歐陽(yáng)志芳，譚兆湛，徐海濤，柯旭翀

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院 機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心，廣州 510800）

0 引言

目前國(guó)內(nèi)用于制作沖頭的材料普遍使用Cr12MoV、Cr12 類(lèi)冷作模具鋼，此類(lèi)鋼材具有較好的淬透性，硬度高且耐磨性好，熱處理變形小，常用于制造承受重載荷及形狀復(fù)雜的大型冷作模具［1］；某沖壓件廠長(zhǎng)期使用Cr12MoV 冷作模具鋼制作沖頭，沖頭經(jīng)熱處理后使用壽命差異性很大，有的僅使用十幾小時(shí)沖頭就發(fā)生折斷，有的則在邊角處發(fā)生崩裂，大概只有1/3 的沖頭使用壽命能達(dá)到50～70 h。沖頭提前報(bào)廢的情況給廠家造成了很大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，并且在貨期緊張時(shí)期延誤沖壓件的交付。為了改善沖頭的使用壽命，我們做了一系列的檢驗(yàn)、熱處理試驗(yàn)對(duì)比，從而確定沖頭最終熱處理工藝。

1 原材料分析

1）化學(xué)成分檢測(cè)。據(jù)廠家述，倉(cāng)庫(kù)成批存放的原材料是從正規(guī)廠家購(gòu)進(jìn)并經(jīng)過(guò)鍛造后的Cr12MoV，由于現(xiàn)在材料市場(chǎng)魚(yú)目混雜的情況比較嚴(yán)重，很多小商家經(jīng)常將含鉻元素不合格的Cr12MoV 材料或是用Cr12 材料當(dāng)成Cr12MoV 供應(yīng)；為了確認(rèn)材料的化學(xué)成分，我們進(jìn)行了化學(xué)成分元素檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

經(jīng)對(duì)比分析，廠家成批購(gòu)進(jìn)的原材料為Cr12MoV，化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，屬合格產(chǎn)品。

2）鑄造質(zhì)量檢查。Cr12MoV 鋼屬于萊氏體鋼，鋼中碳化物數(shù)量多，硬而脆，共晶碳化物枝晶非常發(fā)達(dá)、碳化物塊度粗大。為了減輕或消除Cr12MoV 鋼因共晶碳化物分布不均勻?qū)δ＞邫C(jī)械性能和變形等方面的不良影響，需要對(duì)原材料進(jìn)行鍛造，鍛造是提高萊氏體鋼內(nèi)在質(zhì)量、延長(zhǎng)模具使用壽命的關(guān)鍵一步。隨機(jī)在倉(cāng)庫(kù)抽取了10 件原材料進(jìn)行鍛造質(zhì)量檢查，根據(jù)GB/T 1299－1985《合金工具鋼技術(shù)條件》規(guī)定，并按GB/T 14979－94《鋼的共晶碳化物不均勻度評(píng)定法》標(biāo)準(zhǔn)第三級(jí)別圖評(píng)定碳化物不均勻度的級(jí)別，其中有5 件合格產(chǎn)品，5 件不合格，鍛造質(zhì)量未能達(dá)到要求。

表1 Cr12MoV 鋼的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù) %

2 熱處理工藝分析

Cr12MoV 鋼的含鉻、碳成分較高，材料易形成共晶碳化物，若碳化物能呈均勻顆粒狀分布，則對(duì)材料的耐磨性能起到很好的作用，當(dāng)共晶碳化物成網(wǎng)狀或枝狀、大塊狀分布時(shí)則容易造成材料脆性大，對(duì)需要強(qiáng)韌性好的沖頭往往造成致命沖擊。在合金成分及鍛造情況已定的情況下，如何提高沖頭的強(qiáng)韌性，防止沖頭發(fā)生早期失效，是目前要解決的問(wèn)題。表2 為3 種試驗(yàn)熱處理工藝的方法。

圖1 為經(jīng)3 種熱處理工藝后獲得的共晶碳化物樣貌，圖1（a）為R1 低淬低回；圖1（b）為R2 高淬高回；圖1（c）為R3 固溶淬火。

表2 Cr12MoV 鋼的3 種熱處理試驗(yàn)工藝

圖1 共晶碳化物樣貌

工藝R1、R2 是平常應(yīng)用較廣泛的工藝，該廠也一直使用這兩個(gè)工藝交替生產(chǎn)，R1 低淬低回工藝對(duì)材料的強(qiáng)韌性較好，由于980℃低溫淬火，碳化物只能溶解很少一部分，材料中還有較多的共晶碳化物，回火溫度為220℃，材料回火后往往有較多的殘余奧氏體未能發(fā)生轉(zhuǎn)變，對(duì)材料的應(yīng)力消除效果不好；R2 高淬高回工藝，采用的是520℃高溫回火，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變比較完全，應(yīng)力消除效果好，但由于采用了1 060℃高溫淬火，雖然共晶碳化物溶解效果較好，但奧氏體晶粒粗大，導(dǎo)致材料的強(qiáng)韌性下降。根據(jù)文獻(xiàn)顯示，合金成分一定范圍內(nèi)鋼的強(qiáng)韌性主要取決于基體馬氏體組織的結(jié)構(gòu)與形態(tài)、奧氏體的晶粒度、殘余奧氏體的數(shù)量和分布以及碳化物的形態(tài)與分布狀態(tài)［2］。為了讓碳化物充分溶解并具有較好的強(qiáng)韌性，我們將采用R3 高溫固溶淬火工藝，加熱溫度為1 100～1 150℃，此淬火溫度已接近熔點(diǎn)，碳化物顆粒溶解變小，小顆粒全部溶解，所有鋒利尖角全部溶解成圓角，未溶的碳化物數(shù)量變小，粒度趨于一致，形態(tài)趨于球?；?，但奧氏體晶粒變粗，隨后立即在750℃左右高溫回火；為了改善固溶處理后的基體奧氏體晶粒度粗大的問(wèn)題，在最終常規(guī)處理前增加一次960℃低溫淬火，220℃低溫回火兩次。經(jīng)R3工藝處理后改善了沖頭的碳化物形態(tài)和粒度，使碳化物分布均勻，粒度細(xì)小，圓整，同時(shí)可以使鋼中晶粒超細(xì)化，使得沖頭的使用壽命提高了3 倍以上。

3 結(jié)語(yǔ)

用Cr12MoV 材料制造的冷沖沖頭經(jīng)R3 固溶雙細(xì)化熱處理工藝處理后，比常規(guī)低淬低回R1 或高淬高回R2工藝熱處理的壽命提高了3 倍以上。該廠自2011 年一直采用R3 固溶雙細(xì)化熱處理工藝處理了近萬(wàn)件沖頭，使用壽命都能保持在150～180 h 之間，使用壽命比較平穩(wěn)，避免了早期失效的不良后果，為廠家創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］那順桑.金屬熱處理300 問(wèn)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］易丹青，劉華山.金屬材料及熱處理［M］.長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2010.

［3］史美堂.金屬材料及熱處理［M］.上海：上?？萍汲霭嫔?，1980.

［4］支道光.機(jī)械零件材料與熱處理工藝選擇［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.