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淬硬鋼與預硬鋼的熱處理工藝

來源:未知 佚名 2018-01-25 瀏覽
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      用不同品種鋼材作塑料模具,其化學成分和力學性能各不相同,因此制造工藝路線不同;同樣,不同類型塑料模具鋼采用的熱處理工藝也是不同的。本節主要介紹塑料模具的制造工藝路線和熱處理工藝的特點。
一、塑料模具的制造工藝路線
1.低碳鋼及低碳合金鋼制模具
例如,20,20Cr,20CrMnTi等鋼的工藝路線為:下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→冷擠壓成形→再結晶退火→機械精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
2.高合金滲碳鋼制模具
例如12CrNi3A,12CrNi4A鋼的工藝路線為:下料→鍛造模坯→正火并高溫回火→機械粗加工→高溫回火→精加工→滲碳→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
3.調質鋼制模具
例如,45,40Cr等鋼的工藝路線為:下料→鍛造模坯→退火→機械粗加工→調質→機械精加工→修整、拋光→裝配。
4.碳素工具鋼及合金工具鋼制模具
例如T7A~T10A,CrWMn,9SiCr等鋼的工藝路線為:下料→鍛成模坯→球化退火→機械粗加工→去應力退火→機械半精加工→機械精加工→淬火、回火→研磨拋光→裝配。
5.預硬鋼制模具
例如5NiSiCa,3Cr2Mo(P20)等鋼。對于直接使用棒料加工的,因供貨狀態已進行了預硬化處理,可直接加工成形后拋光、裝配。對于要改鍛成坯料后再加工成形的,其工藝路線為:下料→改鍛→球化退火→刨或銑六面→預硬處理(34~42HRC)→機械粗加工→去應力退火→機械精加工→拋光 →裝配。
 
