温挤压模具热处理工艺研究

曹治国

【摘 要】With the application of warm extrusion technique in small and medium - sized enterprises, highspeed steel W6Mo5Cr4V2, which features high strength, good wear resistance and red hardness, is widely used as a material for warm extrusion mold. According to the char- acteristics of warm extrusion mold and in view of the shortcomings of high - speed steel W6MoSCr4V2, such as thickness of carbide, easy oxidation and decarbonization, and poor toughness, we established a reasonable technical route by applying blank forging technique and vacuum heat treatment.%随着温挤压技术在中小企业应用推广，具有强度高、耐磨性好、热硬性好的高速钢W6MoSCr4V2被广泛用作温挤压模具材料．根据温挤压模具特点和W6M05Cr4V2高速钢碳化物粗大，易于氧化脱碳，韧度较差的缺点，运用毛坯锻造工艺和真空热处理技术，制定出了合理的工艺路线． 【期刊名称】《西安文理学院学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2012(015)003 【总页数】4页(P57-60)

【关键词】温挤压技术;高速钢W6M05Cr4V2;模具材料;热处理技术;工艺路线 【作 者】曹治国

【作者单位】南充职业技术学院机电系,四川南充637000

【正文语种】中 文 【中图分类】TG156.9

随着少、无切削的温挤压工艺和线切割模具加工技术的不断应用，对模具的材料、性能提出了更高的要求.W6Mo5Cr4V2是较广泛采用的温挤压模具钢，属莱氏体钢，具有高淬透性、淬硬性、高的热耐磨性;淬火和抛光后抗锈蚀能力好，热处理变形小;适宜制造高精度、长寿命的温挤压模具，但韧度较差，易于氧化脱碳，引起线切割裂纹和淬火软点和淬火开裂.根据对大量失效模具的分析统计，在引起模具失效［1］的各种因素中，热处理不当约占45%.采用先进和合理的真空热处理新技术是提高模具强度、韧度和耐磨性搭配良好的综合性能的经济而有效的重要措施，提高了模具的使用寿命，将带来更大的经济效益. 1 温挤压模具特点

温挤压模具在挤压成型过程中，要经受高压及变形热的作用，最大单位变形力［2］可高达2 000～2 500 MPa，在连续生产时模具温度可达300℃～500℃或更高.因此，作为温挤压模具应具备如下特点:

1)具有抗室温及中温破坏的足够的硬度、强度与韧性;

2)在反复变形力与热的作用下，必须具有高的抗磨损、耐疲劳性能; 3)所选用的模具材料应有良好的加工工艺性. 2 高速钢W6Mo5Cr4V2的材料特性

W6Mo5Cr4V2高速钢为钨钼系通用高速钢的代表钢号，W6Mo5Cr4V2钢的化学成份［3］如表1.该钢具有碳化物细小均匀、韧性高、热塑性好等优点.但是，这类钢中存在大量共晶碳化物，会使钢的强度、韧度及热硬性降低.另外此类钢易于氧化脱碳，碳含量降低会明显降低钢的淬火硬度、耐磨性、及疲劳性能，高速钢脱碳

会降低红硬性.因此，必须采用合理的锻造工艺和热处理工艺.

表1 W6Mo5Cr4V2的化学成分牌号化学成分C Mn Cr V W Mo S及P W6Mo5Cr4V2 0.80～0.90 0.15～0.40 3.80～4.40 1.75～2.20 5.50～6.75 4.50～5.50 ≤0.03 3 毛坯的锻造工艺

模具钢原材料虽经过开坯、轧制，碳化物有了一定程度的破碎和细化，但仍然不能满足温挤压模具特别是对冲击韧度指标的要求，只有通过改锻的方法才能击碎粗大的碳化物，使其均匀分布，改善碳化物偏析. 3.1 锻造温度的选择

