C | W | Mo | Cr | V | N |
1.21 | 11.88 | 2.95 | 4.00 | 2.87 | 0.075 |
一、模具新钢种——超硬型高速钢
二、V3N成分及性能特点
- 高C: C对冷作模具钢的强韧性、耐磨性有决定性的影响。含碳量增加,则抗压强度及耐磨性增加。因此,抗冲击及高强韧冷作模具钢含碳量较高。
- 高V: V强烈细化晶粒,强烈提高耐磨性、红硬性及二次硬化能力。但含量过多会明显恶化可锻性及磨削性。
- 含N:N可细化晶粒,又有析出强化的作用,且机械性能及焊接性能都较好。
三、V3N钢模具的加工工艺
- 锻造
- V3N钢含有大量的一次碳化物和二次碳化物,若保留在淬火组织中,将急剧降低模具所有寿命。只有通过对原材料改锻,击碎碳化物,才能使其呈细小、均匀的形貌分布于钢基体,提高整体力学性能。
- V3N钢导热性差,锻坯加热时应充分预热,始锻温度1170℃,终锻温度950℃,设备可采用250kg(小件)和400kg空气锤,开始采用轻锤快打,中间用重锤打,最后慢打轻打,锻后于石棉粉箱中缓冷取出后即进行退火处理。
- 锻后退火
- 可采用等温退火(见图1)或普通退火(见图2)
- 机械加工
- 锻后硬度较高,采用等温或普通退火后,机加可顺利进行,淬火后因工硬度较高,故工件成型磨削难度较大,可采用镨铌刚玉加铬制作的砂轮进行磨削。#p#分页标题#e#
- 热处理工艺
- V3N钢在1220~1230℃淬火时,由于存在未熔碳化物,硬度偏低,系淬火温度不足;在1260~1270℃淬火时,晶粒明显过大,系过热现象。选择1230~1240℃淬火加热温度既能使碳化物和合金元素充分溶解到奥氏体中去,又能保持较细晶粒(10~10级)。
- V3N超硬高速钢模具部件采用1220~1230℃经550℃四次回火(见图3),硬度可控制在HRC64~67,具体可根据零件尺寸的大小从热处理工艺上进行调整,达到硬度和强度较理想的配合,V3N超硬高速钢与强韧性关系如下表2所示。
- V3N 超硬型高速钢淬火后有较多残余奥氏体,据测定约为25%~30%,必须尽量消除减少,为此进行多次高温回火使之发生马氏体转变。进行4次高温回火后,大部分残余奥氏体发生了马氏体转变,产生二次硬化效应。V3N钢二次硬化效应温度比普通高速钢高30~40℃,这一特性十分宝贵,表明V3N钢有更高红硬性。
- 精加工后的深冷处理
- 经深冷处理后,由于残留奥氏体向马氏体转变以及超细碳化物的析出,模具零件硬度和耐磨性将进一步改善,耐磨性可提高40%,既缩短回火时间节省了能量,又明显提高了模具使用寿命。
- 高速钢模具深冷处理工艺过程为:模具除油污→放入保温罐中→少量多次注入液氮(196℃)→保温浸泡2.5h→取出模具迅速放入60~70℃热水中。
性能 | 1200℃ | 1220℃ | 1240℃ | 1260℃ | 1270℃ |
sbb(MPa) | 2900 | 2700 | 2400 | 1900 | 1600 |
ak(J/cm2) | 44 | 36 | 27 | 15 | 10 |
晶粒度(级) | 11 | 10.7 | 10.2 | 9.5 | 9.0 |
四、V3N钢在冷作模具的应用与效果
某厂硅钢片冲模原来都是采用CrWMn、Cr12MoV等铬钢制作的,但由于硅钢等硬面脆,故模具耗损量大,采用V3N钢制作模具,经济效果明显,表3为冲模寿命对比。
材料 | 单位工作日 刃磨次数 |
刃磨一次 的冲数 |
总寿命 | 寿命比 | 模具制造费用 |
CrWMn Cr12MoV |
四次 | 2000-3000 | 3-5万 | 1 | 6000元 |
V3N | 一次 | 4-5万 | 130万 | 20 | 400元 |
五、结语
- V3N超硬高速钢各项性能优良,适合加工冲裁模等冷作模具,寿命显著提高。
- V3N钢热加工工艺较严格,1220~1230℃淬火,550℃4次1小时回火,精加工后再经深冷处理可获得高硬度、高耐磨性和良好的韧性配合,使用过程中还可定期对凹模进行去应力回火以延长寿命。#p#分页标题#e#