前面对有关热处理基础内容作了介绍,下面我们将具体针对各钢种热处理的实际过程分期进行说明。在实际的加热和冷却方式上,不同钢种群会有所不同。
3、高合金工具钢
⑴冷作模具钢
冷作模具钢SKD11和DC53等的淬火曲线如图3-1所示。通常在比转变点稍低的℃下预热,使模具内外温度达到均匀。如果存在加热变形问题,可在更低的℃左右先进行第一次预热。淬火温度为℃,模具心部达到此温度后保温20-40min即可。
图3-1冷作模具钢的淬火曲线
冷作模具钢含铬量高,故淬透性较好,冷却方式为空冷或真空炉气冷。空冷时为减少变形应进行均匀冷却,要避免单方向风冷,例如吊挂起来时应不断改变方向等。对大型模具进行冷却时,可将其置于转台之上等,更要注意冷却的均匀性。对形状复杂或大型模具,为防止冷却中产生氧化,也可采取在℃左右的盐浴中进行分级淬火,或者油冷到℃后取出空冷等方式。
高合金冷作模具钢的回火曲线如图3-2所示。通常KSD11钢在既可保持60-61HRC的高硬度,又处于韧性上升区域的℃左右进行低温回火。与此相比,8Cr系模具钢中的DC53,即使同样进行低温回火,在同等硬度条件下,韧性要高出许多,所以也可用于低温回火。当要求其硬度达到比SKD11钢高的62-63HRC,并要求高韧性时,推荐进行高温回火。不过,残留奥氏体的分解温度为℃左右,在此温度区域会出现韧性低谷,所以最好在超越此韧性低谷出现韧性回复的-℃进行回火为宜。对高合金冷作模具钢来说,高温回火会导致残留奥氏体分解转变成马氏体,为使此马氏体得到回火,必须进行第二次回火。
图3-2高合金冷作模具钢的回火曲线
⑵热作模具钢
SKD61等热作模具钢的淬火方法也与冷作模具钢相同,冷却时也因淬透性较好而基本采用空冷。不过,压铸模之类的大型模具,单采用空冷会发生贝氏体转变,因此采用了各种予以避开的冷却方法。还有,当在上部温度区域冷却缓慢时,沿原奥氏体晶界析出的碳化物虽然对韧性影响不大,但也是导致韧性下降的原因之一。为确保韧性良好,最好采用快冷,可是同时存在变形较大的问题,为此,既能确保韧性又可抑制变形的各种淬火方法纷纷得到了开发和应用。
早前北美压铸协会推荐的真空淬火曲线如图3-3所示。这种真空淬火方式也是其中的一种方法。这是一种分级淬火类型的热处理方式,也称作等温淬火,是将模具冷却后在℃左右保温,待内外温差缩小后再次快冷的方式。根据有关数据,可确保韧性的下部温度区域的冷却速度约为5℃/min。
图3-3北美压铸协会推荐的真空淬火曲线
热作模具钢的使用硬度是40-50HRC,基本上需要高温回火,并根据使用硬度来设定回火温度,最少要反复进行两次。第二次回火的目的是对残留奥氏体转变而成的马氏体进行回火。
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