杜景來(lái)（天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津　300350）

新熱處理工藝對(duì)9SiCr模具鋼的作用

杜景來(lái)
（天津輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院,天津300350）

摘要：在制造模具的過(guò)程中，經(jīng)常配合使用多種熱處理工藝來(lái)改善9SiCr鋼的微觀組織和力學(xué)性能。例如在熱處理的不同階段，通過(guò)控制不同的溫度，來(lái)調(diào)節(jié)馬氏體和碳化物的大小、形狀、數(shù)量和分布特點(diǎn)等，使鋼件的硬度和耐磨性得到提高。與一般所使用的高低溫?zé)崽幚?、退火、淬火等熱處理方式不同，本文采取的是一種新的熱處理工藝，叫做真空熱處理，來(lái)提高模具的沖擊強(qiáng)度、耐磨性和使用壽命。

關(guān)鍵詞：9SiCr；模具鋼；熱處理；深冷處理

1　引言

9SiCr鋼是一種低合金刃具用鋼，在國(guó)內(nèi)的運(yùn)用較為廣泛，常用于冷作模具上，起到了很好的效果。與鉻鋼（Cr2或9Cr2）相比，9SiCr鋼的淬透性和淬硬性都比較高，而且回火穩(wěn)定性優(yōu)良。該鋼最早是由前蘇聯(lián)發(fā)現(xiàn)的，當(dāng)時(shí)命名為9XC，也就是現(xiàn)在的9CrSi鋼。成分和性能與9XC完全一樣。其它國(guó)家也有一些相似的牌號(hào)，例如德國(guó)有90CrSi5牌號(hào)，瑞典有SR1855牌號(hào)等。傳統(tǒng)的刃具鋼制零件較多使用鹽浴淬火、箱式電阻爐淬火或者保護(hù)氣氛爐淬火等，但是使用真空熱處理工藝，則有更加顯著的優(yōu)點(diǎn)。由于和普通電阻爐相比，真空熱處理可以很好地控制加熱和冷卻速度，所以在加熱過(guò)程中9SiCr模具鋼的氧化程度較小、脫碳較少、零件表面光澤性好，變形量小，由此提高了零件的韌性和使用壽命。

2　9SiCr模具鋼

2.19SiCr的物理特性

9SiCr模具鋼主要的成份除了鐵之外，一般有：碳、硅、錳、硫、磷、鉻、鎳、銅等，其添加的量一般不超過(guò)2%。該鋼在提煉過(guò)程中，碳化物分布均勻，不易析出碳化物顆粒。但是使用正火過(guò)程，就可以將析出的網(wǎng)狀碳化物顆粒消除。由于9SiCr鋼在鍛造過(guò)程中容易脫碳，所以經(jīng)常使用中性氣氛或者惰性氣體進(jìn)行保護(hù)加熱。9SiCr鋼的密度為7.80t/m3，軟化溫度為320℃，比鉻鋼具有更好的淬透性，如果使用油淬，則淬透深度可達(dá)40～50mm。而使用保溫的方法則可消除在淬火過(guò)程中由于加熱引起的氧化和脫碳等，還能修復(fù)不均勻的奧氏體，細(xì)化馬氏體，使零件整體的組織強(qiáng)韌性提高。

2.29SiCr鋼常用的熱處理工藝

9SiCr鋼的熱處理工藝主要有：（1）鍛熱調(diào)質(zhì)處理，通常將溫度升高到900℃后進(jìn)行油淬，再降低到700～720℃進(jìn)行高溫回火；（2）正火，在900～920℃下進(jìn)行保溫，鹽浴爐和空冷爐的保溫時(shí)間分別為25～30s/mm和70～90s/mm；（3）球化退火，在790～810℃溫度下保溫2～4h，爐泠后，再將溫度調(diào)節(jié)到700～720℃保溫3～4h，然后以不低于30℃/h的冷卻速度隨爐冷卻到500～600℃，最后將零件取出后進(jìn)行空冷；（4）調(diào)質(zhì)處理，先在880～890℃下，進(jìn)行淬火，然后進(jìn)行油冷。再將溫度調(diào)節(jié)到680～700℃進(jìn)行回火熱處理；（5）深冷處理，升溫至870℃后進(jìn)行淬火處理，然后再在200℃下保溫回火1小時(shí)，最后在-196℃下進(jìn)行深冷處理10小時(shí)。

