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W18Cr4V高速工具钢高强度高硬度耐磨白钢热处理工艺及用途
W18Cr4V高速钢锻造以后必须经过球化退火,有利于切削加工。返修工件在第二次淬火前也要进行球化退火。否则,第二次淬火加热时。晶粒将过分长大而使工件变脆。
W18Cr4V冷压毛坯软化处理工艺,采用上限温度加热,分段等温,再附加等温回火过程。
W18Cr4V高速钢在淬火时要进行两次预热,原因在于高速钢中含有大量合金元素,导热性较差,以免引起工件变形或开裂,特别是大型复杂工件则更为突出。通过事先预热,可缩短在高温处理停留时间,减少氧化脱碳及过热的危险性。
W18Cr4V高速钢的淬火工艺比较特殊,即经两次预热,高温淬火,然后再进行三次高温回火。生产中必须严格控制淬火加热及回火温度,淬火、回火保温时间,淬火、回火冷却方法。如果控制不当,易产生过热、过烧、萘状断口、硬度不足及变形开裂等缺陷。油韧性处理可高该钢的塑性。
W18Cr4V第一次预热可烘干工件上的水分,第二次预热可使索氏体向奥氏体的转变在较低温度内发生。
W18Cr4V高速钢中含有大量难溶的合金碳化物,淬火加热时,温度必须足够高,才可使合金碳化物溶解到奥氏体中,淬火之后马氏体中合金元素的含量才足够高,钢才会具有高的热硬性。对高速钢热硬性影响最大的合金元素是W、Mo及V,只有在1000℃以上时,其溶解量才急剧增加。当温度≥1300℃时,各元素的溶解量虽然行业增加,但奥氏体晶粒则急剧长大,甚至在晶界处发生熔化现象,致使钢的强度、韧性下降。对高速钢来说,合适的晶粒度为9.5~10.5级。
W18Cr4V淬火温度对该钢的性能影响较大,淬火温度上升,则耐磨性、抗压性、热稳定性提高,钢的韧性随温度的下降而增高。1230~1250℃淬火加热出现抗弯强度的峰值,在550~570℃回火后具有最佳的综合力学性能。表面脱碳层还明显地加剧该钢淬裂和磨裂敏感倾向。
W18Cr4V淬火冷却通常在油中进行,但对形状复杂、细长杆状或薄片零件可采用分级淬火和等温淬火等方法。分级淬火后使残留奥氏体的体积分数增加20%~30%,使工件变形、开裂倾向减小,强度、韧性提高。油淬及分级淬火后的组织为马氏体+碳化物+残留奥氏体。等温淬火以后,与分级淬火相比,其主要淬火组织中除马氏体、碳化物、残留奥氏体,还含有下贝氏体。等温淬火可进一步减小工件变形,并提高韧性。
W18Cr4V进行分级淬火时,如果在分级温度停留时间过长,就可能大量析出二次碳化物。等温淬火所需时间一般较长,随等温时间不同,所获得的贝氏体数量不同,在产生中通常只能获得体积分数为40%的贝氏体,而等温时间过长可显著增加残留奥氏体量。这需要在等温淬火后进行冷处理或采用多次回火来消除残留奥氏体,否则将会影响回火后钢的硬度及热处理质量。
W18Cr4V为了消除淬火应力、稳定组织、减少残留奥氏体量、达到所需要的性能,高速钢一般要进行三次560℃的高温回火处理。高速钢的回火转变比较复杂。在回火过程中马氏体和残留奥氏体发生变化,过剩碳化物在回火是不发生变化。
软化退火规范
退火温度860~880℃,保温2h,再以20~30℃/h的冷速随炉冷却到(750±10)℃×2~3h,缓冷到≦650℃,出炉空冷。处理前硬度≦255HBW,处理后硬度≦229HBW。
普通退火规范
840~860℃×2~3h,以20~30℃/h的冷速冷却至730℃×5~6h等温,随炉冷却的500~600℃,出炉空冷。退火周期很长,时间达20~40h或者10~25h。
等温球化退火规范
850~870℃×3~4h,炉冷740~760℃×4~5h,硬度≦241HBW,共晶碳化物等级≦3级。
等温退火规范
退火温度860~880℃,保温2h,炉冷至740~760℃,保温2~4h,再炉冷至500~600℃,出炉空冷,硬度≦255HBW。
