CrWV热作模具钢热处理工艺和性能研究.pdf

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1、万方数据文章编号：l006—3269(2010)04一0050～033Cr2W8V热作模具钢热处理工艺和性能研究李强(中原工学院，河南郑州450007)摘要：针对3Cr2w8V钢的使用条件，采用正交试验方法优化设计该模具钢的热处理工艺．通过硬度、金相组织、热疲劳性能等试验，分析其热处理工艺对组织的影响．应用结果表明。经优化工艺处理的3Cr2W8V钢热疲劳性能提高。相应模具使用寿命提高l～2倍，达到了良好的研究效果．关键词：模具钢；正交试验设计；热处理工艺；性能中图分类号：TGl56文献标识码：Adoi：10．3969／j．is

2、sn．1006—3269．2010．04．015热作模具钢3Cr2W8V是国内制造热挤压模和压铸模的基本钢种．该钢抗回火能力较高，耐磨性较强，在热加工领域得到了广泛应用．3Cr2W8V钢制模具在服役过程中，由于受到型材的剧烈摩擦和周期性的加热一冷却循环，容易出现冷热疲劳裂纹而失效，因此，磨损和冷热疲劳破坏是其主要的失效形式．我单位使用3Cr2W8V钢加工生产的同定钳口哈夫(half)模，在急热、急冷的工作条件下，模具的寿命偏低，多数不足5000件／N，模具的主要失效形式为开裂．分析认为，模具失效的原因主要是抗疲劳性能不够，排除

3、材料本身和设计等方面的因素，这可能和热处理工艺不当有直接关系．通常，热处理不当是导致模具早期失效的重要原因，约占模具失效因素的35％¨]．针对这种情况，我们采用正交试验方法设计热处理工艺参数，研究不同热处理工艺对3Cr2W8V钢组织和性能的影响，并对其工艺收稿日期：2010一lO一11作者简介：李强(1971一)，男，河南信阳人，工程硕士．高级实验师，主要从事热加工工艺研究．进行优化，通过提高该材料的高温强韧性，获得较好的综合性能，为生产和使用提供参考．1试验材料及方法1．1试验材料及样品制备试验用3Cr2W8V钢直径为440

4、mm棒材，退火前的金相组织为铁素体+层片状珠光体，其主要化学成分(质量分数％)[z1见表1．材料经改锻后分别制成+10mm×15mm金相试样、10mmX10mm×120ram冷热疲劳试样．表13Cr2W8V钢的化学成分Wt％成分cCrWVSiMnSP含量0．382．548．700．360．37≤0．65<<0．03

5、级正交表IⅢ(43×26)进行试验方案的设计[3J．正交实验中把3Cr2W8V钢的热疲劳性能作为单一考核指标．其中，球化退火等温温度疋、淬火温度T。、回火温度L对材料热疲劳性能的影响较大，选择这3项为主要试验因素，每个因素选取4个位级，放入正交表的前3列．球化退火第一次保温温度T。、球化退火2次保温时间t。和t。、淬火加热时间t。、回火加热时间t。、回火次数m各选取2个位级，放入正交表的后6列，并以此设计出16种《成组技术与生产现代化》2010年第27卷第4期万方数据热处理工艺方案，得出16个试样．试验中预处理等温球化退火参数

6、设计如下：丁1：830℃、850℃；tl：2h、3h；T2：690℃、710℃、730℃、750℃；t2：3h、4h．最终处理高温淬火工艺参数设计如下：n：1075℃、1125℃、1175℃、l225℃；t3：30rain、40rain；冷却方式都选用油冷．考虑材料采用高温淬火，残余应力较大，应适当调高回火温度来消除应力，因此，实验中网火温度T4选取560℃、580℃、620℃、640℃；加热时间t。选取lh、2h；回火次数研选取2次、3次．试样在高温箱式电阻炉中进行加热处理，在炉中加入一些铁屑和木碳粉，以防止试样氧化．3Cr

7、2W8V钢的热处理工艺曲线如图l、图2所示．图13Cr2W8V钢的等温球化退火工艺曲线p蜊瘸图23Cr2w8V钢的高温淬火回火工艺曲线1．3组织观察和性能测试采用HB一3000布氏硬度计和HR一150型数显式洛氏硬度计分别测定试样的布氏和洛氏硬度，用MEF4A型金相显微镜观察试样的金相显微组织．热疲劳试验装置采用箱式电阻炉加热，自动控温，加热温度650℃，保温时间10rain．用循环流动自来水快速冷却，水温18～20℃，冷却时间30s．重复热循环数百次后，轻磨表面氧化皮．在带测微尺的金相显微镜下测定热疲劳裂纹长度，用裂纹长度平

8、均值来评价热疲劳寿命．2正交试验结果与分析2．1正交试验结果从正交试验及方差分析结果发现：淬火温度对3Cr2W8V钢热疲劳性能的影响最大，球化退火等温温度和回火温度次之，其他6个因素影响较小．对实验中有4个位级的3个因素球化退火等温温度、淬火温度和回火温度进行趋势分析，以每个