二、塑料模具的熱處理特點
(一)滲碳鋼塑料模的熱處理特點
1.對于有高硬度、高耐磨性和高韌性要求的塑料模具,要選用滲碳鋼來制造,并把滲碳、淬火和低溫回火作為最終熱處理。
2.對滲碳層的要求,一般滲碳層的厚度為0.8~1.5mm,當壓制含硬質填料的塑料時模具滲碳層厚度要求為1.3~1.5mm,壓制軟性塑料時滲碳層厚度為0.8~1.2mm。滲碳層的含碳量為0.7%~1.0%為佳。若采用碳、氮共滲,則耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化、防粘性就更好。
3.滲碳溫度一般在900~920℃,復雜型腔的小型模具可取840~860℃中溫碳氮共滲。滲碳保溫時間為5~10h,具體應根據對滲層厚度的要求來選擇。滲碳工藝以采用分級滲碳工藝為宜,即高溫階段(900~920℃)以快速將碳滲入零件表層為主;中溫階段(820~840℃)以增加滲碳層厚度為主,這樣在滲碳層內建立均勻合理的碳濃度梯度分布,便于直接淬火。
4.滲碳后的淬火工藝按鋼種不同,滲碳后可分別采用:重新加熱淬火;分級滲碳后直接淬火(如合金滲碳鋼);中溫碳氮共滲后直接淬火(如用工業純鐵或低碳鋼冷擠壓成形的小型精密模具);滲碳后空冷淬火(如高合金滲碳鋼制造的大、中型模具)。
(二)淬硬鋼塑料模的熱處理
1.形狀比較復雜的模具,在粗加工以后即進行熱處理,然后進行精加工,才能保證熱處理時變形最小,對于精密模具,變形應小于0.05%。
2.塑料模型腔表面要求十分嚴格,因此在淬火加熱過程中要確保型腔表面不氧化、不脫碳、不侵蝕、不過熱等。應在保護氣氛爐中或在嚴格脫氧后的鹽浴爐中加熱,若采用普通箱式電阻爐加熱,應在模腔面上涂保護劑,同時要控制加熱速度,冷卻時應選擇比較緩和的冷卻介質,控制冷卻速度,以避免在淬火過程中產生變形、開裂而報廢。一般以熱浴淬火為佳,也可采用預冷淬火的方式。
3.淬火后應及時回火,回火溫度要高于模具的工作溫度,回火時間應充分,長短視模具材料和斷面尺寸而定,但至少要在40~60min以上。
(三)預硬鋼塑料模的熱處理
1.預硬鋼是以預硬態供貨的,一般不需熱處理,但有時需進行改鍛,改鍛后的模坯必須進行熱處理。
2.預硬鋼的預先熱處理通常采用球化退火,目的是消除鍛造應力,獲得均勻的球狀珠光體組織,降低硬度,提高塑性,改善模坯的切削加工性能或冷擠壓成形性能。
3.預硬鋼的預硬處理工藝簡單,多數采用調質處理,調質后獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度范圍很寬能夠滿足模具的各種工作硬度要求。由于這類鋼淬透性良好,淬火時可采用油冷、空冷或硝鹽分級淬火。表3-27為部分預硬鋼的預硬處理工藝,供參考。
表3-27部分預硬鋼的預硬處理工藝
鋼   號
加熱溫度/℃
冷卻方式
回火溫度/℃
預硬硬度HRC
3Cr2Mo
830~840
油冷或160~180℃
硝鹽分級
580~650
28~36
5NiSCa
880~930
油冷
550~680
30~45
8Cr2MnWMoVS
860~900
油或空冷
550~620
42~48
P4410
830~860
油冷或硝鹽分級
550~650
35~41
SM1
830~850
油冷
620~660
36~42
(四)時效硬化鋼塑料模的熱處理
1.時效硬化鋼的熱處理工藝分兩步基本工序。首先進行固溶處理,即把鋼加熱到高溫,使各種合金元素溶入奧氏體中,完成奧氏體后淬火獲得馬氏體組織。第二步進行時效處理,利用時效強化達到最后要求的力學性能。
2.固溶處理加熱一般在鹽浴爐、箱式爐中進行,加熱時間分別可取:1min/mm、2~2.5min/mm,淬火采用油冷,淬透性好的鋼種也可空冷。如果鍛造模坯時能準確控制終鍛溫度,鍛造后可直接進行固溶淬火。
3.時效處理最好在真空爐中進行,若在箱式爐中進行,為防模腔表面氧化,爐內須通入保護氣氛,或者用氧化鋁粉、石墨粉、鑄鐵屑,在裝箱保護條件下進行時效。裝箱保護加熱要適當延長保溫時間,否則難以達到時效效果。部分時效硬化型塑料模具鋼的熱處理規范可參照表3-28。
表3-28 部分時效硬化鋼的熱處理規范
鋼   號
固溶處理工藝
時效處理工藝
時效硬度HRC
06Ni6CrMoVTiAl
800~850℃油冷
510~530℃×(6~8)h
43~48
PMS
800~850℃空冷
510~530℃×(3~5)h
41~43
25CrNi3MoAl
880℃水淬或空冷
520~540℃×(6~8)h
39~42
SM2
900℃×2h油冷+700℃×2h
510℃×10h
39~40
PCR
1050℃固溶空冷
460~480℃×4h
42~44
 
三、塑料模的表面處理
為了提高塑料模表面耐磨性和耐蝕性,常對其進行適當的表面處理。
1.塑料模鍍鉻是一種應用最多的表面處理方法,鍍鉻層在大氣中具有強烈的鈍化能力,能長久保持金屬光澤,在多種酸性介質中均不發生化學反應。鍍層硬度達1000HV,因而具有優良的耐磨性。鍍鉻層還具有較高的耐熱性,在空氣中加熱到500℃時其外觀和硬度仍無明顯變化。
2.滲氮具有處理溫度低(一般為550~570℃),模具變形甚微和滲層硬度高(可達1000~1200HV)等優點,因而也非常適合塑料模的表面處理。含有鉻、鉬、鋁、釩和鈦等合金元素的鋼種比碳鋼有更好的滲氮性能,用作塑料模時進行滲氮處理可大大提高耐磨性。
適于塑料模的表面處理方法還有:氮碳共滲、化學鍍鎳、離子鍍氮化鈦、碳化鈦或碳氮化鈦,PVD、CVD法沉積硬質膜或超硬膜等。
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