低碳马氏体在热作模具中的应用

热作模具钢经高温加热可使钢中的合金碳化物大量溶入奥氏体中，提高了基体的热强性和热稳定性，同时，相应地提高回火温度，可使组织中板条马氏体的份额有大幅度增加，断裂韧度和小能量多冲寿命有所提高。如果加热温度选择适当，则冲击韧度和塑性仍能保持在一定水平上，从而可使热作模具的使用寿命大幅度提高。因此，目前热作模具的淬火加热温度有向高温发展的趋势。热作模具钢的另外一个发展趋势是降碳、低碳化。目前有的国家已在热作模具钢标准中列入了低碳马氏体钢(≤0.25%C)。例如，美国H25钢(≤0.25%C)、德国21CrMo10钢(0.16%～0.23%C)、法国20MoNi34.13钢(0.18%～0.23%C)等。对于形状简单，生产批量小和交货期短的产品零件，可以选用低碳合金结构钢，特别是高温强度好、抗蠕变性能好的20CrMo，20CrMnMo等含Mo的低碳低合金耐热结构钢制造热作模具，直接进行低碳马氏体强烈淬火。

(1)3Cr2W8V钢热作模具的高温淬火　3Cr2W8V钢热作模具采用高温淬火和高温回火工艺处理后，可获得更多的板条马氏体组织，有较高的回火稳定性、高温强度、高温耐磨性和热疲劳性，可显著提高模具寿命。用3Cr2W8V钢制M12×50的圆柱螺柱(材料为40Cr)热锻模，采用1180℃加热淬火，640℃×2h×2次回火后，可以得到90%以上的板条马氏体，平均使用寿命由3000～5000件提高到3～4万件。

(2)5CrNiMo钢锤锻模的高温淬火　5CrNiMo钢制作的480mm×450mm×295mm的锤锻模，原热处理工艺为860℃×5h油淬和500℃×10h回火，硬度为42HRC。锻打齿轮毛坯2500件时，锻模便发生塑性变形，需修模后方可继续使用。改用新工艺，900℃×5h油淬，500℃×10h回火，硬度为43HRC，锻打同样的齿轮毛坯8100件仍可继续使用。国内其他工厂的试验表明，将淬火温度由860℃提高到960℃，锻模的使用寿命能够提高2.5倍。

(3)热作模具高温双重淬火处理　4Cr5MoSiV1钢高温双重淬火工艺为：1160℃淬火+720℃回火+1050℃淬火+350℃回火。双重淬火可减小未溶碳化物尺寸和体积分数，使碳化物颗粒间距增大。当第二相颗粒平均间距增大时，可使断裂韧度增大。高温淬火可显著减少孪晶马氏体，增加位错马氏体，使模具具有高的断裂韧度。因此，高温双重淬火与普通淬火(1020～1050)℃相比，断裂韧度可提高30%～40%，有利于提高热作模具钢的疲劳裂纹的扩展抗力和热疲劳开裂的抗力，使模具具有最佳的热疲劳性能，从而提高热作模具的使用寿命。

(4)20Cr钢热锻模的低碳马氏体强烈淬火　拉索冷铸锚杯索节扣体是斜拉桥关键受力固定端件，技术要求必须是模锻件。由于合同订货数量仅88件，因此采用强韧性高、耐冲击、有一定热强性的20Cr钢制造索节扣体热锻模。其加工工艺流程为：下料—锻造—锻造余热正火(形变正火)—粗加工—淬火、回火—精加工。热处理工艺为：920℃加热，10%NACL盐水淬火，430℃回火。该工艺不仅消除淬火软点，提高模具淬透性，而且可以提高模具屈服强度和冲击韧度，保证模具使用寿命。经上述工艺处理后的索节扣体热锻模，平均硬度40HRC，金相组织为较细板条马氏体，圆满地完成了合同任务。

(5)Q345B钢铆焊热锻模的低碳马氏体强烈淬火　XKJ44.5mm～48mm大型体育场馆斜拉钢丝缆索浇铸接头体是模锻件(质量98.5KG)，由于批量仅40件，选用厚度40mm的Q345B钢板，采用铆焊的工艺方法，将7层板制成400mm×400mm×290mm的热锻模。工艺流程为：下料—钻孔—铆接—焊接—机加工—淬火—钳修。经箱式炉950℃快速加热(20s/mm)，盐水深冷淬火冷却，不回火直接使用。模具平均硬度46HRC，完成40件后，仍能继续使用。

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