Cr12MoV钢冲孔凹模热处理工艺的改进.pdf

C r M o V钢冲孔凹模热处理工艺的改进邓想,杜伟,李发闯,文秀海(河南工学院 材料科学与工程学院,河南 新乡 )摘要:某公司生产的冲孔凹模材料为C r M o V钢,最终热处理工艺为 油冷淬火和 回火,硬度合格,但其变形量为mm,超过了零件技术要求.为此,对C r M o V钢冲孔凹模进行了化学成分和硬度检测与分析并改进其热处理工艺.改进后的热处理工艺采用 淬火,空冷至 左右趁机对冲孔凹模进行校正,淬火后进行 低温回火,既保持了淬火后的高硬度和高耐磨性,又减小了淬火应力,冲孔凹模的硬度和变形量均符合其热处理技术要求.关键词:变形;淬火温度;空气冷却;校正中图分类号:T G 文献标识码:A文章编号:()引言C r M o V钢具有淬透性好、热处理变形小、硬度高及耐磨性好等优点,常用于制作受力较大、形状复杂的冷作模具,如冷冲裁模、冷挤压模、冷镦模等.但C r M o V钢韧性不够好,在生产热处理工艺要求比较高,如热处理工艺不合理,就会造成模具的变形和开裂 .某公司生产的扇形管过滤器骨架冲压模具,其冲孔凹模就选用了C r M o V钢.该件外形尺寸为 mm mm mm,零件图如图所示.该件的热处理技术要求为淬、回火后的硬度至少达到 HR C,变形量不大于 mm.其加工工艺路线为:下料锻造球化退火机加工线切割孔淬火低温回火磨削.生产中,采用了常规淬、回火工艺:预热随炉升温至 保温后油冷;回火温度为 ,保温后空冷 .对凹模质量检验时发现其变形量为mm,超过了允许的变形范围.(a)剖视图(b)三维图图冲孔凹模零件图第 卷第期 年月河南工学院学报J o u r n a l o fH e n a nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g yV o l N o M a y 收稿日期:基金项目:河南省科技攻关项目()第一作者简介:邓想(),女,河南西华人,副教授,硕士,主要从事金属材料及加工研究.模具材料、模具结构设计及模具热处理工艺等均会引起模具变形,模具变形会影响冲压件的尺寸精度.经分析,该件模具材料和模具结构设计没有问题,而模具热处理工艺对其变形有一定的影响,因此需对热处理工艺进行分析与改进.冲孔凹模检测与分析 化学成分检测与分析冲孔凹模材质为C r M o V钢,采用光谱分析法对其进行化学成分分析,分析结果如表所示.表C r M o V钢的化学成分(质量分数,)CS iM nSPC rM oVG B/T C r M o V 由表可知,该冲孔凹模材料的化学成分符合G B/T 工模具钢 中C r M o V钢的标准成分,即该厂家采购的C r M o V钢属于合格的原材料.硬度检测与分析用HR A洛氏硬度计对采用原热处理工艺生产的冲孔凹模个不同的位置进行测定,硬度测试结果如表所示.由硬度测试结果可知,该冲孔凹模热处理后的硬度满足其工作要求.表C r M o V钢的硬度值(H R C)位置平均值淬火 回火 在冲孔凹模加工路线中,球化退火可以消除锻造产生的应力;球化碳化物可降低硬度,改善切削加工性能,并为淬火做好组织准备;淬火低温回火可以获得大量回火马氏体,提高硬度与耐磨性,同时降低淬火应力和脆性.热处理工艺分析 原热处理工艺原热处理工艺中淬火加热温度为 ,保温后油冷;回火温度为 ,保温后空冷.为缩短高温下的加热时间,防止加热时产生变形和内应力,在 左右进行一次预热.其工艺曲线如图所示.图C r M o V原热处理工艺曲线C r M o V钢的相变温度A c ,A cc m ,该冲孔凹模淬火时选择在A cA cc m之间的 加热,有助于C r和M o元素的溶解,提高C r M o V钢的淬透性.钢中的金属化合物V C在 以上才开始明显溶入奥氏体,未溶的V C能显著阻止奥氏体晶粒长大,使钢既保持强韧性,又提高了硬度与耐磨性.当油冷至MS时,奥氏体转变为马氏体,比体积变大,且产生了相变应力,同时淬火时由于模具中心和边缘的板厚不同,中心部分薄,冷却速度快,边缘厚度大,冷却速度慢,会产生一定的热应力,两者的共同作用使内应力增加,导致工件变形量较大.其中一个冲孔凹模在原热处理后的变形如图所示.由于C r M o V钢碳的质量分数大于 ,淬火后得到片状的高碳马氏体,另外,因加热过程有一部分合金元素溶入奥氏邓想,等:C r M o V钢冲孔凹模热处理工艺的改进体,降低了马氏体的MS和Mf,淬火后会得到一定量的残余奥氏体,所以淬火后最后的组织为高碳马氏体、碳化物和残余奥氏体;回火后,高碳马氏体转变为回火马氏体.最终,经过热处理后冲孔凹模的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体,具有一定的硬度和耐磨性.图冲孔凹模的变形线 改进后的热处理工艺改进后的热处理工艺中淬火加热温度为 ,保温后空冷至 左右开始边校正边冷却;回火温度为 ,保温后空冷,其工艺曲线如图所示.图C r M o V改进后热处理工艺曲线采用改进后热处理工艺生产的冲孔凹模的硬度测试结果如表所示,抽查个工件进行变形量测定,最大变形量均小于 mm.两种热处理工艺后冲孔凹模的最大变形量如表所示.表C r M o V钢的硬度值(H R C)位置平均值淬火 回火 表冲孔凹模的最大变形量(mm)工件编号原热处理工艺 改进后的热处理工艺 淬火加热温度为 时,更多的碳化物逐渐溶解到奥氏体中,过冷奥氏体的稳定性增加,C曲线右移,获得马氏体的临界冷却速度降低.为减小内应力,采用比油冷速度慢的空冷方式进行冷却,C r M o V钢过冷奥氏体向马氏体开始转变的温度MS ,当冷却至 ,过冷奥氏体还没有开始转变为马氏体,同时含有较多合金元素的过冷奥氏体相对稳定,在冷却过程中转变速度较慢.如过冷奥氏体的塑性好,冲孔凹模的塑性也好.此时用压力机对冲孔凹模进行校正,校正时压头下方垫一长圆棒,从一端到另一端逐段进行,冲孔凹模下面两支点之间的距离为 mm,根据变形量对工件加以校正,两支点每次同时向前移动约 mm,如图所示.