外形尺寸为95mm×95mm×290mm的自行车曲柄热成形模,在3000kN摩擦压力机上使用时,8~12件/min,型腔用油冷却。由于锻模要承受很大的冲击载荷、摩擦和热疲劳的作用,所以,模具常以断裂失效。
原用500℃、850℃两次预热,1080℃淬油,580~610℃×2h×2次回火,硬度为45~48HRC,模具的寿命只有4500件。后来改为1150℃加热淬油,640℃×2h×2次回火,硬度仍为45~48HRC,模具的寿命提高到6500件。寿命高的原因是组织中添加了板条马氏体条马氏体的数量,提高了断裂韧度、早期断裂抗力及热疲劳抗力。曲柄模在690℃回火后,硬度值为39~42HRC,使用中不发生断裂现象,但其失效形式则转为塌陷,因尺寸超差而报废,实际使用寿命不高。生产实践表明,强韧性低的回火索氏体组织不足以提高曲柄模的寿命。
模具寿命是材料各项综合性能的反映。实践证明,在保证不开裂的前提下,尽量提高硬度,采用工艺处理,模具硬度为45~47HRC,金相组织为回火马氏体+下贝氏体,平均使用寿命提高到9000件,最高可达38000件,效果显著。其原因是在高强度马氏体上分布着适量的下贝氏体组织,可提高材料的强韧性、断裂韧度和裂纹扩展抗力。
3Cr2W8V钢制铝挤压模复合处理
3Cr2W8V钢制铝合金挤压模经常规热处理,在挤压过程中常发生脆裂和剥落。为了探讨提高模具寿命的经验,对3Cr2W8V钢进行了不同参数处理试样的力学性能和热处理工艺试验,确定了采用强韧化处理和离子渗氮的复合热处理工艺。
(1)强韧化处理工艺 毛坯先经锻打和球化退火处理,再经强韧化处理。强韧化处理采用高温淬火高温回火工艺:600℃+850℃两次预热,1150℃高温加热淬火后,再经640℃×2h、660℃×2h、670℃×2h回火3次。淬火后硬度为53~55HRC,经3次回火后硬度为40~45HRC。
提高淬火加热温度,可使3Cr2W8V钢获得较多的板条马氏体,并促进了合金碳化物的溶解,使更多的合金元素溶入奥氏体中,增加其合金化程度及碳的固溶度,提高热强性和抗热疲劳性。不过,淬火温度提高到1150℃,会使晶粒粗大而降低钢的性能。3Cr2W8V钢经强韧化处理后,抗拉强度、屈服强度、耐回火性和热疲劳性均有新提高,断裂韧度的提高尤为显著。
(2)渗氮工艺规范 在纯氮气氛中,渗氮温度为550℃,渗氮时间为6~8h;在丙酮-氨气气氛中,渗氮温度为550℃,渗氮时间为5h。
3Cr2W8V钢模具强韧化后再经离子渗氮处理,可获得15μm化合物层,表面硬度可达1000HV,表面非常光滑,均布一层均匀的氧化膜。3Cr2W8V钢强韧化和离子渗氮复合热处理,可使模具的基体和表面都达到较好的性能,以满足其服役要求。
(3)使用寿命 按常规处理的铝合金挤压模使用寿命不到20天,经复合处理后的模具使用寿命可达3个月以上。