行業(yè)應(yīng)用：深冷處理提升工件的硬度及強度

日期：2025-08-02 04:37

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摘要： 行業(yè)應(yīng)用：深冷處理提升工件的硬度及強度 提升工件的硬度及強度  深冷處理某種意義上是淬火的延續(xù)，讓Mf點較低材料繼續(xù)完成A向M的轉(zhuǎn)變，在常規(guī)淬火后，有些材料殘余奧氏體可達25%，甚至更高，通過繼續(xù)轉(zhuǎn)變，通?？梢蕴?lt;/span>**RC1-3度，多時甚至可達HRC5-6度。  馬氏體基體析出納米級別的超細碳化物，微量提升了工件的硬度。上海交大的錢士強用16Mn實驗，基本撇開了殘奧轉(zhuǎn)變的影響，經(jīng)多次深冷的工件相比未深冷的硬度提高了HRC約1.5度，說明彌散分布的超細碳化物對組織起到了彌散強化的作用。  根據(jù)材料手冊，材料硬度在HRC50以上時，我們可以看到硬度每提升HRC0.5度，鉻鋼、鉻釩鋼及鉻鉬鋼的抗拉強度通常提高幅度在30MPA左右。 <o:p></o:p> Cr12MoV鋼冷鐓模深冷處理<o:p></o:p>     Cr12MoV鋼具有高的含碳量和含鉻量，能形成大量碳化物和高合金度的馬氏體，使鋼具有高硬度，高耐磨性。同時，鉻又使鋼具有高的淬透性和回火穩(wěn)定性，鉬增加了鋼的淬透性并且細化晶粒，釩既可以細化晶粒又可以增加材料的韌性，又能形成高硬度的VC，以進一步增加鋼的耐磨性，所以Cr12MoV鋼是制造冷作模具廣泛使用的材料.<o:p></o:p>     以Cr12MoV鋼硅鋼片凸模為例:     制造工藝為：下料→鍛造→球化退火→機加工→*終熱處理→磨削。*終熱處理工藝為：淬火加熱溫度1030℃，回火220℃。雖然在機加工之前，毛坯經(jīng)過改鍛，但熱處理后模具使用壽命不高。     (1)凸模失效分析     通過對26個失效的凸模分析，發(fā)現(xiàn)模具失效的原因是劈裂與折斷，其折斷位置基本處于凸模長度方向的中間位置，劈裂位置全部處于韌口底部，凸模斷裂前后的尺寸和形狀沒有變化，在斷裂過程中沒有發(fā)現(xiàn)任何塑性變形，全是脆性斷裂。失效凸?；瘜W(xué)成分：1.65C、 0.36Si、 0.30Mn、12.1Cr、0.46Mo  0.23V、0.027S、0.026P。金相組織：回火馬氏體＋碳化物＋殘余奧氏體，其中殘余奧氏體含量較多，碳化物大小不均，有的顆粒較大，且大塊碳化物還帶有棱角。     Cr12MoV鋼屬于萊氏體鋼，大塊的共晶碳化合物盡管在鍛造中已被擊碎，但顆粒仍然較大，且分布不均，這些粗大且有棱角的碳化物降低了凸模的強度和韌性。工作時凸模受到較高載荷的作用，易在塊狀碳化物棱角與基體的交界處萌生疲勞裂紋，并沿著縱向向上發(fā)展，由此可見凸模的早期失效主要是疲勞斷裂，而疲勞斷裂的疲勞源主要處于刃口部位和中間部位帶有棱角碳化物與基體的交界處。只有通過鍛造工藝和熱處理工藝對大塊的共晶碳化物的形態(tài)改變來提高鋼的強韌性。     另外淬火低溫回火后組織中有較多的殘余奧氏體，其含量大約在30%以上，使模具硬度不夠，耐磨性不足。因為沖裁硅鋼片的凸模要求剪切刃口鋒利，沖裁過程中刃口一經(jīng)磨鈍，沖下來的孔邊就會產(chǎn)生毛刺，所以凸模在使用中稍有鈍角必須磨削修刃，修刃的同時凸模的長度縮短，當凸模的長度減少到一定程度就報廢了，因此模具壽命不高。除了加強鍛造工藝外，在正常模具熱處理的基礎(chǔ)上增加深冷處理工藝。深冷處理其實是淬火的延續(xù)，是利用過冷度來增加馬氏體轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力，隨著深冷溫度降低，過冷度增加，殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變越完全。另外深冷處理還能促進從淬后形成的馬氏體中析出超微細碳化物，其數(shù)量和擴散程度明顯大于未經(jīng)深冷處理者，這些從馬氏體中析出的高度彌散的碳化物，可使基體的抗壓強度升高，沖擊韌性提高，即提高強韌性。這些碳化物的析出，將會使材料的耐磨性、耐熱性、硬度等性能顯著提高。在凸模經(jīng)1030℃油淬后，在≦25min時間內(nèi)，將模具放入液氮中進行深冷處理；深冷處理后再對材料采用220℃回火.。用新工藝處理52副凸模在沖裁同一批硅鋼片的條件下，與原工藝處理的凸模進行比較實驗，經(jīng)深冷處理的52副凸模中，合格率達到95%以上，使用壽命提高了8倍。由于韌性、疲勞強度的提高，避免了凸模的斷裂，顯著提高了凸模的使用壽命，降低了電機用硅鋼片的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)廠的經(jīng)濟效益。<o:p></o:p>

