摘 要 一些汽車零部件使用的熱鍛模具和熱沖壓模具由3Cr2W8V鋼和H13鋼制成。經常有幾種整改措施，使用壽命不太高，早期失效，使用壽命進一步提高：①改進鍛后煅燒和淬火工藝，避免網狀結構、環(huán)狀滲碳體和部分滲碳體的收縮；②進行預備處理，優(yōu)化滲碳體，使其聯合分布；③調整熱處理和同火加工工藝，獲得強化基材；④采用優(yōu)良的表面強化解決方案，提高耐磨性，不危害耐熱疲勞性；⑤適當使用新材料，充分發(fā)揮新材料的良好特性。

　　關鍵字 熱作模具 產品壽命 煅造淬火 淬火和回火 表層處理

　　汽車零部件中使用的一些熱模具存在一些問題，如材料選擇、煅燒和熱處理工藝，然后在服務期間出現異常干裂和損壞，導致早期故障。這種損壞占正常無效模具的40%％之上。對于3Cr2W8V鋼和H13鋼熱作模具鋼存在的一些實質性問題，根據其無效方法分析其原因，提出一些整改措施。

　　1 研磨機毛胚煅燒淬火工藝

　　3Cr2W8V熱作模具鋼，其碳含量僅為0.3-0.4％，由于含有較多的合金成分，相平衡中的勻晶點偏移屬于過分析鋼類型，鋁合金滲碳體較多，如煅燒和淬火工藝不合理，經常發(fā)生帶條狀滲碳體裝飾分析或一些網狀結構滲碳體沿位錯誤分析，滲碳體在這種狀態(tài)下遍布，必然會導致磨具早期失效[1-4]。

　　煅燒水平的不足主要體現在鍛造噸、控制模塊加熱不均勻、鍛造不透明，很少保證工藝標準，導致部分大中型控制模塊表面芯部門和性能差距較大，有時為了抓住進度，鍛造環(huán)境溫度較低，導致微裂紋，嚴重影響使用壽命。

　　鍛造后淬火是一個非常關鍵的步驟，但鍛造廠不夠重視，有時甚至被鍛造后的冷卻所取代，很少檢查鍛造合金成分，只有在磨削加工的強度范圍內，才能得到認可，使控制模塊內部結構保持鍛造后的一些不良機構，導致產品壽命高、低、極不穩(wěn)定。

　　對一批汽車前輪殼鍛造模具胚胎抽樣檢查合金成分，發(fā)現鍛坯表面晶粒不均勻，部分位置保持彎曲狀態(tài)，表明停鍛溫度低，加工硬化不完整，基底為奧氏體，位錯聚碳體，鍛坯芯，奧氏體強，位錯滲碳體環(huán)鏈，周圍有屈氏體機構。這類機構表明，鍛坯根本沒有去應力退火解決方案，鑄鋼件通過去應力退火解決，機構大大改善，但由于不能鍛造，芯仍有大量的小滲碳體，劃分不均勻。不難看出，煅燒和淬火在提高磨具的使用壽命方面起著非常重要的作用。瑞典Assaba制造的8407鋼（相當于H13）選擇鍛造后淬火機構的評級標準，超過一定等級的不合格產品。不難看出，煅燒和淬火在提高磨具的使用壽命方面起著非常重要的作用。瑞典Assaba制造的8407鋼（相當于H13）選擇鍛造后淬火機構的評級標準，超過一定等級的不合格產品。不要出廠，在磨具冷拉前―消除了一些劣質材料，防止了大量的施工時間和精力資金，如冷拉成型、熱處理工藝等。

　　2 預備處理(又稱優(yōu)化解決)

