1.工件性能要求及材料分析
滚丝模是一种冷挤压模,工作时受很大的压力、摩擦力,因此要求其具有较高的硬度和耐磨性,使其在磨损条件下保持模具形状和尺寸不变,具有足够长的使用寿命;同时具有较高的强度和足够的韧性,以保证其工作时不易崩刃及破裂。
CrWMn是一种合金工具钢,由于钨形成碳化物,这种钢在淬火和低温回火后具有较高的硬度和耐磨性,钨还有助于阻止细小晶粒长大,从而使钢获得较好的韧性。CrwMn钢制做的各种形状复杂的冷挤压模和冲裁模,主要因磨损失效,也有因强度、韧性不足而导致断裂损坏。因此,用该种材料制做滚丝模,必须经过适当的预先热处理,改变碳化物粒子大小及分布,选择适当的淬火温度及设备以提高模具寿命。
2.加工工艺路线
锻造一等温退火→机械加工→去除应力退火→机械加工→真空淬火、回火→机械加工。
1)CrWMn钢对碳化物网比较敏感,会造成淬火后的滚丝模存在应力集中断裂的危险。通过适当的锻造可以改善钢中碳化物网。
2)锻造后通过等温退火,可以细化晶粒,降低硬度,便于机械加工并为最终热处理作好组织准备。
3)去除应力退火用于进一步减小工件在机械加工过程中产生的内应力,以减小工序加工过程可能产生的变形。
4)CrWMn钢滚丝模原采用氰盐淬火,不仅造成环境污染,且表面脱碳,尺寸变形难以避免。经真空热处理后,工件尺寸基本不变形且韧性好,硬度高,使用寿命比原来提高4倍以上。
3.热处理过程
(1)等温退火一般情况下,CrWMn钢锻造后,只要经过等温退火就可以获得良好的球状组织。其工艺为:770~790℃加热,保温2~3h,以小于或等于30℃/h冷至680~700℃等温4~5h,然后以小于或等于30℃/h炉冷至500℃出炉空冷。经等温退火后钢材硬度一般为207~255HBW,珠光体组织为1~5级(按GB/T 1299-2000《合金工具钢》第一级别图),不但降低了硬度,也改变了机械加工性能。
(2)去除应力退火 其工艺为640~660℃加热,保温2~3h,炉冷或空冷,经去除应力退火后可以减小或消除机械加工内应力。
CrWMn钢滚丝模等温退火、去除应力退火工艺见图2-53。
(3)真空淬火、回火 根据工件尺寸及热处理要求,选择ZC2-65型双室真空炉进行滚丝模的淬火、回火处理。该设备有效加热区尺寸为600(长)mm×400(宽)mm×300(高)mm,工件最大装载量为100kg,选择栅格型不锈钢料框[500(长)mm×300(宽)mm×100(高)mm],每炉最多可装载工件18个。
CrWMn滚丝模真空淬火、回火工艺过程(见图2-54)如下:
1)处理前准备
①熟悉被处理工件的材质、工艺技术要求,对工件表面进行检查,工件表面应无碰伤、锈斑及不允许的表面缺陷。
②对设备进行开炉前检查,如阀门、水压等,使设备处于正常状态。
③对工件及工装夹具进行清洗、烘干。
2)工件热处理操作
①打开前炉盖,将工件、料筐送入冷却室,关闭前炉盖。
②合上电源开关,在检测过炉内真空度后,依次起动机械真空泵、机械增压泵,对加热室、冷却室同时抽真空。
③当冷却室、加热室真空度趋于一致,并在13.3Pa以下时,打开真空隔热门,将工件随料筐送入加热室,关闭真空隔热门。
④当炉内真空度到6.67Pa以下时,接通加热电源,升温加热。注意真空炉加热时间比空气炉长一倍,对加热温度900℃以下的工件,须在600℃左右进行预热,再升至加热温度。工件加热保温时,根据装炉量大小确定保温时间(60~100min)。工件在加热过程中,炉内真空度一般保持在1.33Pa左右。
⑤加热保温阶段结束时,打开真空隔热门,将工件随料筐转移至冷却室,关闭真空隔热门;同时打开回充氮气向冷却室充入体积分数为99.999%的氮气,使冷却室压力达到6.65×10
4Pa,起动真空淬火油搅拌装置,将工件随料筐沉入真空淬火油中冷却。
⑥工件淬火后清洗干净再送入炉内进行回火,当炉内真空度达到1.33Pa时,向炉内通入体积分数为99.999%的氮气,到达6.65×10
4Pa压力后采用电风扇循环,并保持至回火过程结束。
3)质量检验:检查工件外观,不允许有碰伤、裂纹和明显氧化色,用洛氏硬度计检测工件硬度。