摘 要 一些汽車(chē)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(jīng)常有幾種整改措施，使用壽命不太高，早期失效，使用壽命進(jìn)一步提高：①改進(jìn)鍛后煅燒和淬火工藝，避免網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、環(huán)狀滲碳體和部分滲碳體的收縮；②進(jìn)行預(yù)備處理，優(yōu)化滲碳體，使其聯(lián)合分布；③調(diào)整熱處理和同火加工工藝，獲得強(qiáng)化基材；④采用優(yōu)良的表面強(qiáng)化解決方案，提高耐磨性，不危害耐熱疲勞性；⑤適當(dāng)使用新材料，充分發(fā)揮新材料的良好特性。

　　關(guān)鍵字 熱作模具 產(chǎn)品壽命 煅造淬火 淬火和回火 表層處理

　　汽車(chē)零部件中使用的一些熱模具存在一些問(wèn)題，如材料選擇、煅燒和熱處理工藝，然后在服務(wù)期間出現(xiàn)異常干裂和損壞，導(dǎo)致早期故障。這種損壞占正常無(wú)效模具的40%％之上。對(duì)于3Cr2W8V鋼和H13鋼熱作模具鋼存在的一些實(shí)質(zhì)性問(wèn)題，根據(jù)其無(wú)效方法分析其原因，提出一些整改措施。

　　1 研磨機(jī)毛胚煅燒淬火工藝

　　3Cr2W8V熱作模具鋼，其碳含量?jī)H為0.3-0.4％，由于含有較多的合金成分，相平衡中的勻晶點(diǎn)偏移屬于過(guò)分析鋼類(lèi)型，鋁合金滲碳體較多，如煅燒和淬火工藝不合理，經(jīng)常發(fā)生帶條狀滲碳體裝飾分析或一些網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)滲碳體沿位錯(cuò)誤分析，滲碳體在這種狀態(tài)下遍布，必然會(huì)導(dǎo)致磨具早期失效[1-4]。

　　煅燒水平的不足主要體現(xiàn)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(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致部分大中型控制模塊表面芯部門(mén)和性能差距較大，有時(shí)為了抓住進(jìn)度，鍛造環(huán)境溫度較低，導(dǎo)致微裂紋，嚴(yán)重影響使用壽命。

　　鍛造后淬火是一個(gè)非常關(guān)鍵的步驟，但鍛造廠不夠重視，有時(shí)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(qiáng)度范圍內(nèi)，才能得到認(rèn)可，使控制模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持鍛造后的一些不良機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致產(chǎn)品壽命高、低、極不穩(wěn)定。

　　對(duì)一批汽車(chē)前輪殼鍛造模具胚胎抽樣檢查合金成分，發(fā)現(xiàn)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(cuò)聚碳體，鍛坯芯，奧氏體強(qiáng)，位錯(cuò)滲碳體環(huán)鏈，周?chē)星象w機(jī)構(gòu)。這類(lèi)機(jī)構(gòu)表明，鍛坯根本沒(méi)有去應(yīng)力退火解決方案，鑄鋼件通過(guò)去應(yīng)力退火解決，機(jī)構(gòu)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(dāng)于H13）選擇鍛造后淬火機(jī)構(gòu)的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，超過(guò)一定等級(jí)的不合格產(chǎn)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(dāng)于H13）選擇鍛造后淬火機(jī)構(gòu)的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，超過(guò)一定等級(jí)的不合格產(chǎn)品。不要出廠，在磨具冷拉前―消除了一些劣質(zhì)材料，防止了大量的施工時(shí)間和精力資金，如冷拉成型、熱處理工藝等。

　　2 預(yù)備處理(又稱(chēng)優(yōu)化解決)

　　熱作模具鋼基本上是鋁合金含量高的過(guò)分析鋼，煅燒后不可避免地會(huì)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(xì)微勻稱(chēng)，希望通過(guò)熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。目前的鍛后球比淬火工藝使3Cr2W8V困難、H13類(lèi)鋼的滲碳體已經(jīng)完全改善，因此必須進(jìn)行詳細(xì)的準(zhǔn)備，以實(shí)現(xiàn)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(nèi)容，但其加工過(guò)程是保密的，經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究，認(rèn)為加熱溫度必須超過(guò)必要的臨界壓力，以便不均勻分布大部分強(qiáng)滲碳融化，固體溶解處理，然后高速制冷，避免強(qiáng)滲碳沉淀，但空氣冷卻后，使基材為奧氏體或貝氏體組織強(qiáng)度很高，不方便研磨加工，該部門(mén)在最終熱處理中容易產(chǎn)生遺傳效應(yīng)，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(qiáng)度類(lèi)別為標(biāo)準(zhǔn)，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(yù)備處理應(yīng)由具有足夠強(qiáng)加熱溫度的固溶處理、空氣冷卻和足夠強(qiáng)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(qiáng)度性能、強(qiáng)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(dāng)調(diào)整實(shí)際磨具和實(shí)際規(guī)定特性。