　　熱作模具鋼基本上是鋁合金含量高的過分析鋼，煅燒后不可避免地會留下多少小塊滲碳體，分割不均勻。為了保證熱處理和淬火前滲碳體細微勻稱，希望通過熱處理工藝進行改進。目前的鍛后球比淬火工藝使3Cr2W8V困難、H13類鋼的滲碳體已經完全改善，因此必須進行詳細的準備，以實現上述規(guī)定。瑞典人首先明確提出了所謂的“組織處理”，包括上述內容，但其加工過程是保密的，經過大量的試驗研究，認為加熱溫度必須超過必要的臨界壓力，以便不均勻分布大部分強滲碳融化，固體溶解處理，然后高速制冷，避免強滲碳沉淀，但空氣冷卻后，使基材為奧氏體或貝氏體組織強度很高，不方便研磨加工，該部門在最終熱處理中容易產生遺傳效應，使粗晶體獲得基因遺傳，降低延展性，因此固體溶解處理后，加上回火處理，回火溫度以研磨加工所需的強度類別為標準，隨著回火溫度的升高，最終熱處理后可減少奧氏體顆粒，因此，3Cr2W8V鋼和H13鋼的預備處理應由具有足夠強加熱溫度的固溶處理、空氣冷卻和足夠強的回火溫度組成。前輪殼鍛模3Cr2W8V鋼的優(yōu)化加工工藝。

　　3 淬火和回火解決方案

　　熱模鋼將需要良好的熱強度性能、強耐熱疲勞性能和綜合性能，許多材料表明3Cr2W8V鋼淬火溫度范圍較廣，從1000℃到1200℃，H13鋼為10301100℃，可適當調整實際磨具和實際規(guī)定特性。

　　研究發(fā)現，在一定的環(huán)境溫度下，在奧氏體晶粒生長不明顯的前提下，適當提高淬火溫度是非常有益的。

　　研究發(fā)現，在一定的環(huán)境溫度下，在奧氏體晶粒生長不明顯的前提下，適當提高淬火溫度是非常有益的。

　　(1)提高奧氏體碳和合金成分的熱處理，提高基材的硬度和韌性。

　?。?）減少產能過剩的滲碳體，減少規(guī)格，減少滲碳體和基底頁面，熱疲勞裂紋源，發(fā)芽困難，減少各熱疲勞循環(huán)系統(tǒng)產生的塑性應變幅度，阻礙裂紋擴展，提高耐熱疲勞性能。

　　(3)固溶碳和合金成分的增加緩慢了奧氏體的淬火變化，提高了淬火的抵抗力。

　　(4)按Kraff公式計算:KIC=E(2×3.14Dt)1/n，由于高溫淬火，奧氏體晶粒略大，產能過剩降低，滲碳體中間平均間距DT擴大，KIC值也增加，優(yōu)化了模具鋼的沖擊韌性。但要防止高溫淬火出現明顯變形、晶粒粗大、回火脆性提高等不良情況?；鼗饻囟鹊倪x擇也起著至關重要的作用。它主要根據模具的最終強度要求進行選擇。對于大多數熱作模具，強度規(guī)定為46―在50HRC中間，回火溫度的選擇也與淬火溫度有關，如3Cr2W8V鋼，強度為46―50HRC時，選擇1070℃熱處理時，回火溫度應考慮在580-610℃，如果淬火溫度為1100℃，最好是5900℃―620℃。對于具有相對較高斷裂韌性的磨具，應適當調整淬火溫度或回火溫度，繞過沖擊值最小區(qū)域，但淬火溫度的適當增加有利于KIC值的提高，KIC值往往與模具的初始破裂阻力相匹配，低KIC值導致磨具的初始破裂。許多科研人員認為，從熱作模具的應用來看，回火溫度選擇在600℃左右，甚至更高。此時，高溫淬火往往優(yōu)于超低溫熱處理。

