低淬透性冷作模具钢

低淬透性冷作模具钢是应用较广的冷作模具材料的一种。冷作模具钢品种繁多,我国研制和使用过的按化学成分、工艺承载能力不同分为低淬透性冷作模具钢，高耐磨、微变形变形冷作模具钢等类型。常用的低淬透性冷作模具钢有T7A、T8A、T10A、T12A及GCr15等。T7A、T8A、T10A、T12A属于碳素工具钢,其中T7A为亚共析钢,T8A为共析钢，T10A、T12A为过共析钢。GCr15是专用的轴承钢,但也常用来制造冷作模具。该钢具有过共析成分,并加入少量铬以提高其淬透性及耐回火性。此类钢的特点是含合金元素少,回火抗力低，淬透性低,硬化层浅，因而其承载能力低,因此此类钢主要用于各种中、小批量生产的冷冲模，以及需在薄壳硬化状态使用的整体式冷镦模、冲减工具等。

常用低淬透性冷作模具钢的热处理工艺碳素工具钢退火、正火工艺经锻造后的碳素工具钢模具毛坯一般需等温球化退火,以细化组织,降低硬度,便于切削加工,为淬火作准备。

若退火前钢中存在较严重的网状渗碳体,则应先正火处理,消除网状渗碳体。若渗碳体网状不太严重,则不一定先正火,只需球化退火时增加保温时间即可。碳素工具钢等温球化退火工艺规范、正火工艺规范见右图。

碳素工具钢淬火、回火工艺碳素工具钢的淬透性低,对于容易淬透型模具可采用较低的淬火温度(760~800℃),对于大、中型模具应高淬火温度,或采用高温快速加热工艺。碳素工具钢的淬火冷却方式有水冷、油冷、分级淬火和双介质淬火等几种。碳素工具钢淬火后存在较大内应力,韧性低,强度也不高,故采用低温回火,以消除残余应力及改善力学性能。碳素工具钢淬火、回火工艺规范见右图。

GCr15钢退火、正火工艺锻造后的GCr15钢模具毛坯也需等温球化退火或正火,以细化组织,降低硬度,为切削加工和淬火作准备。

GCr15钢的锻造性能较好,网状碳化物析出倾向不大,锻造后的组织为细片状珠光体,这样组织不需正火,直接进行球化退火即可。如锻造工艺不当,锻造后出现网状或状条碳化物,由于这两类碳化物不能通过球化退火加以改变,所以必须在球化退火前通过正火处理消除。

GCr15钢球化退火的加热温度为770~790℃,保温时间2~4h,等温温度为690~720℃,退火后的组织为细小、均匀的珠光体,硬度为217~255HBS。

GCr15钢的正火加热温度为900~920℃,冷速不小于40~50℃。冷却方式因模坯大小而异,小型模坯空冷;较大型模坯鼓风或喷雾冷却;大型模坯油冷至200℃后空冷,但应马上球化退火或去应力退火。

GCr15钢淬火、回火工艺GCr15钢淬火加热温度一般为830~860℃,多用油冷,淬火后硬度达63~65HRC。淬火加热温度的高低因模具有效截面尺寸和淬火介质的不同而稍有差别,尺寸较大或用硝盐分级淬火的模具,宜选用较高的淬火加热温度(840~860℃),以获得足够深度的淬硬层及较高的硬度;尺寸较小或用油冷的模具,宜选用较低的淬火加热温度(830~850℃);相同规格的模具,在箱式炉中加热应比盐浴炉中加热温度略高。

GCr15钢采用低温回火,回火温度超过200℃以后,则将进入第一回火脆性区,所以GCr15钢的回火温度一般为160~180℃,回火后硬度为62~64HRC。

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张尉 - 副教授 - 西南大学