%,斷裂韌性提高20~25%,扭轉強度提高10~15%。Nb與N有極強的親和力,進行氮化可形成極穩定的氮化物,使沖頭的耐磨性、抗疲勞性能大為提高。鈮能改善冷、熱加工性能,降低鍛造變形抗力,碳化物易球化,促使熱處理工藝溫度變寬。65Nb基體鋼有多種合金元素,形成多種合金碳化物,其固溶溫度各不相同。VC在1000℃開始熔入奧氏體。(Fe,W) 2C6在900℃全部溶入奧氏體。(Fe,W)2-3C在1100℃熔入奧氏體。當65Nb鋼加熱到正常淬火溫度時,奧氏體成分為~0.5%C、~4%Cr、~1%W、~1%Mo、~1%V。

沖頭的種類規格多,品種復雜。主要有十字槽沖頭、沖孔沖頭、內六角沖頭、外六角沖頭以及各種沖芯等。制造沖頭的常用材料有T10A、60Si2Mn、9SiCr、GCrl5、CrWMn、Cr12、Cr12Mo、Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2,W18Cr4V以及65Nb等新鋼種。

沖頭在模具中是關鍵部件,隨著壓力機的發展和高速多工位自動冷鐓機的普及使用,沖頭的服投條件越來越惡劣。它承受小能量多次沖擊頻率高達400~500次/分。還承受很大的擠壓力,彎曲力,扭轉力、沖擊力和強烈的磨擦力作用。沖頭的主要失效形式有頭部斷裂、縱向開裂、疲勞崩裂、折斷、揭蓋、掉塊、剝落、鐓粗變形,磨損超差等。依據服役條件,沖頭應具有高硬度和耐磨性,高強度和剛性,高抗疲勞性能和強韌性,以及良好的冷、熱加工性能。對多種鋼材制造的沖頭在生產實踐中比較之后,發現65Nb鋼最適宜制造要求強韌性高的高速沖模沖頭。經鍛熱淬火復合強韌化處理后的沖頭,能用于承受單位壓力為2450MPa高負荷、高強度沖裁材料。如加工40Cr、35、40、30Cr、35Cr等中碳鋼或中碳合金鋼仍能達到高壽命。用其它鋼材制作并采用常規處理沖頭的壽命很低,早期失效嚴重。

65Nb鋼原材料的碳化物偏析較高,有組織疏松、氧化物、硫化物等冶金缺陷。未經改鍛的65Nb鋼原材料,經淬火后組織依然疏松。為了改善冶金質量、消除冶金缺陷,提高鋼材性能,必須對原材料進行改鍛,擊碎和細化原有帶狀、網狀及粗大塊狀碳化物,使之重新均勻分布于鋼基體。65Nb鋼變形抗力大、導熱性差,鍛造時應緩慢加熱、均勻預熱、充分透燒。該鋼經雙十字形反復鍛造、四鐓四撥,使合金碳化物呈細小均勻分布,達到1~1.5級,作為最終淬火前的預處理組織。鋼中非金屬夾雜物等冶金缺陷起著切割基體的作用。在熱處理和受力過程中,晶粒界面上將產生殘余熱應力、組織應力、彈性應力,并使應力集中而成為裂紋源。用改鍛使碳化物細化至≤1.5級,是理想的最終淬火前的預處理組織。鍛造成形最后一火,用終鍛余熱淬火,使形變強化和相變強化。由熱壓力與熱處理相結合,給金屬引進大量位錯,使形變產生的晶格缺陷被淬火急冷固定下來, 固而位錯密度很大,淬火組織也致密。鍛熱淬火與普通淬火相比,抗拉強度可提高10~12%,沖擊韌性提高20~25%。提高了沖頭強韌性,同時經高溫回火后有良好的切削加工性能。由于取代了球化退火,因而簡化了工藝,節約能源,提高工效、降低成本而經濟效益顯著。

沖頭毛坯經雙十字形四鐓四撥之后進行精密模鍛,用終鍛900~950℃余熱在5~10秒之內迅速油淬以獲得板條馬氏體組織。經高溫回火后,獲得具有板條方向的索氏體組軹。這是理想的預處理組織,又有良好的切削加工性能。

根據測試65Nb鋼經鍛熱調質后不同溫度加熱淬火、回火后的主要力學性能實驗數據可知,65Nb鋼在1120℃淬火比1090℃和1150℃有較高的綜合力學性能。因1120℃高溫固溶短時加熱,有較多的過剩碳化物。如VC、NbC等臺盒碳化物固定了鋼中一部分碳,降低了奧氏體中碳含量。淬火后獲得韌性較高的板條馬氏體+下貝氏體+殘余奧氏體。經高溫回火后的強韌性進一步提高,殘余奧氏體轉變成馬氏體,發生二次硬化效應,基體硬度提高1~2HRC,此時沖頭的主要失效形式是磨損和疲勞損壞。為了進一步提高65Nb鋼沖頭的耐磨性和抗疲勞性能,進行S-C-N三元共滲,共滲溫度560~580℃,4~5小時,共滲劑為J-1三元共滲基鹽。共滲后基體硬度57~59HRC,表面硬度950~1000HV,使65Nb鋼沖頭具有內韌外硬的性能,基體強韌性高,表面抗磨損、抗擦傷、抗咬合、抗疲勞等特性,比常規鋼材傳統熱處理沖頭的使用壽命高3~10倍。

鍛熱淬火復合強韌性處理工藝具有以下特點:
⒈鍛熱調質處理組織既是理想的淬火預處理組織,又有良好的切削加工性能,同時可以節電省時,提高功效,降低成本;
⒉高溫奧氏體化等溫淬火獲得強韌性高的板條馬氏體和下貝氏體組織,至關重要的壽命指標之一的斷裂韌性(Kic值)有較大提高,有良好的綜合力學性能。
⒊S-C-N三元共滲,不僅提高了沖頭硬度、耐磨性、抗擦傷、抗咬合、抗疲勞等性能,同時起二次回火的作用,增強了基體強韌性。
⒋新工藝不僅廣泛適用干承受小能量多次沖擊力作用的普通沖頭,且適用于承受單位壓力1960~2450MPa高負荷,高強度沖裁材料。

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資料來源:東莞市弘超模具科技有限公司

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