　　4 表面強化解決方案

　　根據表面強化方法，磨具表面形成一層強化層。這種強化層實際上比基材具有更高的硬度和韌性，并與基材結合牢固，不易脫落。

　　4 表面強化解決方案

　　根據表面強化方法，磨具表面形成一層強化層。這種強化層實際上比基材具有更高的硬度和韌性，并與基材結合牢固，不易脫落。

　　表面強化方法包括離子滲氮、蒸汽軟氮化、火花放電熔化、蒸汽處理等，主要用于離子滲氮。在離子滲氮工藝中，選擇低氮勢(％N2)能抑制ε由相化合物引起，得到非常薄的γ‘，單相電化學層或只有擴散層的離子滲氮層，我們的高頻淬火層不僅硬度高，而且具有一定的延展性，在整個熱疲勞過程中非常容易發(fā)芽裂紋，即使一旦裂紋會在裂紋擴展中，獲得當地應力松弛，使擴展緩慢或阻力終止，從而提高耐熱疲勞性能。低氮勢離子滲氮處理磨具的使用壽命大大提高。例如，在AMP50xh快速鍛造機中生產汽車齒坯的熱沖針使用壽命提高了兩倍多，汽車前輪殼熱鍛模的使用壽命也提高了20倍％左右。選擇火花放電熔化方法，可使磨具表面熔化一層硬合金刀具化學物質，與基材冶金結合，非常堅固，高溫耐熱性和耐化學性好，由于熱膨脹系數小，在磨具熱疲勞環(huán)節(jié)，表面應力小，有效提高耐熱疲勞性能，熔化處理前輪殼鍛造模具，使用壽命提高20％但由于熔滲是手工制作的，因此，目前只適用于工作臺面較小、外觀簡單的磨具。

　　5 新型熱作模具材料的特點

　　選擇模具鋼是制造高質量使用壽命長模具的前提。不合理的材料選擇也是磨具早期失效的原因之一。近年來，世界各國開發(fā)設計了許多新的熱模具鋼，如國內外H10A、QR080、QR090、H26、DH21、YHD3、6F4，中國有Y4、Y10、HM1、HM3、GR、FR8、5Cr2、TM等。

　　大多數新材料具有合金成分低、熱強度好、耐熱疲勞性好、韌性強的特點。對于一些外觀復雜、加工工藝繁瑣、加工時間長的磨具，應開發(fā)和使用一些新型模具鋼。

　　大多數新材料具有合金成分低、熱強度好、耐熱疲勞性好、韌性強的特點。對于一些外觀復雜、加工工藝繁瑣、加工時間長的磨具，應開發(fā)和使用一些新型模具鋼。

　　在選擇材料后，還應討論科學合理的鑄造工藝和熱處理方法，以充分利用新材料的潛在優(yōu)質特性。

　　ER8鋼用于汽車齒輪熱沖壓模具后，使用壽命比H13鋼強，特別是在高溫作業(yè)中，具有一定的抗沖擊價值和較寬的熱沖擊特性，ER8鋼優(yōu)于H13和3Cr2W8V鋼。

　　綜合以上分析，可以看出，與我國模具制造材料選擇、材料技術和工業(yè)發(fā)達國家相比，仍存在顯著差異，這也是模具制造使用壽命低的重要原因之一。努力開發(fā)和設計模具鋼類型，營銷和推廣新材料，擴大材料選擇表面，提高原材料的純度和對稱度，提高熱加工，完善檢測標準，完善控制模塊規(guī)格型號，減少二次加工，嚴格遵守熱處理工藝全過程，提高質量控制等，是提高產品壽命的幾種關鍵對策。

　　論文參考文獻

　　[1]黃 鄭，科學研究熱作模具鋼的使用壽命，博士論文，上海大學，1998

　　[2]上海、科技出版社、1984年史美旅、常用模具鋼熱處理工藝特點

　　[3]北京機械工業(yè)出版社馮曉曾，模具鋼和熱處理工藝，1982

　　[4]王德文、朱雅年，磨具新技術200例，北京冶金工業(yè)出版社，1990年

　　創(chuàng)作者：孫保良 馮正輝 江 震(上海匯眾汽車制造有限公司)、朱雅年 魏馥銘 黃崢(上海大學)