5CrNiMo钢热锻模热处理新工艺
2003-07-22 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
摘要：分析了5CrNiMo钢热锻模热处理工艺存在的问题。以多年来的实践经验，提出了提高热锻模使用寿命的热处理新工艺。
关键词：5CrNiMo钢 热锻模 热处理工艺
热锻模在工作中承受着巨大的冲击载荷，被反复的加热和冷却，同时还受到炽热流动金属的摩擦，因此，热锻模的使用寿命较短，通常的失效形式有塌陷、磨损、热裂纹等。
本文分析了阀体、阀盖热锻模的失效形式，合理制定了冷、热加工工序，采用了新的热处理工艺，大大提高了热锻模的使用寿命。
1、传统的加工制造工艺
图1所示阀体、阀盖热锻模的外形尺寸为440*380*340mm，材料为5CrNiMo钢，型腔和燕尾的热处理硬度要求分别为38-42HRC和32-36HRC，型腔的形状很复杂。加工制造工艺过程为：锻造→退火→粗加工一个平面→探伤→粗加工成型→打磨型腔→热处理（淬火+回火）→打磨抛光型腔→探伤→检验。
预热、淬火加热、回火均在箱式电阻炉中进行，型腔面放在用铸铁屑加木炭的铁盘中并用黄泥密封，燕尾用耐火泥或黄泥密封，以防止氧化和脱碳。出炉后预冷到800℃左右，型腔面先入油，500min后再整体入油冷却70-80min后出油空冷，出油温度控制在200℃左右。然后整体500-520℃回火。由于燕尾后入油冷却，所以在相同的温度回火后硬度要低4-5HRC，符合图纸技术要求。原淬火+回火工艺曲线如图2所示。
2、原热处理工艺中存在的问题分析
按上述工艺生产制造的阀体、阀盖热锻模使用寿命不长，每副模具锻造阀体、阀盖5000-6000套后，就会出现型腔塌陷和型腔涨大，必须返修或报废。
热处理质量是决定锻模使用寿命最关键的因素。锻模失效的主要原因，由于型腔为复杂的曲面，经测量型腔轮郭的凸台硬度值发现存在软点，剖开锻模测量硬度值也发现型腔的淬硬层过浅且存在不均匀的现象，最大相差4-5HRC。特别是通过降低高度返修的模具硬度值更加偏低，比技术要求低3-5HRC，还存在软点，金相分析也发现表面有脱碳现象。软点的产生主要是加热时的氧化、脱碳和淬火时铸铁屑、木炭、黄泥等粘在型腔表面造成冷却不当而形成的。
通过以上分析可以看出热处理不当是导致模具早期失效的主要原因。许多文献都指出，塌陷的主要原因是硬度不足，强韧性差；氧经和脱碳的存在会降低模具使用寿命。
3、改进后的制造工艺
改进后的制造工艺为：锻造→退火→粗加工→一个平面→探伤→粗加工成型（型腔、燕尾根部各留1.5-2mm加工余量）→热处理（淬火+回火）→铣型腔（用自制高速钢铣刀）→打磨抛光型腔→探伤→检验。
由于淬火前型腔的燕尾留有1.5-2mm的机械加工余量，淬火、回火后型腔还要进行铣削加工，所以在淬火加热时不用考虑型腔、燕尾的氧化、脱碳问题。提高淬火加热温度到900-920℃以上，淬火时可得到板条状马氏体，增加了强韧性。在冷却过程中，型腔朝上，通过用铁罩罩住燕尾的方法来得到不同的硬度；另外，在冷却开始时要左右晃动模具，以便使型腔充分得到冷却，或同时向型腔处喷射冷油，以加强冷却效果，得到均匀的淬硬层。改进后热处理工艺曲线如图3所示。
新工艺解决了加热中的氧化、脱碳问题，硬度均匀，防止了软点的产生；提高淬火温度增加了模具的强韧性，使用寿命得到提高；由于热处理后的变形可以通过机械加工消除，因而可以减少打磨工作量，同时提高了模具的制造精度，经济效益得到提高。
4、结束语
（1）采用改进后的制造工艺能显著提高热锻模使用寿命，每副模具能锻造阀体、阀盖10000套左右。
（2）提高淬火加热温度可以提高模具强韧性，延长使用寿命。
（3）改进后的制造工艺可以彻底消除模具在加热过程中的氧化、脱碳层。
参考文献
