上夾口熱處理工藝與性能的研究

譚兆湛

（華南理工大學廣州學院機械實驗中心，廣州 510800）

1 引言

某公司生產塑料瓶所用的模具配件-上夾口，材料為2Cr13、4Cr13，硬度要求為30～35HRC；用該公司原有的熱處理工藝淬火后表面硬度和切削性能雖然都沒問題，但其熱處理工藝時間周期長，生產效率低，不符合經濟效益和環保節能的理念。因此該公司提出了優化工藝、縮短生產時間的要求，由我方研究相關的工藝改進工作。

2 熱處理工藝的改進

2Cr13、4Cr13 是一種馬氏體型不銹鋼，通過熱處理強化后具有良好的強度、塑性、韌性及耐蝕性能。從經濟效益角度考慮，選用國產材料做塑料模具較合理，但要達到模具所需硬度、性能，必須采用不同的熱處理設備及各種熱處理工藝來實現。

根據該公司現有的生產設備制定了相應的熱處理工藝（如圖1），并提出下面幾點要求：①使用防氧化脫碳涂料保護工件表面，以增加工件淬透性（工件心部淬透）使心部和表面通過回火后得到一致的硬度。②裝爐要適當，要間隔分開留有空隙。③根據工件的有效厚度（約80mm），依據空氣爐的加熱系數計算可采用850℃保溫90min 后再升至1020℃保溫100min，以保證組織充分奧氏體化。④模具入油池淬火時，吊車要上下移動約15～20min，油冷到100℃左右出油，出油后工件要在空氣中自然冷卻2h，以保證馬氏體組織有足夠的時間轉變，然后再吊入回火爐中回火。⑤模具的回火時間每次為270min（即4.5h），要求回火兩次。

圖1 熱處理工藝圖

3 實驗檢驗結果

3.1 硬度與粗糙度（如表1）

表1

3.2 金相

完成相關的淬火及回火后分別在2Cr13、4Cr13 工件中各抽取一件在表面和中心上截取試樣，對其進行金相觀察，并且對2Cr13的原材料也進行金相觀察。

圖2 2Cr13的球化退火組織 500×

圖2中組織為球粒狀珠光體和沿晶斷續分布之顆粒狀碳化物。

2Cr13 屬亞共析不銹鋼，退火組織預備完善，淬火加熱能使碳化物充分固溶于奧氏體，可獲得無殘余鐵素體或少量鐵素體及中等針狀馬氏體，回火后獲得回火索氏體組織，其耐蝕性與強韌性均較優良。

圖3中組織為帶馬氏體位向的均勻回火索氏體，屬正常的調質組織，工件完全淬透，中心與表面組織一致。

2Cr13 經調質后具有很高的強度和良好的綜合性能，可以用于承受較高應力的零件，如耐有機酸、鹽的水溶液和食品介質的設備。

圖3 2Cr13的淬火組織 500×

圖4中組織為均勻回火索氏體+細小顆粒狀碳化物，屬正常的調質組織，工件完全淬透，中心與表面組織一致。

圖4 4Cr13的淬火組織 500×

4Cr13 經調質后具有較高的強度與韌性相配合和較高的耐蝕性。

4 結論

由圖2 可知，2Cr13 原材料的預備熱處理達到了要求的球化效果。由圖3 和圖4 可知，2Cr13、4Cr13 采用實驗工藝進行淬火、回火后可以獲得理想的索氏體組織，達到了正常的調質組織。該公司原來的熱處理工藝：650℃×3h→升溫至850℃×3h→升溫至1020℃×3h+（550～580）℃×8h×2 次；優化后的熱處理工藝：650℃×1.3h→升溫至1020℃×1.4h+（550～580）℃×4.5h×2 次。兩種工藝相比較，優化后的熱處理工藝明顯比原工藝節省了將近10h，直接產生了經濟效益，達到了節能的效果。

另外，該公司的上夾口半邊模外圓預留了2mm的余量，由于半邊模屬形狀簡單的模具，考慮到熱處理變形不大，加上表面有抗氧化脫碳的涂料保護，建議可減少1mm的余量，以減少原材料的浪費。

［1］梁耀能.機械工程材料［M］.廣州：華南理工大學出版社，2009.