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無錫q345b方管提高3Cr2W8V熱模具壽命的熱處理工藝探討




無錫q345b方管在線:


無錫q45b方管內容提要:對3Cr2W8V熱模具的失效形式、材質特征及各合金元素的作用進行了分析。通過多次試驗,制定了提高3Cr2W8V熱模具壽命的熱處理工
熱模具工作溫度較高(一般情況下,工件始鍛溫度為1200℃,終鍛溫度為800℃),工作條件惡劣。工作時強大的壓力和沖擊載荷使坯料金屬在模具型腔內流動,坯料金屬與型腔表面產生劇烈磨擦,極易使型腔表面磨損;同時鍛模要在不斷反復冷卻條件下工作,由于冷熱交變的結果,型腔表面在交變應力作用下易產生疲勞裂紋。使用過程中,磨損、疲勞是熱模具失效的主要形式。為此,我們對熱模具進行熱處理工藝研究,以提高其工作壽命。 



1、無錫Q345B方管熱模具所用材料的特征 


熱模具所用材料為3Cr2W8V,其化學成分如下表。


從上表可知,3Cr2W8V鋼為合金模具鋼,材料中含有較多的碳化物元素:Cr、W、V等,因而具有較高的耐熱疲勞性和高溫機械性能。由于Cr、W元素的作用使奧氏體相當穩定,從而使該材料具有較高的淬透性,它既能保證模具淬火后獲得均一的馬氏體組織;回火時,Cr、W、Mn元素又能阻礙馬氏體組織的分解,使材料具有較高的耐磨性和抗回火穩定性??梢?Cr2W8V鋼熱模具經適當的熱處理工藝熱處理后,具有較好的熱強性、耐磨性,使模具具有較長的使用壽命。 






2、無錫q345b方管3Cr2W8V熱模具傳統的熱處理工藝 


3Cr2W8V熱模具的制造工藝流程為:下料→鍛造→退火→機加工→熱處理,模具熱處理后的硬度要求為:HRC42—46。 


模具傳統的熱處理工藝為:


無錫q345b方管淬火:550℃裝爐(箱式電阻爐加熱,加熱時模腔用“生鐵屑+滲碳劑”保護,以防止模腔脫碳),保溫40min;再升溫至1060℃,保溫120min,然后出爐油冷至室溫。 


無錫q345b方管回火:加熱溫度為580℃,保溫240min(采用井式回火爐加熱)。  用該工藝熱處理過的模具硬度符合要求,但模具壽命較短,平均使用1500次。模具費用較高,同時更換模具頻繁,影響生產。 


我們對報廢模具進行斷口分析,觀察到均為典型的疲勞斷裂,疲勞源在刃口處,沿45°方向向心部擴展,疲勞斷口面積與靜力斷口面積之比為1:3,在疲勞區的后部有明顯的宏觀淺溝。同時還觀察到沿模腔軸向分布有10~20條裂紋,裂紋上寬下窄(以工作位置定),一般發展到工作區終止。疲勞斷口即由其中一對裂紋(大部交成 180°)處起始擴展。通過上述分析,認為模具失效的原因為: 






(1)從靜力斷口面積較大,疲勞斷口后部疲勞溝較淺較寬,可以判斷模具處在高應力狀態下工作。 






(2)從模腔表面及軸向裂紋兩側出現脫碳組織判斷,模腔最表層工作溫度可能高于3Cr2W8V的臨界點Ac1(800℃)點。


 


(3)模具工作溫度較高(工件始鍛溫度為1200℃,終鍛溫度為800℃),工作時會發生組織轉變,模具工作時,工作應力與組織應力、熱應力疊加,在每個工作周期的某一瞬間達到最大實際應力值,而增大了裂紋的產生和擴展的可能性,從而導致疲勞斷裂,降低模具的使用壽命。 



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