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W18Cr4V高速工具鋼高強度高硬度耐磨白鋼熱處理工藝及用途
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????????W18Cr4V高速鋼鍛造以后必須經過球化退火,有利于切削加工。返修工件在第二次淬火前也要進行球化退火。否則,第二次淬火加熱時。晶粒將過分長大而使工件變脆。
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??????? W18Cr4V冷壓毛坯軟化處理工藝,采用上限溫度加熱,分段等溫,再附加等溫回火過程。
??????? W18Cr4V高速鋼在淬火時要進行兩次預熱,原因在于高速鋼中含有大量合金元素,導熱性較差,以免引起工件變形或開裂,特別是大型復雜工件則更為突出。通過事先預熱,可縮短在高溫處理停留時間,減少氧化脫碳及過熱的危險性。
??????? W18Cr4V高速鋼的淬火工藝比較特殊,即經兩次預熱,高溫淬火,然后再進行三次高溫回火。生產中必須嚴格控制淬火加熱及回火溫度,淬火、回火保溫時間,淬火、回火冷卻方法。如果控制不當,易產生過熱、過燒、萘狀斷口、硬度不足及變形開裂等缺陷。油韌性處理可高該鋼的塑性。
??????? W18Cr4V第一次預熱可烘干工件上的水分,第二次預熱可使索氏體向奧氏體的轉變在較低溫度內發生。
??????? W18Cr4V高速鋼中含有大量難溶的合金碳化物,淬火加熱時,溫度必須足夠高,才可使合金碳化物溶解到奧氏體中,淬火之后馬氏體中合金元素的含量才足夠高,鋼才會具有高的熱硬性。對高速鋼熱硬性影響最大的合金元素是W、Mo及V,只有在1000℃以上時,其溶解量才急劇增加。當溫度≥1300℃時,各元素的溶解量雖然行業增加,但奧氏體晶粒則急劇長大,甚至在晶界處發生熔化現象,致使鋼的強度、韌性下降。對高速鋼來說,合適的晶粒度為9.5~10.5級。
????????W18Cr4V淬火溫度對該鋼的性能影響較大,淬火溫度上升,則耐磨性、抗壓性、熱穩定性提高,鋼的韌性隨溫度的下降而增高。1230~1250℃淬火加熱出現抗彎強度的峰值,在550~570℃回火后具有最佳的綜合力學性能。表面脫碳層還明顯地加劇該鋼淬裂和磨裂敏感傾向。
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??????? W18Cr4V淬火冷卻通常在油中進行,但對形狀復雜、細長桿狀或薄片零件可采用分級淬火和等溫淬火等方法。分級淬火后使殘留奧氏體的體積分數增加20%~30%,使工件變形、開裂傾向減小,強度、韌性提高。油淬及分級淬火后的組織為馬氏體+碳化物+殘留奧氏體。等溫淬火以后,與分級淬火相比,其主要淬火組織中除馬氏體、碳化物、殘留奧氏體,還含有下貝氏體。等溫淬火可進一步減小工件變形,并提高韌性。
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??????? W18Cr4V進行分級淬火時,如果在分級溫度停留時間過長,就可能大量析出二次碳化物。等溫淬火所需時間一般較長,隨等溫時間不同,所獲得的貝氏體數量不同,在產生中通常只能獲得體積分數為40%的貝氏體,而等溫時間過長可顯著增加殘留奧氏體量。這需要在等溫淬火后進行冷處理或采用多次回火來消除殘留奧氏體,否則將會影響回火后鋼的硬度及熱處理質量。
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??????? W18Cr4V為了消除淬火應力、穩定組織、減少殘留奧氏體量、達到所需要的性能,高速鋼一般要進行三次560℃的高溫回火處理。高速鋼的回火轉變比較復雜。在回火過程中馬氏體和殘留奧氏體發生變化,過剩碳化物在回火是不發生變化。
?????? ?軟化退火規范
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??????? 退火溫度860~880℃,保溫2h,再以20~30℃/h的冷速隨爐冷卻到(750±10)℃×2~3h,緩冷到≦650℃,出爐空冷。處理前硬度≦255HBW,處理后硬度≦229HBW。
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??????? 普通退火規范
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??????? 840~860℃×2~3h,以20~30℃/h的冷速冷卻至730℃×5~6h等溫,隨爐冷卻的500~600℃,出爐空冷。退火周期很長,時間達20~40h或者10~25h。
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????????等溫球化退火規范?