1 杨凌平等 模具热处理缺陷分析及预防[J] 模具工业，2001，（7）
2 丁红燕，周广宏 5CrNiMo钢热膜热处理工艺的改进[J] 模具工业，1999，（3）
关键词：5CrNiMo钢 热锻模 热处理工艺
热锻模在工作中承受着巨大的冲击载荷，被反复的加热和冷却，同时还受到炽热流动金属的摩擦，因此，热锻模的使用寿命较短，通常的失效形式有塌陷、磨损、热裂纹等。
本文分析了阀体、阀盖热锻模的失效形式，合理制定了冷、热加工工序，采用了新的热处理工艺，大大提高了热锻模的使用寿命。
1、传统的加工制造工艺
图1所示阀体、阀盖热锻模的外形尺寸为440*380*340mm，材料为5CrNiMo钢，型腔和燕尾的热处理硬度要求分别为38-42HRC和32-36HRC，型腔的形状很复杂。加工制造工艺过程为：锻造→退火→粗加工一个平面→探伤→粗加工成型→打磨型腔→热处理（淬火+回火）→打磨抛光型腔→探伤→检验。
预热、淬火加热、回火均在箱式电阻炉中进行，型腔面放在用铸铁屑加木炭的铁盘中并用黄泥密封，燕尾用耐火泥或黄泥密封，以防止氧化和脱碳。出炉后预冷到800℃左右，型腔面先入油，500min后再整体入油冷却70-80min后出油空冷，出油温度控制在200℃左右。然后整体500-520℃回火。由于燕尾后入油冷却，所以在相同的温度回火后硬度要低4-5HRC，符合图纸技术要求。原淬火+回火工艺曲线如图2所示。
2、原热处理工艺中存在的问题分析
按上述工艺生产制造的阀体、阀盖热锻模使用寿命不长，每副模具锻造阀体、阀盖5000-6000套后，就会出现型腔塌陷和型腔涨大，必须返修或报废。
热处理质量是决定锻模使用寿命最关键的因素。锻模失效的主要原因，由于型腔为复杂的曲面，经测量型腔轮郭的凸台硬度值发现存在软点，剖开锻模测量硬度值也发现型腔的淬硬层过浅且存在不均匀的现象，最大相差4-5HRC。特别是通过降低高度返修的模具硬度值更加偏低，比技术要求低3-5HRC，还存在软点，金相分析也发现表面有脱碳现象。软点的产生主要是加热时的氧化、脱碳和淬火时铸铁屑、木炭、黄泥等粘在型腔表面造成冷却不当而形成的。
通过以上分析可以看出热处理不当是导致模具早期失效的主要原因。许多文献都指出，塌陷的主要原因是硬度不足，强韧性差；氧经和脱碳的存在会降低模具使用寿命。
3、改进后的制造工艺
改进后的制造工艺为：锻造→退火→粗加工→一个平面→探伤→粗加工成型（型腔、燕尾根部各留1.5-2mm加工余量）→热处理（淬火+回火）→铣型腔（用自制高速钢铣刀）→打磨抛光型腔→探伤→检验。
由于淬火前型腔的燕尾留有1.5-2mm的机械加工余量，淬火、回火后型腔还要进行铣削加工，所以在淬火加热时不用考虑型腔、燕尾的氧化、脱碳问题。提高淬火加热温度到900-920℃以上，淬火时可得到板条状马氏体，增加了强韧性。在冷却过程中，型腔朝上，通过用铁罩罩住燕尾的方法来得到不同的硬度；另外，在冷却开始时要左右晃动模具，以便使型腔充分得到冷却，或同时向型腔处喷射冷油，以加强冷却效果，得到均匀的淬硬层。改进后热处理工艺曲线如图3所示。
新工艺解决了加热中的氧化、脱碳问题，硬度均匀，防止了软点的产生；提高淬火温度增加了模具的强韧性，使用寿命得到提高；由于热处理后的变形可以通过机械加工消除，因而可以减少打磨工作量，同时提高了模具的制造精度，经济效益得到提高。
4、结束语
（1）采用改进后的制造工艺能显著提高热锻模使用寿命，每副模具能锻造阀体、阀盖10000套左右。
（2）提高淬火加热温度可以提高模具强韧性，延长使用寿命。
（3）改进后的制造工艺可以彻底消除模具在加热过程中的氧化、脱碳层。
参考文献
1 杨凌平等 模具热处理缺陷分析及预防[J] 模具工业，2001，（7）
2 丁红燕，周广宏 5CrNiMo钢热膜热处理工艺的改进[J] 模具工业，1999，（3）