提升工件的硬度及強度
深冷處理某種意義上是淬火的延續(xù)，讓Mf點較低材料繼續(xù)完成A向M的轉(zhuǎn)變，在常規(guī)淬火后，有些材料殘余奧氏體可達25%，甚至更高，通過繼續(xù)轉(zhuǎn)變，通?？梢蕴?/span>**RC1-3度，多時甚至可達HRC5-6度。
馬氏體基體析出納米級別的超細碳化物，微量提升了工件的硬度。上海交大的錢士強用16Mn實驗，基本撇開了殘奧轉(zhuǎn)變的影響，經(jīng)多次深冷的工件相比未深冷的硬度提高了HRC約1.5度，說明彌散分布的超細碳化物對組織起到了彌散強化的作用。
根據(jù)材料手冊，材料硬度在HRC50以上時，我們可以看到硬度每提升HRC0.5度，鉻鋼、鉻釩鋼及鉻鉬鋼的抗拉強度通常提高幅度在30MPA左右。

Cr12MoV鋼冷鐓模深冷處理

Cr12MoV鋼具有高的含碳量和含鉻量，能形成大量碳化物和高合金度的馬氏體，使鋼具有高硬度，高耐磨性。同時，鉻又使鋼具有高的淬透性和回火穩(wěn)定性，鉬增加了鋼的淬透性并且細化晶粒，釩既可以細化晶粒又可以增加材料的韌性，又能形成高硬度的VC，以進一步增加鋼的耐磨性，所以Cr12MoV鋼是制造冷作模具廣泛使用的材料.

    以Cr12MoV鋼硅鋼片凸模為例:
    制造工藝為：下料→鍛造→球化退火→機加工→*終熱處理→磨削。*終熱處理工藝為：淬火加熱溫度1030℃，回火220℃。雖然在機加工之前，毛坯經(jīng)過改鍛，但熱處理后模具使用壽命不高。
    (1)凸模失效分析
    通過對26個失效的凸模分析，發(fā)現(xiàn)模具失效的原因是劈裂與折斷，其折斷位置基本處于凸模長度方向的中間位置，劈裂位置全部處于韌口底部，凸模斷裂前后的尺寸和形狀沒有變化，在斷裂過程中沒有發(fā)現(xiàn)任何塑性變形，全是脆性斷裂。失效凸?；瘜W(xué)成分：1.65C、 0.36Si、 0.30Mn、12.1Cr、0.46Mo  0.23V、0.027S、0.026P。金相組織：回火馬氏體＋碳化物＋殘余奧氏體，其中殘余奧氏體含量較多，碳化物大小不均，有的顆粒較大，且大塊碳化物還帶有棱角。
    Cr12MoV鋼屬于萊氏體鋼，大塊的共晶碳化合物盡管在鍛造中已被擊碎，但顆粒仍然較大，且分布不均，這些粗大且有棱角的碳化物降低了凸模的強度和韌性。工作時凸模受到較高載荷的作用，易在塊狀碳化物棱角與基體的交界處萌生疲勞裂紋，并沿著縱向向上發(fā)展，由此可見凸模的早期失效主要是疲勞斷裂，而疲勞斷裂的疲勞源主要處于刃口部位和中間部位帶有棱角碳化物與基體的交界處。只有通過鍛造工藝和熱處理工藝對大塊的共晶碳化物的形態(tài)改變來提高鋼的強韌性。
    另外淬火低溫回火后組織中有較多的殘余奧氏體，其含量大約在30%以上，使模具硬度不夠，耐磨性不足。因為沖裁硅鋼片的凸模要求剪切刃口鋒利，沖裁過程中刃口一經(jīng)磨鈍，沖下來的孔邊就會產(chǎn)生毛刺，所以凸模在使用中稍有鈍角必須磨削修刃，修刃的同時凸模的長度縮短，當凸模的長度減少到一定程度就報廢了，因此模具壽命不高。除了加強鍛造工藝外，在正常模具熱處理的基礎(chǔ)上增加深冷處理工藝。深冷處理其實是淬火的延續(xù)，是利用過冷度來增加馬氏體轉(zhuǎn)變的驅(qū)動力，隨著深冷溫度降低，過冷度增加，殘余奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變越完全。另外深冷處理還能促進從淬后形成的馬氏體中析出超微細碳化物，其數(shù)量和擴散程度明顯大于未經(jīng)深冷處理者，這些從馬氏體中析出的高度彌散的碳化物，可使基體的抗壓強度升高，沖擊韌性提高，即提高強韌性。這些碳化物的析出，將會使材料的耐磨性、耐熱性、硬度等性能顯著提高。在凸模經(jīng)1030℃油淬后，在≦25min時間內(nèi)，將模具放入液氮中進行深冷處理；深冷處理后再對材料采用220℃回火.。用新工藝處理52副凸模在沖裁同一批硅鋼片的條件下，與原工藝處理的凸模進行比較實驗，經(jīng)深冷處理的52副凸模中，合格率達到95%以上，使用壽命提高了8倍。由于韌性、疲勞強度的提高，避免了凸模的斷裂，顯著提高了凸模的使用壽命，降低了電機用硅鋼片的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)廠的經(jīng)濟效益。

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