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??????? 850~870℃×3~4h,爐冷740~760℃×4~5h,硬度≦241HBW,共晶碳化物等級≦3級。
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??????? 等溫退火規范
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??????? 退火溫度860~880℃,保溫2h,爐冷至740~760℃,保溫2~4h,再爐冷至500~600℃,出爐空冷,硬度≦255HBW。
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??????? 快速退火規范
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??????? 工件隨爐升溫到600~650℃,以20~40℃/h的加熱速度繼續升溫至880~900℃,保溫0.1~0.3h,再以40~60℃/h的冷卻速度爐冷至780~800℃,然后按30~40℃/h的冷卻速度爐冷至600~650℃,出爐空冷。
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??????? 快速退火可代替常規退火工藝用于高速鋼鑄造毛坯、焊接毛坯和返修工具淬火前的退火,顯著縮短熱處理周期,減少能耗,提高工具的使用壽命20%~30%。
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??????? 循環退火規范
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??????? 退火溫度上限為840℃,退火下限為680℃,經三次循環退火。鋼棒直徑為∮20mm時,加熱時間為10min。
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??????? 循環退火可代替普通等溫退火,對模具毛坯進行預先熱處理,可縮短加熱保溫時間,細化奧氏體晶粒,改善組織,提高鋼的強度、韌性和高速鋼焊接工具的強度,有利于消除淬火過熱,防止晶粒異常長大形成萘狀組織,有利于減少淬火變形和提高性能。
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????????油韌性處理規范
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??????? 退火以后加熱(740±10)℃,回火后油冷,硬度100HRB,沖擊韌度21.2J/cm2。
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??????? 普通淬火、回火規范
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??????? 淬火溫度1200~1240℃,油冷,硬度≧60HRC,回火溫度560~580℃。
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??????? 模具鋼淬火、回火規范
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??????? 預熱溫度850℃,保溫時間24s/mm,淬火溫度1260~1300℃,保溫時間12~15s/mm,油冷,回火溫度560℃,回火三次,每次1h,空冷,淬火、回火硬度≧62。
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??????? 用作冷作模具鋼時,淬火溫度1200~1240℃,保溫時間15~20s/mm。
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??????? 低溫淬火加回火規范
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??????? 預熱溫度:第一次低溫(560±10)℃,第二次中溫800~850℃,轉入高溫鹽浴中加熱,加熱溫度1250~1260℃,加熱時間按10s/mm計算,保溫后入(280±30)℃硝鹽浴,停留2~5min,空冷到室溫,然后在(560±10)℃連續回火三次,每次1.5~2h,硬度62~64HRC。
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??????? 真空淬火、回火規范
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??????? 1)預熱溫度:第一次500~600℃,第二次800~850℃,真空度0.1Pa,淬火溫度1000~1100℃,真空度1~10Pa。油或N2氣冷卻,回火溫度180~220℃,硬度58~62HRC。
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??????? 2)預熱溫度:第一次500~550℃,第二次800~820℃,真空0.1Pa,淬火溫度1240~1300℃,真空度1~10Pa,油或N2氣冷卻,回火溫度540~600℃,硬度62~66HRC。
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??????? 氣體滲氮和氣體氮碳共滲規范
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?????? 1)技術要求:硬度﹥1000HV,滲層深度0.03~0.05mm,滲氮溫度540℃,氣體比例:氨氣30%,載氣(RX氣)70%,氨分解率30%~40%,保溫時間3h。用于冷擠模、沖載模。
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?????? 2)技術要求:硬度﹥1000HV,滲層深度0.05~0.07mm,滲氮溫度540℃,氣體比例:氨氣40%。載氣(RX氣)50%,氨分解率30%~40%,保溫時間5h。用于拉深模、彎曲模。
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??????? 氣體氮碳共滲+去氫處理
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?????? 1)在RJJ-35-9T井式電爐中進行模具氮碳共滲:560℃×4.5~5.0h,NH30.45~0.6m3/h,甲醇60~70滴/min,出爐油冷。
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???????2)去氫處理:250~300℃×2h,氮碳共滲層深度≧0.08mm,表面硬度950HV0.1,心部硬度60~62HRC。
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??????? 冷擠凸模高溫、等溫淬火+高溫回火規范
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??????? 預熱溫度800~850℃,保溫時間8min,淬火溫度(1260±5)℃,保溫時間4min,分級淬火,(280±10)℃×3h等溫淬火處理;(560±10)℃×90min×3次回火,空冷。
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??????? 滾絲模推薦處理工藝