在校正的过程中不断测量其变形量,直至变形量小于 mm为止.这样既完成了淬火工艺,又趁热进行了校正,从而保证了零件的变形量,满足技术要求.冲孔凹模淬火后进行 低温回火,得到回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体组织,硬度超过 HR C,耐磨性好,同时减小了淬火应力,符合热处理技术要求.图冲孔凹模的校正河南工学院学报 年第期结论)C r M o V钢冲孔凹模化学成分符合国家标准规定,采用原热处理工艺和改进后热处理工艺的硬度区分不大,均能达到技术要求.)原热处理工艺淬火应力大,导致工件变形大.改进后的热处理工艺淬火加热温度为 ,高温加热提高了过冷奥氏体的稳定性,冲孔凹模塑性也较好.空冷至 左右趁机进行校正,可满足零件的变形要求.淬火后进行 低温回火,既保持了淬火后的高硬度和高耐磨性,又减小了淬火应力.(责任编辑吕春红)参考文献:杜思敏,李雄,林发驹热处理工艺对C r M o V钢组织及硬度的影响J钢铁钒钛,():邓莉萍,罗军明,苏倩 C r M o V钢真空热处理组织和性能研究J热加工工艺,():王正品,李炳工程材料M北京:机械工业出版社,叶俊勇,陈云祥,张思海复杂形状C r M o V钢冷冲模失效原因分析及热处理工艺改进J金属热处理,():杜伟,邓想工程材料与热加工M北京:化学工业出版社,高为国 C r M o V钢冷冲裁模的失效分析及热处理工艺的改进J湖南工程学院学报,():李传瑞,徐兴来,乔振亮,等 C r M o V钢拉深凹模热处理工艺的改进J攀枝花学院学报,():I m p r o v e m e n t o fH e a tT r e a t m e n tP r o c e s s f o rC r M o VS t e e lP u n c h i n gD i eD E N GX i a n g,DU W e i,L IF a c h u a n g,WE NX i u h a i(S c h o o l o fM a t e r i a l sa n dE n g i n e e r i n g,H e n a nI n s t i t u t eo fT e c h n o l o g y,X i n x i a n g ,C h i n a)A b s t r a c t:T h ep u n c h i n gd i em a t e r i a l p r o d u c e db yac o m p a n yi sC r M o Vs t e e l T h ef i n a lh e a t t r e a t m e n tp r o c e s s i s o i lc o o l i n gq u e n c h i n ga n d t e m p e r i n g I t sh a r d n e s si sq u a l i f i e d,b u tt h ed e f o r m a t i o no f mme x c e e d st h et e c h n i c a l r e q u i r e m e n t so fp a r t s T h e r e f o r e,t h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dh a r d n e s so f p u n c h i n gd i eo fC r M o Vs t e e l a r ed e t e c t e da n da n a l y z e d,a n d i t sh e a t t r e a t m e n t p r o c e s s i si m p r o v e d T h e i m p r o v e dh e a t t r e a t m e n tp r o c e s s i s q u e n c h i n g,h i g ht e m p e r a t u r eh e a t i n g i m p r o v e st h es t a b i l i t yo fu n d e r c o o l i n ga u s t e n i t e,a n dt h ep u n c h i n gd i ei sc o r r e c t e db ya i rc o o l i n gt oa b o u t l o wt e m p e r a t u r et e m p e r i n gi sp e r f o r m e da f t e rq u e n c h i n g,i tn o to n l y m a i n t a i n st h eh i g hh a r d n e s sa n dh i g hw e a rr e s i s t a n c ea f t e rq u e n c h i n g,b u ta l s or e d u c e st h eq u e n c h i n gs t r e s s T h eh a r d n e s sa n dd e f o r m a t i o no f t h ep u n c h i n gd i em e e t t h e t e c h n i c a l r e q u i r e m e n t so f i t sh e a t t r e a t m e n t K e yw o r d s:d e f o r m a t i o n;q u e n c h i n gt e m p e r a t u r e;a i rc o o l i n g;c o r r e c t i o n邓想,等:C r M o V钢冲孔凹模热处理工艺的改进