鏈條制造用幾種模具熱處理工藝改進及表面改性

一、Cr12MoV鋼冷沖壓模具線切割時開裂

鏈板落料凹模外形尺寸為413mm×274mm×70mm，距模具周邊25mm左右分布14個Ф12mm通孔，技術要求60～62HRC。我們采用高溫箱式爐氬氣保護1030℃加熱，緩冷至850℃，入60℃油冷至150℃左右出油，入180℃井式爐回火，3小時回火2次，冷卻至室溫后又在170℃回火爐中回火12小時，硬度60～61HRC。該件交付用戶后，經過表面磨削又進行線切割加工，線切割加工到一半時，出現開裂，縱向二道裂紋，橫向二道裂紋，使模具報廢。

經過失效分析，我們認為該模具的熱處理工藝操作正常，主要原因是該模具的設計及冷加工工藝不合理，一是硬度要求高，60～62HRC 使得高溫回火不能進行，只好采用低溫回火，而應力消除不好造成線切割加工過程中應力釋放而開裂；二是線切割工藝不當，模具的尺寸要求線切割沿周邊52mm割去心部，在線切割前沒有任何的工藝孔釋放應力，使得模具在線切割過程中開裂；三是鍛造廠家只能提供6級碳化物級別的模具坯料，加上退火不好，造成熱處理后應力增大。

解決辦法為：一是降低硬度為58～60HRC，采用1060℃油冷和520℃×3h，二次回火，高淬高回的工藝，保證硬度的同時消除內應力。二是熱處理前把模具加工成空心形狀，除去心部應力。三是要求鍛造廠家按國家標準鍛造及退火保證鍛件質量。這樣隨后加工的模具，保證了產品質量，滿足了客戶的要求。

二、H13鋁合金擠壓模淬火后開裂

外形尺寸為Ф270mm×210mm內孔為Ф170mm的鋁合金擠壓模具，兩個工件出自不同的鍛造廠家和不同的冷加工廠家，我們采用真空爐加熱，1030℃保溫緩冷后入35℃油中冷卻80℃左右出油空冷，在室溫下放置1小時后，其中一件沿表面的溝槽開裂。查其原因：一是油冷時油溫較低，應該采用60℃油中冷卻；二是出油溫度低，應該在150℃左右出油；三是出油后應及時回火；四是冷加工時刀痕的影響，失效分析指出裂紋是沿表面的溝槽開裂，這個工件的溝槽底部不如另一件那樣有過渡圓角；五是模具原料可能有問題，客戶明確說明，此件是試驗件。

三、Cr12鋼冷作模具磨削裂紋

有一個客戶的Cr12冷作模具經常出現明顯的磨削裂紋，并且表面的磨削痕跡很明顯。經過反復研究與探討，一是和用戶協商，改變磨削工藝，改變砂輪粒度及磨削進給量；二是改變原材料進貨渠道，爭取購進合格的Cr12鍛造坯料，保證原材料質量；三是和用戶協商降低熱處理后的硬度為58～60HRC，四是改進熱處理工藝，采用1030℃加熱及520℃回火的高淬、高回的工藝，保證了熱處理后應力更好消除，以避免開裂。這樣，以后熱處理后模具的磨削裂紋減少了許多。

四、DC53及Cr12鋼冷作模具的熱處理后的尺寸變化及控制

一個客戶的DC53模塊，尺寸為90mm×80mm，淬火時經常發生縮小。有一次8個模塊采用1030℃真空爐加熱，緩冷0.5分鐘，油淬，油溫為60℃，500℃×2h二次回火后，90mm長邊縮小了0.3mm，80mm短邊縮小了0.29mm。查其原材料淬火時大致尺寸變形為表1所示，回火后要縮小0.10mm左右。

為此經過研究分析，我們決定改進熱處理工藝，把加熱后出爐緩冷的時間由0.5分鐘增加至2分鐘，再經過處理的模塊就控制在+0.10mm左右，滿足了客戶的要求。查其主要原因是：原來采用真空爐加熱時，緩冷時間短而在隨后的油冷時，導致熱應力為主而使得材料發生縮小，在隨后的熱處理工作中，我們掌握了這一規律，使得模具的熱處理變形得到了很好的控制。

一次客戶送來兩套外形尺寸最大為600mm×350mm ×90mm的凸凹模，型腔已經由線切割加工完畢，要求硬度的同時，必須保證不縮不漲，否則會造成廢品。為此我們根據經驗，確定了工藝，把緩冷時間定為3分鐘，淬火回火后不但達到硬度要求，并且尺寸僅漲大0.1mm，滿足了客戶的要求。另外，還有根據材料的特性來確定淬火回火工藝參數。以控制變形。例如，對于一些國外進口的模具鋼，大多給出了淬火溫度和回火溫度尺寸改變的影響曲線及圖表，對于淬火如表1所示，對于回火一般的經驗是Cr12類模具鋼的回火尺寸變化從200℃到500℃時逐漸縮小，但到500℃時則開始漲大，并且軸向和徑向變化率并不相同。所以在生產中應該把握各個鋼種的變形特點，并參考硬度及強度，要求合理制定熱處理工藝，才能滿足客戶要求。

五、消除應力的幾種辦法

為了消除機加工應力，以減少淬火時的變形或開裂，對于一些形狀復雜或多孔的模具，應該在粗加工和精加工之間增加一次去應力的高溫回火（或是調質），可是實際上因為冷加工時增加這道工序影響加工周期，模具生產廠家在半精加工，甚至精加工后才把模具送到我們工廠進行熱處理，這樣使得熱處理時，冷加工的殘余應力釋放而使得變形增加。