2.39SiCr鋼的運(yùn)用范圍

9SiCr模具鋼零件的淬透性好，常用分級(jí)或等溫淬火來(lái)縮小熱處理中零件的變形量。例如在制造螺栓十字槽沖模時(shí)，將9SiCr置于900℃加熱，然后再進(jìn)行260～280℃保溫30分鐘，其硬度和沖擊韌性比常規(guī)處理的沖模提高3倍，壽命也更長(zhǎng)。又如，在制作形狀復(fù)雜的凹凸模時(shí)，9SiCr鋼被用于制造沖裁模具。另外，該鋼被用于制造滾絲模、搓絲板、冷鐓模等，也可以用于生產(chǎn)沖頭，壓花模、鉆頭、鉸刀等，還能用于生產(chǎn)一些精密零件?；蛘吒呔饶５取?/p>

3　9SiCr鋼的真空熱處理工藝

3.1實(shí)驗(yàn)采用的原料和設(shè)備

真空熱處理新工藝，就是指將真空技術(shù)與熱處理技術(shù)相結(jié)合發(fā)展而來(lái)的新型熱處理技術(shù)。這種過(guò)程主要是將零件置于加熱爐內(nèi)，并保證一定的真空效果進(jìn)行熱處理，其過(guò)程又可細(xì)分為低真空、中等真空、高真空和超高真空四種。這里采用真空熱處理的9SiCr模具鋼主要成份為C、Mn、Si、Cr、Ρ、S，含量分別為0.03%～1.60%不等。熱處理過(guò)程采用的設(shè)備為雙室真空油淬爐，再配合普通的箱式電阻爐對(duì)9SiCr鋼進(jìn)行普通熱處理。

3.29SiCr鋼的熱處理過(guò)程

準(zhǔn)備兩組試樣，分別進(jìn)行真空熱處理和普通電阻爐熱處理。當(dāng)使用真空爐對(duì)9SiCr鋼加熱時(shí)，要預(yù)先對(duì)真空爐抽真空，將壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至13.3Ρа以下，使零件的加熱處于1.33～13.3Ρа的壓強(qiáng)中，然后在氬氣的保護(hù)氣氛下進(jìn)行油淬，保持壓強(qiáng)為5×104Ρа左右。而使用普通電爐，則將爐溫升到(86010℃)，保溫40分鐘后，進(jìn)行油淬。再用普通井式電爐將穩(wěn)定調(diào)節(jié)到200℃，保溫150分鐘后進(jìn)行空冷。

3.3新熱處理工藝對(duì)9SiCr鋼所起的作用

在使用真空爐后，由于其加熱速度較為緩慢，零件在加熱過(guò)程中受熱均勻，熱應(yīng)力減小，形變量減少，這都明顯優(yōu)于普通電阻爐的熱處理過(guò)程。另外，和普通電阻爐相比，真空爐加熱時(shí)殘存的氣體大多為水蒸汽、二氧化碳、油脂等有機(jī)物蒸汽。這些條件都使零件表面處于活性狀態(tài)下，不容易形成氧化、脫碳等現(xiàn)象，這樣零件表面的光潔度更好，硬度和耐磨性都得到提高。而且由于真空熱處理在油淬過(guò)程中各表面的冷卻速度比較均勻，不易形成阻礙冷卻的氧化膜。此外，在回火后，零件中獲得了較多的細(xì)針狀馬氏體組織，因此沖擊韌度和抗拉強(qiáng)度都得到提高。同時(shí)，真空熱處理均勻的加熱方式，使得零件內(nèi)部碳化物分布均勻，在熱處理后斷口的韌窩增多，零件的韌性由此而提高。

4　結(jié)束語(yǔ)

9SiCr鋼采用真空熱處理的方法，可以使零件的表面質(zhì)量更好。本文采用真空熱處理工藝對(duì)9SiCr模具鋼進(jìn)行熱處理，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到試樣的性能得到較大的提高。與普通的熱處理過(guò)程相比，零件的硬度更加均勻，變形量降低，耐磨性得到提高。斷口形貌也得到改善，由此提高了模具的韌性。

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