摘要：設(shè)計(jì)了4Cr5MoSiV鋼壓鑄模碳氮共滲的熱處理工藝，在熱處理實(shí)驗(yàn)取得數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)4Cr5MoSiV鋼的強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了分析：為提高4Cr5MoSiV鋼壓鑄模的使用壽命提供了理論和實(shí)踐支持。 關(guān)鍵詞：壓鑄模 使用壽命 4Cr5MoSiV 碳氮共滲
4Cr5MoSiV鋼是一種壓鑄模用鋼，可用于壓鑄以鋅、鋁、銅合金為材料的工件。壓鑄鋅合金時(shí)模具型腔溫度不超過(guò)400℃．而在壓鑄鋁合金時(shí)模具型腔的工作溫度高達(dá)600℃。棋具主要失效形式是粘模、熱疲勞、拐角和夾角叢銳邊處開(kāi)裂、磨損或腐蝕等。壓鑄銅合金時(shí)，模具型腔溫度更高達(dá)750℃以上，對(duì)棋具要求有更高的熱強(qiáng)性和熱疲勞抗力。
為了提高模具使用壽命，可從模具的設(shè)計(jì)、模具熱處理及模具的正確使用等3個(gè)方面著手。本文從4Cr5MoSiV鋼特性出發(fā)，以熱處理試驗(yàn)為基礎(chǔ)，研討了4CrSMoSiV模具鋼的熱處理及模具的表面強(qiáng)化的方法。
1 4Cr5MoSiV鋼壓鑄模的熱處理
4Cr5MoSiV鋼壓鑄模的制造工藝路線一般足：鍛造→球化退火→機(jī)加工→去應(yīng)力退火→淬火→回火→鉗修等。
1.1 球化退火
對(duì)4Cr5MoSiV鋼壓鑄模坯料采用球化退火可改善組織、消除內(nèi)應(yīng)力，為最終熱處理作良好的組織準(zhǔn)備。球化退火工藝如圖1所示。退火工件加熱至840℃-860℃保溫后，以小于25℃/h冷卻速度冷至500℃以下出爐空冷，這樣可得到均勻的球化退火組織，硬度≤229HB。
1.2 消除內(nèi)應(yīng)力退火
4Cr5MoSiV鋼壓鑄模在機(jī)加工成形過(guò)程中，由于被加工表面層的冷卻硬化及表面層金相組織變化等因素均使工件產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力的存在極大影響了壓鑄模熱處理質(zhì)量，是導(dǎo)致壓鑄模淬火變形甚至開(kāi)裂的重要因素。因此4Cr5MoSiv鋼壓鑄模在淬火前 須進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力退火處理。內(nèi)應(yīng)力退火工藝如圖2所示。加熱時(shí)采用變化加熱速度，即先慢(100℃/h)后快(150~200℃/h)，加熱至退火溫度(650-680℃)，保溫后隨爐冷卻。
2 4Cr5MoSiV鋼壓鑄模碳氮共滲的表面強(qiáng)化
根據(jù)4Cr5MoSiV鋼壓鑄模的工作特性，為了提高4Cr5MoSiV鋼壓鑄模的使用壽命，須從提高4Cr5MoSiV鋼的強(qiáng)度、韌性及表層耐磨性出發(fā)。為此，試驗(yàn)了4Cr5MoSiV鋼的碳氮共滲處理。
2.1 試樣制備
試樣取自∮40mm 4Cr5MoSiV鋼，用鋼化學(xué)成分見(jiàn)表1。原鋼緞打后經(jīng)850℃球化退火，退火后加工成∮25mmxlOOmm的試棒。
2.2 碳氮共滲
4Cr5MoSiV鋼試樣碳氮共滲試驗(yàn)在滲碳爐中進(jìn)行。碳氰共滲采用三乙醇滴注。共滲時(shí)間2~4h。試棒共滲出爐后，空冷加熱到1020℃汕淬，或者熱棒出爐直接加熱至1020℃油淬。共滲工藝如圖3所示。
2.3 4Cr5MoSiV鋼試驗(yàn)結(jié)果分析
試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、圖4。
由表2可知：4Cr5MoSiV鋼試樣經(jīng)碳氮共滲淬火后硬度高于未經(jīng)共滲處理時(shí)的淬火硬度，鋼試樣碳氮共滲淬火后，試樣表面硬度略低于次表面硬度，然后嚴(yán)緩過(guò)度到基本(體)硬度(見(jiàn)圖4)。產(chǎn)生這種原因是由于氮原子自表面向內(nèi)擴(kuò)散，同時(shí)表層殘余奧氏體增多的結(jié)果。
2.4 強(qiáng)化機(jī)理
碳氮共滲強(qiáng)化4Cr5MoSiV鋼是由于：①提高廠表層碳氮濃度；②碳氮化合物分布均勻；③表面層及亞表面層殘余奧氏體數(shù)量適宜；④平緩的硬度梯度。
3 結(jié)束語(yǔ)
(1)4Cr5MoSlV鋼經(jīng)過(guò)碳氮共溶及淬火后，獲得了高的基體強(qiáng)度、高的表面硬度、平緩的過(guò)渡梯度。
(2)在相同表面硬度情況下，經(jīng)過(guò)碳氮共滲及淬火回火處理后,心部具有高的韌性及熱疲勞強(qiáng)度，對(duì)于提高4cr5MoSiV鋼的性能有很大作用。
(3)4Cr5MoSiV鋼共滲可在井式氣體滲碳爐中進(jìn)行，操作方便。
參考文獻(xiàn)
1 《熱處理手冊(cè)》編委會(huì) 熱處理手冊(cè)(第2卷) 北京機(jī)械工業(yè)出版社，1991.
《模具制造》2004年第5期
