火焰淬火模具鋼工藝研究及生產應用

火焰淬火模具鋼是為第二汽車制造廠研制開發的新型冷作模具鋼。它是在參照國外火焰淬火模具鋼SX-105V的基本上研制成功的。

    火焰淬火模具鋼7CrSiMnMoV主要用于汽車、機床、電器、儀表等行業作為沖壓鋼板、修邊、沖孔、成型等模具，也可以作膠木模、陶木模、切邊模、切條剪力等模具材料。近年來，又用于機床導軌、壓碎機滾筒用鋼、范圍在逐漸拓寬。該鋼種由于是淬硬鋼，具有良好的強度與韌性的配合，淬火溫度范圍寬，熱處理變形小，易于加工切削，安全可靠，還可以廣泛用于模具的修復。為了滿足用戶對小型棒材和特小型圓棒材的需求，在測定模具鋼7CrSiMnMoV的熱變形工藝參數的前提下，改變了原有工藝，將生產小圓棒材先鍛開坯再軋開坯再成材改為直接軋制成材。

   1  試驗材料和方法

    1.1  試驗室變形抗力測試

    利用自行設計研制的多功能變形抗力測試機，對45鋼、H13、LD（7Cr7Mo2V2Si)、7CrSiMnMoV、Cr12MoV、D2（Cr12Mo1V1)等鋼種進行了變形抗力的測試和研究。利用試樣在高溫狀態下受一定沖擊力的作用而導致變形，并根據鋼號-溫度-軸向變形率曲線，計算其試樣的變形抗力系數和抗氧化燒損率。試驗用φ25、H=40mm的小圓柱試樣共測定了790、800、900、950、1000、1100、1180℃溫度級，外界給定能量為1281.1J，主要測定軸間變形率，其精確定為≤1.0%。

    1.2  實際熱加工試驗方案

   （1）試驗用鋼化學成分（表1）。

   （2）試驗鋼錠軋、鍛開坯加熱工藝（表2）

           表1  試驗鋼成分%

 

元素	C	Si	Mn	P	S	V	Cr	Mo	Cu	Ni	W
成分	0.70	1.03	0.27	0.017	0.011	0.19	0.97	0.25	0.08	0.06	0.04

                 表2  試驗鋼鍛、軋加熱工藝

工序	入爐溫度 /℃	加熱溫度 /℃	總加熱時間 /h	終軋鍛鍛溫度/℃	冷卻
鍛開坯	<900	1160-1180	>6		堆冷
軋開坯	<900	1160-1180	>5		坑緩
坯軋成材	<900	1160-1180	>2	850-900	砂緩

（3）檢驗
    試樣取樣數量：斷口試樣3個；退火硬度試樣3個；淬火硬度試樣2個；脫碳層試樣3個。
    110mm方軋（坯）材檢驗要求：按試協189-96執行。
    2  試驗結果和分析
    2.1  試驗鋼變形抗力結果和分析
     用試樣在高溫受力后軸間變形率和相對45鋼的變形因數來表示試驗鋼的變形抗力，試驗結果見表3和表4?？梢?。7CrSiMnMoV模具鋼與其它鋼種的變形抗力在800?1180℃范圍內（即鍛、軋加工變形范圍）隨溫度的升高而降低（軸間變形率增加）。7CrSiMnMoV鋼的變形抗力僅略高于45鋼，在900?1000℃的范圍內幾乎與45鋼接近，所以，7CrSiMnMoV鋼具有良好的熱加工性能，同時7CrSiMnMoV鋼的終軋（鍛）溫度可適當降低，即控制在850℃左右為宜。
                   表3  溫度?鋼號?軸間變形率關系

針對軋鋼廠的設備狀況和生產經驗，選擇在500或600mm軋機上生產90?110mm方坯及在430或330mm軋機上生產φ50?80mm規格圓材是可行的，其變形抗力不會對軋機造成破壞或影響軋機的正常扎制。

   2.2  實際熱加工組織和力學性能

      扎制φ60mm圓材的成材率75.25%。低倍檢驗φ60mm軋材結果：中心疏松、一般疏松、錠型偏析均為0.5級，軋材經（800±10）℃保溫4?6h退火后（以30℃/h冷卻速度冷至650℃，出爐空冷）布氏硬度：中心217HB，邊沿229HB。φ60mm軋材在不同工藝下淬火硬度見表5。淬火組織為淬火馬氏體。

           表5  φ60mm軋材淬火工藝及淬火硬度/HRC

淬火工藝	心部	邊部	1/4R
（900±10）℃空冷	55	59	55
（860?880±10）℃油淬 （熱油≥80℃）	64	64	64
860℃×37min油淬	62-63	62-64
900℃×35min空冷	62-63	60-63
900℃×70min空冷	55	59
880℃×40min油淬	64	64	64
軋后500℃×30min爐冷		58