提高3Cr2W8V钢压铸模具寿命的热处理工艺的研究

HEATS

　　3Cr2W8V钢是目前广泛应用的压铸模具钢，内蒙古某电机厂的电机转子铝压铸模具就是采用此种钢制造。模具外形如图1所示，压铸是在130吨压铸机上进行。模具型腔面与高温铝液频繁接触，承受由于反复加热与冷却而产生的交变应力作用。同时，型腔承受很大的挤压、冲击和摩擦，模具工作条件极为苛刻。在此种工作条件下，模具的失效方式为粘铝、龟裂和早期服裂，致使模具寿命不高。模具的早期脆裂是失效的主要矛盾，模具的硬度和强度指标过高以及韧性不足是导致早期脆裂的原因。为了提高模具的寿命，必须提高3Cr2W8V钢的综合性能，对此，我们进行了研究。

* Q; g: s* B) I) m; I; u

　　1试验方法

: `4 y# B! w. i8 O4 M : I* e& R2 p! t) P4 C

　　试验材料为3Cr2W8V钢，其成分为：0.376%C，2.40%Cr，8.10%W，0.4%V，≤0.4%Si，≤0.4%Mn。

2 G9 v. {9 i+ \+ Y 1 a- w2 d e j2 Q D

　　本试验采用10×10×55(mm)标准梅氏冲击试样。抗粘铝和热疲劳试样尺寸如图2所示。用JB30冲击试验机、HR—150洛氏硬度计、HB—3000布氏硬度计、Instron—1251型电液伺服万能材料试验机测定冲击韧性、硬度、断裂韧度等指标。用电阻加热炉(内放铝坩埚)加热到700℃，随后水冷的方式进行热疲劳试验。Neophot型金相显微镜观察球化退火组织，用DS—III型扫描电镜观察断裂韧度试样断口形貌。

# {8 {# I% y# g1 Y. B& @

　　2试验结果及分析

8 D2 p, q* r7 |1 f* p

　　2.1气体氮碳共渗对抗粘铝和热疲劳性能的影响

1 Y4 ~7 a+ i' e9 b0 ]0 A

　　将热疲劳试样校正常工艺调质处理后，再将一部分试样在570℃×3h进行气体氮碳共渗，另一部分试样不进行氮碳共渗，然后进行对比试验。试验过程是：将试样放入700℃的铝液中加热5秒钟，然后立即放入水中急冷，每次重复上述工艺过程。试验结果表明，未经氮碳共渗的试样，3—5次循环就粘铝，而经过氮碳共渗的试样，几百次以后仍末出现粘铝现象，而且脱模容易。还发现，未经氮碳共渗的试样，经60次循环，试样表面就出现微裂纹，而经过氮碳共渗的试样，试验160次循环以后开始出现微裂纹，证明了经过氮碳共渗的试样抗热疲劳性能好，比未经氮碳共渗的试样的抗热疲劳性提高1.6倍。

　　氮碳共渗后的试样，其最表面是白亮层，由比较致密的ε—Fe2—3(N，C)化合物组成[1]，这与铝的晶体结构不同，且浸润性不好，这可能是试样不粘铝的原因。

8 z5 _" Z& Y0 h$ ]# b; X

　　材料的热疲劳性能是决定热模具寿命的重要指标之一。热疲劳除了与材料的导热系数和热膨胀系数等物理性质有关外，还与材料的高温强度和塑性有关。热疲劳裂纹往往在表面热应力最大的区域形成，模具表面受到剧烈氧化时会加速损伤过程，若材料抗氧化性能好，则可减轻损伤。试样经氮碳共渗后，高温屈服强度提高，塑变抗力提高，延缓了裂纹萌生，同时，氮碳共渗试样的表层具有抗氧化性，可减轻氧化侵蚀时的损伤过程，这可能是提高抗热疲劳性的原因。

- X. Y; @! u) y* B3 H* u# Z/ f : Z$ x4 g8 h* d8 d& ]* h* _7 G4 Z

　　2.2球化退火工艺优选

# l J% P/ m# M# Q( [ c' r" W

　　热模具钢一般都采用中温加热退火和等温球化退火作为预处理工艺，用这种工艺处理，3Cr2W8V钢球化组织不均匀，碳化物的形貌和分布不好，模具的强韧性不足，因而使用寿命低，三向循环锻造虽改善碳化物偏析[2]，但对碳化物圆整度改善有限，而且工艺复杂。为了获得细小、匀、圆的碳化物，对各种球化退火工艺进行了大量试验，优选出两种效果显著的高温固溶预处理球化退火工艺，其结果见表l、图3、图4。

4 j) }" @( U, U* f) o$ u$ |. E* W 8 f1 d" r8 i# {

　　从图中看出，优选的两种工艺球化退火后的组织较好，碳化物细小、均匀、圆整度好。将图3和图4相比较，图3的碳化物比图4的碳化物细小，但碳化物的均匀性、圆整度不如图4，其硬度较高。所以，从机械加工的性能和碳化物的圆整度及操作方便考虑，选用表1中的工艺2是合理的，以下试验均采用此工艺。

: k( D: W8 o0 F1 z