【文章內(nèi)容簡介】 2鋼和 5Cr4W2Mo2VSi鋼按其主要的化學成分也可歸入基體鋼。它們的室溫力學性能、高溫強度、回火穩(wěn)定性均高于 3Cr2W8V鋼，只是高溫沖擊韌度略低。用這兩種基體鋼型的熱作模具鋼制造熱擠壓模具，尤其是用來制造沖頭，其工作壽命也遠高于 3Cr2W8V鋼。 4．高錳奧氏體熱強鋼 這類鋼的典型鋼種是新近納入國家標準的新型無磁性模具鋼 7Mn15Cr2Al3V2WMo（代號 70Mn15）。 前面所講的各種熱作模具鋼的使用狀態(tài)都是先淬火得到馬氏體，再經(jīng)中、高溫回火（回火溫度一般為 550～650℃ ）得到回火馬氏體或回火托氏體，當其工作溫度超過 700℃ 時，不僅繼續(xù)發(fā)生回火轉(zhuǎn)變，而且可能發(fā)生相變重結晶，從而導致硬度、強度急劇下降。 高錳奧氏體鋼沒有固態(tài)相變，使其強化的熱處理手段是固溶時效處理，通過從奧氏體中析出彌散的鎢、鉬、釩的碳化物產(chǎn)生沉淀強化，獲得高的強度和耐磨性。如 70Mn15鋼經(jīng) 1180℃ 加熱固溶水冷，經(jīng) 700℃ 10h時效處理，硬度為 46HRC左右，其熱硬性可達 750～800℃ 。 高錳奧氏體熱強鋼用于制造工作溫度高的熱擠壓模，如熱擠壓銅 鎳合金或黑色金屬的模具，且在使用中不粘氧化皮、不變形、尺寸穩(wěn)定、壽命較長。經(jīng)長期使用后往往以龜裂形式損壞。但是，這類鋼的鍛造溫度范圍窄，軟化退火工藝復雜。 5．耐熱合金和硬質(zhì)合金 在熱擠壓黑色金屬及耐熱鋼時，坯料的溫度高且塑變抗力大，模具的溫度有時高達 900～ 1000℃ 。在這種很高的熱負荷和機械負荷的作用下，所有以碳化物作為強化相的熱模鋼模具，都無法達到較高的使用壽命。這時，需要選用耐熱合金或硬質(zhì)合金來制造模具。 用于制造熱擠壓模的耐熱合金主要是鑲基合金（尼莫尼克合金），其牌號為尼莫尼克 7 80、 8 90+100等，其熱強性依次增高，以尼莫尼克 100為最高，它在 700℃ 溫度下的持久強度 ≥470MPa。這些合金可用于制作擠壓耐熱鋼零件或擠壓鋼管的凹?；蛐陌簟? 硬質(zhì)合金和鋼結硬質(zhì)合金也可用來制造工作溫度高的熱擠壓沖頭或凹模。如加工氣閥挺桿的熱鐓擠模，原用 3Cr2W8V鋼制作，熱處理硬度為 49～ 52HRC，壽命為 5000次。后改用硬質(zhì)合金 YG20制成模具鑲塊，工作壽命為 15000次。 又如，對 20MnB鋼齒輪毛坯內(nèi)孔進行熱沖壓加工，孔徑431mm，孔深 38mm。原用 3Cr2W8V鋼制作熱沖頭，由于連續(xù)工作，沖頭很快升溫軟化，導致沖頭頭部變形及磨損，平均壽命僅為 200～ 300件。后改用鋼結硬質(zhì)合金 GT35制作沖頭頭部，用 8Cr3鋼制作沖頭柄部，并將二者對焊成一體，經(jīng)淬火回火后頭部硬度 65～ 68HRC，柄部硬度 35～ 38HRC，其使用壽命提高 15倍。 3． 2． 2． 3 機鍛模、熱擠壓模的熱處理特點 常用熱作模具鋼的熱處理工藝可參考表 314。 熱擠壓模具的預備熱處理和最終熱處理對模具的使用壽命都有很大影響。預備熱處理應注意消除或減輕鋼中的碳化物偏析，為此，往往采用高溫調(diào)質(zhì)處理代替球化退火。如 3Cr3Mo3W2V鋼模具在鍛造后先經(jīng) 1130℃ 正火，以消除組織中的鏈狀碳化物，再經(jīng) 1200℃ 加熱油冷， 730℃ 回火，使組織中的碳化物細小勻圓，可顯著提高其淬火回火后的斷裂韌度，從而提高模具的脆斷抗力。 模具最終熱處理的淬火溫度和回火溫度不一定完全按照表中推薦的工藝參數(shù)，而應根據(jù)模具的硬度要求來選擇、調(diào)整。熱擠壓模的硬度要求一般在 44～ 52HRC范圍內(nèi)，具體要求因模具的工作條件和失效形式而定。