快速退火规范
工件随炉升温到600~650℃,以20~40℃/h的加热速度继续升温至880~900℃,保温0.1~0.3h,再以40~60℃/h的冷却速度炉冷至780~800℃,然后按30~40℃/h的冷却速度炉冷至600~650℃,出炉空冷。
快速退火可代替常规退火工艺用于高速钢铸造毛坯、焊接毛坯和返修工具淬火前的退火,显著缩短热处理周期,减少能耗,提高工具的使用寿命20%~30%。
循环退火规范
退火温度上限为840℃,退火下限为680℃,经三次循环退火。钢棒直径为∮20mm时,加热时间为10min。
循环退火可代替普通等温退火,对模具毛坯进行预先热处理,可缩短加热保温时间,细化奥氏体晶粒,改善组织,提高钢的强度、韧性和高速钢焊接工具的强度,有利于消除淬火过热,防止晶粒异常长大形成萘状组织,有利于减少淬火变形和提高性能。
油韧性处理规范
退火以后加热(740±10)℃,回火后油冷,硬度100HRB,冲击韧度21.2J/cm²。
普通淬火、回火规范
淬火温度1200~1240℃,油冷,硬度≧60HRC,回火温度560~580℃。
模具钢淬火、回火规范
预热温度850℃,保温时间24s/mm,淬火温度1260~1300℃,保温时间12~15s/mm,油冷,回火温度560℃,回火三次,每次1h,空冷,淬火、回火硬度≧62。
用作冷作模具钢时,淬火温度1200~1240℃,保温时间15~20s/mm。
低温淬火加回火规范
预热温度:第一次低温(560±10)℃,第二次中温800~850℃,转入高温盐浴中加热,加热温度1250~1260℃,加热时间按10s/mm计算,保温后入(280±30)℃硝盐浴,停留2~5min,空冷到室温,然后在(560±10)℃连续回火三次,每次1.5~2h,硬度62~64HRC。
真空淬火、回火规范
1)预热温度:第一次500~600℃,第二次800~850℃,真空度0.1Pa,淬火温度1000~1100℃,真空度1~10Pa。油或N²气冷却,回火温度180~220℃,硬度58~62HRC。
2)预热温度:第一次500~550℃,第二次800~820℃,真空0.1Pa,淬火温度1240~1300℃,真空度1~10Pa,油或N²气冷却,回火温度540~600℃,硬度62~66HRC。
气体渗氮和气体氮碳共渗规范
1)技术要求:硬度﹥1000HV,渗层深度0.03~0.05mm,渗氮温度540℃,气体比例:氨气30%,载气(RX气)70%,氨分解率30%~40%,保温时间3h。用于冷挤模、冲载模。
2)技术要求:硬度﹥1000HV,渗层深度0.05~0.07mm,渗氮温度540℃,气体比例:氨气40%。载气(RX气)50%,氨分解率30%~40%,保温时间5h。用于拉深模、弯曲模。
气体氮碳共渗+去氢处理
1)在RJJ-35-9T井式电炉中进行模具氮碳共渗:560℃×4.5~5.0h,NH³0.45~0.6m³/h,甲醇60~70滴/min,出炉油冷。
2)去氢处理:250~300℃×2h,氮碳共渗层深度≧0.08mm,表面硬度950HV0.1,心部硬度60~62HRC。
冷挤凸模高温、等温淬火+高温回火规范
预热温度800~850℃,保温时间8min,淬火温度(1260±5)℃,保温时间4min,分级淬火,(280±10)℃×3h等温淬火处理;(560±10)℃×90min×3次回火,空冷。
滚丝模推荐处理工艺
840~860℃预热,保温时间按40s/mm计算,1220~1240℃加热,加热时间按20s/mm计算。先于580~620℃分级(按20s/mm计算),再入260~280℃硝盐中等温2.5h,580~585℃×1h+550℃×1h×2次回火。硬度61~62HRC。
强韧化热处理规范