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

　　研究發(fā)現(xiàn)，在一定的環(huán)境溫度下，在奧氏體晶粒生長(zhǎng)不明顯的前提下，適當(dāng)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。

　　（2）減少產(chǎn)能過(guò)剩的滲碳體，減少規(guī)格，減少滲碳體和基底頁(yè)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(chǎn)生的塑性應(yīng)變幅度，阻礙裂紋擴(kuò)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(jì)算:KIC=E(2×3.14Dt)1/n，由于高溫淬火，奧氏體晶粒略大，產(chǎn)能過(guò)剩降低，滲碳體中間平均間距DT擴(kuò)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(xiàn)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(guān)重要的作用。它主要根據(jù)模具的最終強(qiáng)度要求進(jìn)行選擇。對(duì)于大多數(shù)熱作模具，強(qiáng)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(guān)，如3Cr2W8V鋼，強(qiáng)度為46―50HRC時(shí)，選擇1070℃熱處理時(shí)，回火溫度應(yīng)考慮在580-610℃，如果淬火溫度為1100℃，最好是5900℃―620℃。對(duì)于具有相對(duì)較高斷裂韌性的磨具，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整淬火溫度或回火溫度，繞過(guò)沖擊值最小區(qū)域，但淬火溫度的適當(dāng)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(dǎo)致磨具的初始破裂。許多科研人員認(rèn)為，從熱作模具的應(yīng)用來(lái)看，回火溫度選擇在600℃左右，甚至更高。此時(shí)，高溫淬火往往優(yōu)于超低溫?zé)崽幚怼?/p>

　　4 表面強(qiáng)化解決方案

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

　　4 表面強(qiáng)化解決方案

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

　　表面強(qiáng)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?jiǎng)?％N2)能抑制ε由相化合物引起，得到非常薄的γ‘，單相電化學(xué)層或只有擴(kuò)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(gè)熱疲勞過(guò)程中非常容易發(fā)芽裂紋，即使一旦裂紋會(huì)在裂紋擴(kuò)展中，獲得當(dāng)?shù)貞?yīng)力松弛，使擴(kuò)展緩慢或阻力終止，從而提高耐熱疲勞性能。低氮?jiǎng)蓦x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(jī)中生產(chǎn)汽車(chē)齒坯的熱沖針使用壽命提高了兩倍多，汽車(chē)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(xué)物質(zhì)，與基材冶金結(jié)合，非常堅(jiān)固，高溫耐熱性和耐化學(xué)性好，由于熱膨脹系數(shù)小，在磨具熱疲勞環(huán)節(jié)，表面應(yīng)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(tái)面較小、外觀簡(jiǎn)單的磨具。

　　5 新型熱作模具材料的特點(diǎn)

　　選擇模具鋼是制造高質(zhì)量使用壽命長(zhǎng)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(lái)，世界各國(guó)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了許多新的熱模具鋼，如國(guó)內(nèi)外H10A、QR080、QR090、H26、DH21、YHD3、6F4，中國(guó)有Y4、Y10、HM1、HM3、GR、FR8、5Cr2、TM等。

　　大多數(shù)新材料具有合金成分低、熱強(qiáng)度好、耐熱疲勞性好、韌性強(qiáng)的特點(diǎn)。對(duì)于一些外觀復(fù)雜、加工工藝繁瑣、加工時(shí)間長(zhǎng)的磨具，應(yīng)開(kāi)發(fā)和使用一些新型模具鋼。

　　大多數(shù)新材料具有合金成分低、熱強(qiáng)度好、耐熱疲勞性好、韌性強(qiáng)的特點(diǎn)。對(duì)于一些外觀復(fù)雜、加工工藝繁瑣、加工時(shí)間長(zhǎng)的磨具，應(yīng)開(kāi)發(fā)和使用一些新型模具鋼。

　　在選擇材料后，還應(yīng)討論科學(xué)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(zhì)特性。

　　ER8鋼用于汽車(chē)齒輪熱沖壓模具后，使用壽命比H13鋼強(qiáng)，特別是在高溫作業(yè)中，具有一定的抗沖擊價(jià)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(guó)模具制造材料選擇、材料技術(shù)和工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)模具鋼類(lèi)型，營(yíng)銷(xiāo)和推廣新材料，擴(kuò)大材料選擇表面，提高原材料的純度和對(duì)稱(chēng)度，提高熱加工，完善檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，完善控制模塊規(guī)格型號(hào)，減少二次加工，嚴(yán)格遵守?zé)崽幚砉に嚾^(guò)程，提高質(zhì)量控制等，是提高產(chǎn)品壽命的幾種關(guān)鍵對(duì)策。

　　論文參考文獻(xiàn)

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

　　[3]北京機(jī)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(shù)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(chē)制造有限公司)、朱雅年 魏馥銘 黃崢(上海大學(xué))