另外，由于不少廠家為了降低生產成本而購買價格低廉的模具原料。這些原料生產廠家并沒有很好地進行鍛造和球化退火，也使得隨后的熱處理過程中應力釋放和組織不均勻性導致模具變形。

為此，對于一些重要模具，我們在進行熱處理之前，增加一道去應力回火的工序，一般采用350℃～400℃、6～12h出爐空冷，或650℃～700℃、2～4h爐冷至500℃出爐的熱處理工藝。經過這樣預處理的模具變形大大降低，保證了熱處理后的模具尺寸合格。

對于熱處理后需要滲氮處理的有些模具，淬火后回火溫度為570～580℃，以保證隨后的570℃左右的滲氮處理時，工件不發生變形。

六、T10鋼冷擠壓凹模高溫淬火表面改性

T10鋼模具常規的淬火工藝為800℃，硬度可達到62HRC，但這樣處理的鏈條滾子冷擠壓凹模壽命僅為2000次左右，就因為內孔磨損超差而失效。經研究及工藝試驗，我們把外形尺寸為Ф100mm×50mm的冷擠壓凹模加熱溫度定在960℃，保溫為15min，在鹽爐加熱出爐后內孔噴水冷卻，內孔周邊1.5mm內硬度較高，為66～67HRC，大大提高了耐磨性，模具壽命提高至26000次，使用壽命提高10倍以上。

七、專利技術的鹽浴氮化工藝

2000年大連圣潔公司和法國HEF集團合資成立了大連施福圣潔表面處理技術有限公司，引進了法國專利技術的鹽浴氮碳共滲工藝，即SURSULF和ARCOR技術，這是在570℃鹽浴中對模具進行硫碳氮共滲，之后還可以在400℃的鹽浴中進行表面處理，使工件變黑，并增加表面硬度、耐磨性及抗腐蝕性。

這一工藝過程是在一條生產線上完成的，包括前后清洗和一個井式預熱爐、一臺井式SURSULF和一臺井式ARCOR爐，這些爐子都是采用計算機控制，智能儀表控溫，晶閘管調功調壓，控溫精度在±3℃。工件首先經過清洗除油，再經400℃預熱，入570℃SURSULF爐滲氮之后，根據需要再進行ARCOR處理為經過SURSULF處理的不同型號材料的化合物厚度與硬度及擴散層厚度。

通過對比可發現，這種工藝處理的模具工件的硬度要比其他滲氮工藝硬度高、耐磨性好，且變形小，并且生產周期特別短，一般僅用0.5～1.5h即可完成滲氮工序，而相同滲層的氣體滲氮則需要4h以上，離子滲氮則需要12h以上。

這個工藝的實施大大提高了模具的使用壽命，降低了加工成本，并且節省了大量的加工工時。

八、專利技術的鹽浴滲釩

鹽浴滲釩是在中高碳鋼或合金鋼表面，被覆硬度為2800～3200HV的釩碳化物層，以提高模具的耐磨性和抗咬合性能。

1.滲釩設備、滲劑、材料及工藝

滲釩可在高溫坩堝電阻爐內進行。

滲釩鹽浴成分可采用：80%～85%Na2B407+15%～20%FeV (釩鐵含釩43%，粒度0.154～0.100mm)硼砂鹽浴呈堿性（PH=9）。

T8、T10、CrWMn、Cr12、W18Cr4V和45鋼等均可作滲釩模具材料。

模具滲釩溫度為850～1000℃，滲釩時間為2～6h。模具滲釠后可進行空冷、油冷或水冷。

2.影響滲層深度的因素

（1）滲釩溫度。表2為3種材料在滲釩溫度與滲層厚度的關系。

（2）滲釩時間。表3為3種材料的滲釩時間與滲層厚度的關系。

（3）鋼的化學成分。在一定的滲釩溫度和時間下，材料的供碳能力越高，滲層越厚。由表2和表3可知，以高碳鋼的滲釩層為最厚。

3.滲釩層組織與成分

T8、T10、CrWMn、45#、Cr12、W18Cr4V鋼的滲釩層主要由碳化物層和過渡層組成。

滲釩層（碳化物層）中的基本相結構，是有立心方點陣的VC多晶體構成，它既不是連續的單晶體，也不是多相氮化物的混合結構。用高鐵氰酸鉀蒸餾水溶液進行浸蝕后，可清楚地觀察到碳釩晶粒之間存在著明顯的晶界。過渡層的碳含量和釩含量比碳化物層低。

鹽浴滲釩可以用于鏈條零件的沖裁模、彎曲模、擠壓模、深沖模、切邊模、冷鍛模、制管模和粉末冶金模等各種冷模具的處理，使用壽命與滲氮處理的模具相比，可提高幾倍至幾十倍（大連圣潔公司申報了發明專利）。

例如冷墩M20六角螺母用的凹模，經滲釩后的使用壽命為可沖150000件，比常規熱處理的模具高9倍，比鹽浴滲硼的高0.5倍，且無剝落和起皮現象發生。

KT10-25控制器半環落料模（組合模具），滲釩后在10t沖壓機上使用時，刃磨壽命可沖Q235鋼半環80000件，與常規熱處理的模具相比可提高3倍。

九、結語

在熱處理實際生產服務過程中，只有根據理論及實際經驗，嚴謹地制定出合理的工藝制度，并在操作過程中嚴格執行，才能保證加工的產品滿足客戶的需要。大連圣潔熱處理專業廠因為采用了正確的工藝制度，克服了模具熱處理的變形開裂及線切割和磨削后的裂紋，并通過專有技術對一些模具表面進行改性，大大提高了工件的使用壽命，滿足了用戶的要求。

（作者單位：黑龍江第二技師學院）