王仙萌，王振強

(1.西安航空職業(yè)技術(shù)學院，陜西 西安 710089；2.永濟電機公司 工模具分廠，山西 運城 044502)

企業(yè)的電機沖片用量越來越大，精度要求越來越高，并且對沖片用冷作模具鋼的穩(wěn)定性和耐磨性提出了較高的要求。以往使用的模具材料Cr12MoV，淬火后易出現(xiàn)硬度不均勻、線切割出現(xiàn)裂紋和使用壽命低的現(xiàn)象，直接影響正常的生產(chǎn)。為解決這一生產(chǎn)問題，現(xiàn)采用新型模具材料XW—42，相當于我國國標的Cr12Mo1V1，該鋼材品質(zhì)純凈，碳化物相對均勻，是一種高碳高鉻、鉬釩合金工具鋼，具有高耐磨性、高抗壓強度和良好的淬火穩(wěn)定性等一系列優(yōu)異的力學性能，常被用作需要很好耐磨性和適當韌性(抗沖擊)的模具。金屬熱處理工藝方法的正確選用和實施會直接影響到機械產(chǎn)品的性能、使用壽命和使用安全性等，對開發(fā)新產(chǎn)品和提高產(chǎn)品競爭力有重要作用[1-2]。本文從材料XW—42的熱處理工藝進行探討，并最終確定這一新型材料的熱處理工藝，希望可為模具工業(yè)(材料選擇)提供理論支撐與試驗基礎(chǔ)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料采用瑞典牌號的沖壓模具材料XW—42[3]，其化學成分見表1。

表1 XW—42的化學成分(質(zhì)量分數(shù)) (%)

1.2 工藝與性能表征

將材料加工成規(guī)格為248 mm×240 mm×50 mm的試樣，試樣模型如圖1所示。對其進行淬火和回火工藝，試驗鋼件的淬火在WZC-60真空淬火爐中進行，回火在RJJ-36-6井式回火爐中進行。在HRD-150洛式硬度計上進行硬度測試，在XJ2-A1上進行金相觀察試驗。

圖1 試樣模型

2 結(jié)果與討論

2.1 熱處理工藝初探

根據(jù)現(xiàn)有Cr12MoV熱處理工藝，初步確定XW—42的淬火工藝[4]，如圖2所示，奧氏體化溫度為1 050 ℃，保溫150 min，預冷3 min，入熱油(油溫為50～70 ℃)。工件出油時出現(xiàn)濃煙現(xiàn)象，風冷到70～80 ℃，應(yīng)立即回火。如圖3所示，495 ℃時保溫4.5 h，風冷到≤100 ℃，進行第2次回火，工藝同第1次回火。

圖2 初步淬火工藝

圖3 初步回火工藝

工件淬火冷卻到100 ℃時，測定試樣的硬度為57～58.5 HRC；第1次回火后，測定試樣的硬度為57～59 HRC；第2次回火并冷卻至室溫時，測定試樣的硬度在59.5～60.5 HRC均布，其平均值為60 HRC。從上述試驗結(jié)果可以看出，淬火硬度比使用要求偏低(根據(jù)經(jīng)驗，要求使用硬度≥60 HRC)，工件出現(xiàn)的濃煙現(xiàn)象根據(jù)經(jīng)驗應(yīng)該是出油溫度偏高(約為300 ℃)。材料在495 ℃時高溫回火，試樣硬度達最高值。由于實際生產(chǎn)設(shè)備存在溫度偏差，所以回火溫度根據(jù)井式爐的實際工況進行適當調(diào)整。

2.2 確定熱處理工藝

車間模具的工件厚度平均為40～60 mm，淬火時去掉預冷，直接入熱油(油溫為50～70 ℃)冷卻，冷卻至200 ℃左右出油，直至50 ℃左右時立即回火。第1次回火后要冷卻到室溫，再進行第2次回火，熱處理后的試樣硬度檢測結(jié)果如圖4所示，硬度為60～61 HRC。

圖4 回火后試樣硬度

通過上述熱處理工藝初探，確定最終的淬火工藝如圖5所示，最終的回火工藝如圖6所示。

圖5 最終的淬火工藝

圖6 最終的回火工藝

淬火的溫度為1 050 ℃，經(jīng)過金相試驗分析，組織為均勻、細小的馬氏體，可以顯著提高試樣的硬度和耐磨性。其組織如圖7所示。

圖7 淬火后的金相組織

與初探回火工藝相比，回火溫度為485 ℃，降低了10 ℃，碳化物更均勻，組織為回火索氏體+大量彌散分布的碳化物+少量的殘余奧氏體，更加細小?；鼗鸷蟮慕鹣嘟M織如圖8所示。

a) 495 ℃ b) 485 ℃圖8 回火后的金相組織

使用新型模具材料XW—42制作的模具，熱處理采用高淬高回的工藝，經(jīng)過半年時間的實踐，熱處理工件的線切割質(zhì)量基本穩(wěn)定，熱處理后硬度值約為60～61 HRC，且分布均勻，上下偏差≤1 HRC，熱處理應(yīng)力充分消除，避免了線切割開裂，從而大大縮短了模具制造周期，使模具壽命提高了2～3倍，保證了企業(yè)電機沖片的質(zhì)量和生產(chǎn)進度。

3 結(jié)語

通過上述分析，可以得出如下結(jié)論。

1)對于新型模具材料XW—42的最佳熱處理工藝為：1 050 ℃×90 min淬火+485 ℃×3.5 h回火2次。淬火和回火的保溫時間可根據(jù)模具大小和形狀以燒透為原則進行恰當?shù)恼{(diào)節(jié)。

2)采用2次485 ℃×3.5 h高溫回火，消除了粗大的共晶碳化物，改善了組織性能[5]。

[1]甘建蓉．表面熱處理的常見缺陷及補救辦法[J]．熱加工工藝，2006(12)：59．

[2]任曉峰，包文紅．Cr12MoV鋼模具的熱處理[J]．機械研究與應(yīng)用，2011(3)：91-92．

[3]中國機械工程學會熱處理學會. 熱處理手冊 第1卷：熱處理基礎(chǔ)[M]. 3版. 北京：機械工業(yè)出版社，2002．

[4]胡志忠．鋼及其熱處理曲線手冊[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，1986．

[5]趙祖德，胡傳凱，曹洋，等．冷作模具鋼XW—42強韌化工藝研究[J]．模具工業(yè)，2007(10)：68-70．