600℃预热,840~860℃预热,保温时间按30s/mm计算;1200℃加热,加热时间按8~15s/mm计算。550~570℃等温(按30s/mm计算),空冷,550℃×1h×3次回火。硬度59~61HRC。
贝氏体等温淬火
810~830℃预热,保温时间按20s/mm计算,1230~1250℃加热,加热时间按10~15s/mm计算;淬入810~830℃盐浴中5~8s,在260~300℃等温3h,空冷至室温,(560±10)℃×1.5h×4次回火。硬度62HRC。
低温淬火+高温回火
850~860℃预热,保温时间按30~40s/mm计算,盐浴炉加热,淬火温度1240~1250℃,保温时间按6~10s/mm计算,盐浴冷却温度580~620℃,保温2h,580~590℃×1h,550℃×1h×2次回火。硬度62~62.5HRC。
冲孔模增碳淬规范
选用粒度5~10mm的木炭,加入Na²CO³(木炭于Na²CO³比例为9:1)
充分混合,将冲模直接插入渗碳箱内,密封后500℃入炉,升温至820℃保温1h,然后加热至1000℃保温2h。
最后加热至1150~1160℃,短时保温,开箱淬入热油,在200℃左右出炉(出油时掌握工件只能冒烟不能燃烧),带温于560℃进行90min三次回火。
W18Cr4V首先来说肯定适用于冷挤压冲头,重载冷镦冲头中、厚(10~25mm)钢板冲孔冲头,直径﹤5~6mm的小冲头。
W18Cr4V高速钢同时也可用于各种冲载奥氏体钢、弹簧钢、高强钢板的中、小型冲头。
W18Cr4V用于制作钢件冷挤压凸模时,硬度选用62~64HRC。
W18Cr4V用于制作挤压温度﹥400℃的温挤压模中的凸、凹模时,硬度分别选用60~62HRC、62~64HRC。
W18Cr4V用于制作不锈钢拉深模的凸模,要求硬度选用62~64HRC。
W18Cr4V用于制作铝件冷挤压模,凸模硬度推荐选用60~62HRC,凹模硬度推荐选用62~64HRC。
W18Cr4V用于制作铜件冷加压模凸模,推荐选用硬度62~64HRC。
W18Cr4V采用Cr6WV、Cr12MoV模具钢、Cr12模具钢等钢制作的冲头,硬度为61~66HRC,其使用寿命仅数十,就呈现镦粗以后的断裂失效,在改用W18Cr4V高速钢制作冲头以后,其使用寿命高于3000次。
W18Cr4V粉末冶金压模和各种小型高使用寿命冷冲剪工具等。
W18Cr4V可以用于制作在≦600℃工作的模具、工具。
W18Cr4V冷镦M10~M24螺母的五工序冲孔冲针,使用寿命较低,采用强韧化热处理规范,每件冲针可冲孔1.3万件以上。
W18Cr4V用于制作冲制电池锌同的冲棒,采用常规淬火、回火工艺,每根冲棒只能冲2万次,而改用低温淬火+回火+气体氮碳共渗工艺后,单头可冲6万支以上,双头可冲10支以上,比常规工艺处理的冲棒提高使用寿命3~5倍。
W18Cr4V冷挤凸模采用高温淬火等温+高温回火规范,模具使用寿命有过去的几百件提高到3万见以上。
W18Cr4V冷挤压启动机齿轮模具,采用贝氏体等温淬火,模具使用寿命由几百件提高到几千件。
W18Cr4V冷挤压凸模经1280℃,在260℃硝盐中等温4h,再空冷,并进行正常回火三次。凸模硬度为62~64HRC,贝氏体55%(体积分数),马氏体35%(体积分数)。凸模使用寿命可提高1~2倍。
W18Cr4V低温淬火+高温回火用于12000kW发电机磁轭方推刀的热处理,该模具截面尺寸(45mm×70mm)~(45mm×70mm),长度320~600mm,切削部分硬度60~64HRC,导向部分长度为80~100mm,硬度40~45HRC。淬火过程中,预热时导向部分朝上,将整个工件侵入盐浴中,淬火加热时,导向部分露出盐浴。
W18Cr4V用于高速耐热耐磨刃具、模具、轧辊。
W18Cr4V用于整体淬硬型塑料模具。
W18Cr4V冲模经增碳淬火处理后,表面碳的质量分数增至0.9%~1.0%,使用寿命比未经增碳处理的冲模提高一倍。