如在熱擠壓鋁合金時，模具的熱負荷不是很大，可選擇較高的硬度，如 48～ 50HRC，以提高耐磨性和抗壓塌、抗沖蝕能力；在熱擠壓銅合金時，模具的工作溫度較高，可選擇較低的硬度，如 43～ 48HRC，以提高其熱疲勞抗力并減少開裂。總的原則是，在不致使模具發(fā)生早期脆斷和熱疲勞損壞的前提下，應盡量獲得較高的工作硬度，以提高模具的熱磨損抗力，從而提高模具的平均使用壽命。 模具的淬火溫度還影響模具的熱穩(wěn)定性和斷裂韌度。當模具的熱硬性和熱磨損抗力不足時，可提高淬火溫度，以增強其二次硬化能力，從而提高熱硬性；當模具常因熱疲勞裂紋擴展導致早期脆斷時，可采用高溫淬火、高溫回火工藝，以提高其熱穩(wěn)定性和斷裂韌度。 例如， 3Cr2W8V鋼制軸承套圈熱擠壓凹模若采用表 314中推薦的工藝淬火回火，工作硬度為 45～ 50HRC，模具在服役中經(jīng)常發(fā)生脆斷。失效分析證明，脆斷是由于熱疲勞裂紋失穩(wěn)擴展引起的。因而要防止脆斷失效，就要考慮提高鋼的熱疲勞抗力，以推遲疲勞裂紋的發(fā)生；同時，還要提高鋼的斷裂韌度，以推遲熱疲勞裂紋的失穩(wěn)擴展。為此，采用高溫淬火，高溫回火工藝（如 1150℃ 淬火＋ 630～ 640℃ 回火），使鋼的熱疲勞抗力和斷裂度性大幅度提高，模具的使用壽命可提高2～ 3倍。這種工藝雖然使模具的室溫硬度降低至 45HRC左右，但高溫硬度較高，在 600℃ 溫度下可保持 39HRC，因而也具有高的抗熱磨損能力。提高溫度淬火可使奧氏體晶粒長大，因而對沖擊韌度會略有影響，但并不削弱模具的裂紋斷裂抗力，只有過高的溫度淬火才會導致沖擊韌度降低。實踐證明，3Cr2W8V鋼的淬火溫度可以提高到 1200℃ ，而不至于對其斷裂韌度造成不利影響。 為了提高熱擠壓模具的強韌性，還可以采用等溫淬火以獲得高強韌的下貝氏體組織或者下貝氏體與馬氏體的混合組織。有時，可采用高溫短時加熱淬火，使模具表面和心部得到不同的淬火溫度，最后獲得表硬里韌的熱處理組織，以滿足表面耐磨、心部強韌的使用要求。 熱擠壓模同樣可以采用表面強化處理工藝，如對型腔局部表面淬火，以及滲氮、硫 碳 氮三元共滲、硼氮共滲等。這些工藝的選擇同樣要根據(jù)模具的具體情況和要求而定。 3． 2． 3 熱切邊模材料及熱處理 熱切邊模由凸模及凹模組成。工作時，凸模壓下成形鍛坯，凹模刃口切去飛邊。模具刃口承受較大的擠壓、摩擦和一定的沖擊載荷，同時還受鍛坯的傳熱而升溫，溫度可達300～ 400℃ 。凹模的主要失效形式是磨損和崩刃，凸模則主要是斷裂與磨損。因而，熱切邊模對材料的熱強性和熱疲勞抗力要求不高，主要要求一定溫度下的高耐磨性能和較好的強韌性。 根據(jù)上述要求，熱切邊模常用低合金高耐磨模具鋼 8Cr3制造。 8Cr3鋼是在 T8鋼的基礎上添加 ω（ Cr）為 ％～ %的鉻，既能提高基體的強韌性，又能形成足夠數(shù)量均勻分布的細小碳化物，從而提高耐磨性。鉻的加入還能提高鋼的淬透性，提高鋼的室溫、高溫強度和抗氧化性，進一步滿足模具的工作要求。當模具經(jīng)常發(fā)生崩刃損壞時，可選用強韌性高的熱模鋼，如 5CrNiMo、 5CrMnMo、 4CrW2Si、4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1等鋼。 大型或形狀復雜的熱切邊?？刹捎媒M合式結構，將兩個或兩個以上的模具刃口鑲塊鑲入模套構成。鑲塊可用熱模鋼制造，也可用高耐磨的硬質(zhì)合金制作。模套材料可選用強韌性好的模具鋼或合金結構鋼。 熱切邊模通常進行淬火和中溫回火處理，具體工藝參數(shù)根據(jù)模具材料和模具的硬度要求而定。凸模一般不要求很高的耐磨性，硬度可取 35～ 45HRC；凹模則要求耐磨，可取較高的硬度，如 43～ 45HRC。如被沖切的材料強度較高，則模具的工作硬度應相應提高，但不宜超過 50HRC，以減少崩刃損壞。