840~860℃預熱,保溫時間按40s/mm計算,1220~1240℃加熱,加熱時間按20s/mm計算。先于580~620℃分級(按20s/mm計算),再入260~280℃硝鹽中等溫2.5h,580~585℃×1h+550℃×1h×2次回火。硬度61~62HRC。
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??????? 強韌化熱處理規范
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??????? 600℃預熱,840~860℃預熱,保溫時間按30s/mm計算;1200℃加熱,加熱時間按8~15s/mm計算。550~570℃等溫(按30s/mm計算),空冷,550℃×1h×3次回火。硬度59~61HRC。
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??????? 貝氏體等溫淬火
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??????? 810~830℃預熱,保溫時間按20s/mm計算,1230~1250℃加熱,加熱時間按10~15s/mm計算;淬入810~830℃鹽浴中5~8s,在260~300℃等溫3h,空冷至室溫,(560±10)℃×1.5h×4次回火。硬度62HRC。
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?????? 低溫淬火+高溫回火
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?????? 850~860℃預熱,保溫時間按30~40s/mm計算,鹽浴爐加熱,淬火溫度1240~1250℃,保溫時間按6~10s/mm計算,鹽浴冷卻溫度580~620℃,保溫2h,580~590℃×1h,550℃×1h×2次回火。硬度62~62.5HRC。
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?????? 沖孔模增碳淬規范
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??????? 選用粒度5~10mm的木炭,加入Na2CO3(木炭于Na2CO3比例為9:1)
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??????? 充分混合,將沖模直接插入滲碳箱內,密封后500℃入爐,升溫至820℃保溫1h,然后加熱至1000℃保溫2h。
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??????? 最后加熱至1150~1160℃,短時保溫,開箱淬入熱油,在200℃左右出爐(出油時掌握工件只能冒煙不能燃燒),帶溫于560℃進行90min三次回火。
W18Cr4V首先來說肯定適用于冷擠壓沖頭,重載冷鐓沖頭中、厚(10~25mm)鋼板沖孔沖頭,直徑﹤5~6mm的小沖頭。
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??????? W18Cr4V高速鋼同時也可用于各種沖載奧氏體鋼、彈簧鋼、高強鋼板的中、小型沖頭。
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??????? W18Cr4V用于制作鋼件冷擠壓凸模時,硬度選用62~64HRC。
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??????? W18Cr4V用于制作擠壓溫度﹥400℃的溫擠壓模中的凸、凹模時,硬度分別選用60~62HRC、62~64HRC。
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??????? W18Cr4V用于制作不銹鋼拉深模的凸模,要求硬度選用62~64HRC。
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??????? W18Cr4V用于制作鋁件冷擠壓模,凸模硬度推薦選用60~62HRC,凹模硬度推薦選用62~64HRC。
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??????? W18Cr4V用于制作銅件冷加壓模凸模,推薦選用硬度62~64HRC。
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??????? W18Cr4V采用Cr6WV、Cr12MoV模具鋼、Cr12模具鋼等鋼制作的沖頭,硬度為61~66HRC,其使用壽命僅數十,就呈現鐓粗以后的斷裂失效,在改用W18Cr4V高速鋼制作沖頭以后,其使用壽命高于3000次。
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??????? W18Cr4V粉末冶金壓模和各種小型高使用壽命冷沖剪工具等。
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????????W18Cr4V可以用于制作在≦600℃工作的模具、工具。
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??????? W18Cr4V冷鐓M10~M24螺母的五工序沖孔沖針,使用壽命較低,采用強韌化熱處理規范,每件沖針可沖孔1.3萬件以上。
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????????W18Cr4V用于制作沖制電池鋅同的沖棒,采用常規淬火、回火工藝,每根沖棒只能沖2萬次,而改用低溫淬火+回火+氣體氮碳共滲工藝后,單頭可沖6萬支以上,雙頭可沖10支以上,比常規工藝處理的沖棒提高使用壽命3~5倍。
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??????? W18Cr4V冷擠凸模采用高溫淬火等溫+高溫回火規范,模具使用壽命有過去的幾百件提高到3萬見以上。
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??????? W18Cr4V冷擠壓啟動機齒輪模具,采用貝氏體等溫淬火,模具使用壽命由幾百件提高到幾千件。
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??????? W18Cr4V冷擠壓凸模經1280℃,在260℃硝鹽中等溫4h,再空冷,并進行正常回火三次。凸模硬度為62~64HRC,貝氏體55%(體積分數),馬氏體35%(體積分數)。凸模使用壽命可提高1~2倍。
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??????? W18Cr4V低溫淬火+高溫回火用于12000kW發電機磁軛方推刀的熱處理,該模具截面尺寸(45mm×70mm)~(45mm×70mm),長度320~600mm,切削部分硬度60~64HRC,導向部分長度為80~100mm,硬度40~45HRC。淬火過程中,預熱時導向部分朝上,將整個工件侵入鹽浴中,淬火加熱時,導向部分露出鹽浴。
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??????? W18Cr4V用于高速耐熱耐磨刃具、模具、軋輥。
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??????? W18Cr4V用于整體淬硬型塑料模具。
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??????? W18Cr4V沖模經增碳淬火處理后,表面碳的質量分數增至0.9%~1.0%,使用壽命比未經增碳處理的沖模提高一倍。