高速钢W6Mo5Cr4V2的力学性能和温度的关系［4］如图1，在1 100℃左右，塑性和韧度最好.当加热温度高于1 200℃以后，伸长率δ和冲击韧度αk都发生急剧地下降，且在锻造时易于开裂.因此始锻温度为1 080℃～1 130℃.当温度低于900℃，抗拉强度增大，而塑性δ和韧度αk都大为降低，锻造过程中硬化现象很严重，变形抗力增大，同时易于出现裂纹和龟裂，因此终锻温度为900℃～950℃. 图1 W6Mo5Cr4V2钢力学性能和温度的关系 3.2 锻造方法

高速钢W6Mo5Cr4V2锻造不仅是为了变形，更重要的是为了变性.为了满足温挤压模具的使用要求，采用变向锻造法.这种锻造方法的特点是不断变换镦拔变形方向，毛坯各部分质点都得到较充分的变形，整个镦拔体积内的碳化物偏析级别也比较均匀，锻造次数对碳化物不均匀性的影响如表2.

表2 锻造次数对碳化物不均匀性的影响锻造次数 锻造前 镦拔一次 镦拔二次 镦拔三次碳化物不均匀级别6～7 5 3 1～2 4 锻后热处理

等温球化退火［5］如图2，加热850～870℃，保温3～4 h，快速冷却到730～

750℃，保温6～8 h，炉冷至550℃以下出炉空冷，是奥氏体向珠光体转变，以获得粒状珠光体组织+碳化物.

等温球化退火的目的消除锻造过程中造成的粗大不均匀组织和魏氏体组织，使晶粒细化，便于机械加工.主要适用于退火周期较长的合金钢，另外等温退火后的珠光体是恒温得到的，锻件能获得内外一致的组织. 图2 W6Mo5Cr4V2等温球化退火的曲线 5 真空热处理

在热处理时，被处理模具零件表面发生氧化、脱碳和增碳等效应，都会给模具使用寿命带来严重的影响.为了防止氧化、脱碳和增碳.

采用真空热处理技术，它特别适合用于模具的热处理工艺.模具钢经过真空热处理后具有良好的表面状态，其表面不氧化、不脱碳，淬火变形小.而与大气下的淬火工艺相比，真空淬火后，模具表面硬度比较均匀，而且还略高一点.真空加热时，模具钢表面呈活性状态，不脱碳，不产生阻碍冷却的氧化膜.真空淬火后，钢的断裂韧度有所提高，模具寿命比常规工艺提高40%以上，甚至更高.模具真空淬火技术在我国已得到较广泛的应用. 5.1 淬火温度的选择

W6Mo5Cr4V2高速钢中含有大量M32C6、M6C和MC型合金碳化物，这些碳化物只有加热至较高的温度才能相续溶解，其中M32C6的溶解温度为950～1 000℃，M6C为1 050～1 230℃，MC为1 200℃.随着淬火加热温度的提高，奥氏体中碳及合金元素含量增多，钢的硬度和红硬性升高.淬火加热温度越高，钢的硬度和红硬性越高，钢的Ms点降低，淬火后残余奥氏体量增多到一定数量后，钢的淬火硬度反而下降.所以，W6Mo5Cr4V2选用1 210～1 230℃淬火. 5.2 回火温度的选择

从室温至270℃首先马氏体中析出ε相，温度升至400℃，ε相转变为Fe3C并进

行聚焦，相应的淬火高速钢的硬度有所下降.回火温度超过400℃时开始生成特殊碳化物.400～500℃主要生成Cr23C6，500～600℃开始析出W2C、Mo2C、VC.由于开始析出的这些碳化物的弥散度很高，这些钢的硬度逐渐升高，650℃左右时硬度达到最高值，所以高速钢采用硬化效果最佳的温度540～560℃. 图3 W6Mo5Cr4V2钢等温淬火工艺曲线 5.3 回火次数的选择

由于高速钢中的残余奥氏体量多，经过一次回火仍有10%左右的残余奥氏体未转变，所以回火一般进行2～3次.第一次回火只对淬火马氏体起回火作用，冷却过程中形成的二次马氏体转变以及与其形成有关的内应力则尚未取消.经过二次回火，可以使二次马氏体回火以及与其形成有关的内应力消除，以及使未转变的残余奥氏体在二次回火冷却过程中继续转变为马氏体.第二次回火又产生新的未回火马氏体和新的内应力，因此还要进行第三次回火. 5.4 真空热处理工艺

W6Mo5Cr4V2高速钢真空热处理工艺［6］如表3和热处理曲线如图3.

