围带冲模是汽轮机生产中的重要模具之一。多年来，我厂一直使用Cr12钢制造凸凹模，并采用传统的热处理工艺。由于Cr12钢的碳化物分布不均匀，淬火后组织粗大，强韧性低，模具在工作时刃口经常崩落。后选用Cr12MoV钢，淬火硬度为58～62HRC，其性能较Cr12钢有所改善。但由于该钢属莱氏体钢，原始组织有较多的残留碳化物且碳化物偏析严重，所以要进行适当的预处理和最终热处理，以确保凸凹模的精度和使用寿命。
1 预处理工艺改进
预处理的目的是为了改善钢材原始组织，降低其硬度，便于切削加工，同时为最终热处理作准备。预处理后原始组织中的片状碳化物成为均匀的球状，既改善了钢的切削加工性能，又增加了钢的淬透性。
原采用常规球化退火工艺：860℃×4h，炉冷至700℃×6h，再炉冷至550℃出炉空冷，但效果并不理想。这是由于球化退火温度较低，几乎不能改变大量先共析碳化物的分布大小和形状，又由于围带冲模凸凹模的尺寸不大，锻造后空冷相当于一次淬火，形成马氏体＋残留奥氏体组织，而不是片状珠光体＋碳化物组织，对其施行常规球化退火，实际上相当于一次高温回火。
现采用高温固溶淬火＋高温回火的球化预处理工艺，其工艺曲线如图1所示。在较高温度下进行奥氏体化，可以使碳化物及合金元素更加充分地溶解；奥氏体化后，不是炉冷，而是淬入沸水冷却，这样形成了许多晶体缺陷和亚结构，在以后的750℃保温中，有利于碳化物的高度弥散析出，从而使球化过程加速。经该工艺处理后的Cr12MoV钢制件获得索氏体组织，其比容与其最终淬火后获得的组织（马氏体＋残留奥氏体）的比容非常接近，减少了由于淬火前后组织的比容差而产生的组织变形。同时经高温回火消除了粗加工中产生的残余应力，这对减小模具最终热处理变形也有好处。 UG网，首选ugproe.com
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图1 Cr12MoV钢高温固溶淬火＋高温回火
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2 最终热处理工艺
凸凹模最终热处理工艺曲线如图2、3所示 Proe网 ugproe.com
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图2 Cr12MoV钢凸模热处理工艺 Proe网 ugproe.com |
图3 Cr12MoV钢凹模热处理工艺 Proe网 ugproe.com |
淬火加热温度是决定高铬钢模具胀缩变形趋势的主要因素，提高淬火温度，模具变形趋于收缩；降低淬火温度，模具变形趋于膨胀。由于凸模一般要求微胀而避免收缩，应取较低淬火温度900℃；而凹模型腔要求微缩，应取较高淬火温度970℃。
Cr12MoV钢冲模淬火时可在不影响淬透性的前提下，通过改变冷却速度来调节体积的胀缩趋势。由“C”曲线可知奥氏体最不稳定区为350℃～550℃，因此需要以大于临界冷速vK的冷却速度冷却。为减小模具在高温区的冷却速度，以防止由于急冷而产生的热应力变形，采用预冷（模具截面厚度不同，预冷温度也不同，图示为厚30～40mm的凸凹模预冷温度）然后淬入不同温度的热油中进行冷却，冷至油温后再空冷，淬火后变形大为减小。模具淬火后，未冷至室温时，立即进行回火，两次回火后，仍有部分残留奥氏体在Ms～Md温度范围内受力时，会发生形变诱发马氏体相变，即在冲裁模工作时，凸凹模之间产生的摩擦使表面形成形变诱发马氏体硬化层，其硬度高，又与基体有致密的结合，满足冲裁模刃口高硬度、高强度和高耐磨性，基体较低硬度和高韧性的要求，避免了或阻止了刃口裂纹的扩展，保证模具的使用寿命。 UG网，首选ugproe.com