表3 W6Mo5Cr4V2真空热处理工艺牌号 预热 淬火温度/(心/℃) 真空度/Pa 温度/℃ 真空度/Pa 回火温度/℃ 硬度/HRC冷却介质W6Mo5Cr4V2一次550～600二次800～850 0.1 1 210～1 230 0.1 高纯氮气540～560 62～66 6 W6Mo5Cr4V2真空热处理与传统热处理比较

真空热处理［7］即真空技术与热处理两个专业相结合的综合技术，是指热处理工艺的全部和部分是在真空状态下进行的.它与普通热处理相比较具有以下优点. 1)不氧化、不脱碳、不增碳，对工件内部和表面有良好的保护作用.传统热处理，钢的氧化脱碳同时进行，脱碳层由于被氧化，碳含量降低会明显降低钢的淬火硬度、耐磨性、及疲劳性能，高速钢脱碳会降低红硬性.如图4所示有脱碳现象发生，深度达0.23㎜.真空热处理由于金属是在一定的真空度下加热，工件避免了与氧气接

触，工件没有氧化，无脱碳，可以得到光亮的表面及较好的热处理质量，同时在真空状态下，也不会发生还原反应，也就不会发生增碳现象.如图5所示碳化物分布均匀［8］，晶粒度可评为10.5级. 图4 W6Mo5Cr4V2电炉淬火图(×500) 图5 W6Mo5Cr4V2真空淬火图(×500)

2)提高整体机械性能、脱气和促进金属表面的净化作用.采用真空加热时，可使金属和合金中的氢迅速降至最低程度，消除氢脆，从而提高材料的塑性、韧性和疲劳强度，提高了工件的整体机械性能.

金属和合金在真空中加热时，如果真空度低于相应氧化物的分解压力，这种氧化物就会发生分解，形成的游离氧立即被排出真空室，使金属表面质量进一步改善，甚至使表面达到活化状态，起到净化作用. 7 结语

W6Mo5Cr4V2高速钢的优良的性能是温挤压模具的理想材料，只要热处理工艺路线和参数选择合理，就能成功生产出温挤压模具.

毛坯锻造工艺和真空热处理技术合理运用，充分挖掘了W6Mo5Cr4V2高速钢的潜能，使温挤压模具质量和使用寿命大为提高，为温挤压技术更加广泛推广奠定了基础.

［参 考 文 献］

［1］ 李元洪，刘丹，孙红星，等.Cr12MoV模具钢强韧化热处理［J］.金属热处理，2010，35(6):119－121.

［2］ 郑伟峰，吴敬权，刘璨，等.316不锈钢高速铣削力正交试验研究［J］.西安文理学院学报:自然科学版，2012，15(1): 20－23.

［3］ 张金凤.模具材料与热处理［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［4］ 洪慎章.实用冷挤压模具设计与制造［M］.北京:机械工业出版社，2010.

［5］ 薄鑫涛，郭海洋，袁凤松.实用热处理手册［S］.上海:上海科学技术出版社，2009.

［6］ 姚艳书，唐殿福.工具钢及其热处理［M］.沈阳:辽宁科学技术出版社，2009. ［7］ 阎承沛.真空与可控气氛热处理［M］.北京:化学工业出版社，2006. ［8］ 周善林，石科学，白新.12%Cr转子钢高温应变疲劳及微观组织研究［J］.西安文理学院学报:自然科学版，2009，12 (4):24－27.