2008年5月22日 星期四

超硬型高速鋼 V3N www.tool-tool.com


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一、工模具新鋼種——超硬型高速鋼

   研究和發展模具新鋼種,是改善和提高模具鋼的強韌性,延長模具的使用壽命的重要途徑。我國模具工業在迅速發展,我國的材料工作者在借鑒國外先 進技術的基礎上結合本國資源情況和特點,引進和研製了不少新型模具鋼。經過生產上的考核篩選,一些性能優異、工藝性能也比較好的鋼種受到模具製造和使用單 位的歡迎,使模具的使用壽命達到甚至超過國內外同類模具的水平,如北京鋼鐵學院與大冶鋼廠研製的無Co超硬高速鋼W12Cr4Mo3V3N(簡稱V3N) 的各項性能優良,獲中華人民共和國國家發明獎,中華人民共和國專利(91102252), V3N模具性能比現用普通高速鋼提高2~10倍,相當於國際市 場現用含 10%Co的高速鋼,已成功地推廣應用在工模具生產中,可使壽命成倍增加。

二、V3N成分及性能特點

  W12Cr4Mo3V3N(簡稱V3N)是鎢-鉬系含氮無鈷超硬型高速鋼,V3N的化學成分c:1.21%; W: 11.88%; Mo: 2.95%; Cr4.00%; V:2.87%; N: 0.075%.新型超硬高速鋼V3N成分設計特點是:

  高C: C對冷作模具鋼的強韌性、耐磨性有決定性的影響。含碳量增加,則抗壓強度及耐磨性增加。因此,抗衝擊及高強韌冷作模具鋼含碳量較高。

高V: V強烈細化晶粒,強烈提高耐磨性、紅硬性及二次硬化能力。但含量過多會明顯惡化可鍛性及磨削性。

含N:N可細化晶粒,又有析出強化的作用,且機械性能及焊接性能都較好。

   主要技術性能:V3N鋼具有硬度高、耐磨性好、高的紅硬性和一定的韌性,在冷作模具鋼上應用效果十分顯著。該鋼與含鈷高速鋼相比,價格低廉且 易加工,通過適當的熱處理,可得到高硬度(HRC67~70)、高紅硬性(625℃4小時,HRC63~65)和高耐磨性,韌性和抗彎強度均不低於普通型 高速鋼,可克服模具刃口塌陷和崩裂等早期損壞。

三、V3N鋼模具的加工工藝

  模具熱處理方法和加工工藝的選擇同樣要根據模具的工作條件、失效方式和對性能的不同要求來確定。應不斷改善熱處理設備,改進熱處理工藝,使材料的強度、韌性得到最佳配合,並嚴格遵循熱處理工藝,控制加熱溫度、時間、冷卻速度,從而保證模具的使用性能。

  1,鍛造

  V3N鋼含有大量的一次碳化物和二次碳化物,若保留在淬火組織中,將急劇降低模具所有壽命。只有通過對原材料改鍛,擊碎碳化物,才能使其呈細小、均勻的形貌分佈於鋼基體,提高整體力學性能。

  V3N鋼導熱性差,鍛坯加熱時應充分預熱,始鍛溫度1170℃,終鍛溫度950℃,設備可採用250kg(小件)和400kg空氣錘,開始採用輕錘快打,中間用重錘打,最後慢打輕打,鍛後於石棉粉箱中緩冷取出後即進行退火處理。

  2,鍛後退火

  可採用等溫退火或普通860 oC退火4小時. 機械加工

  鍛後硬度較高,採用等溫或普通退火後,機加可順利進行,淬火後因工硬度較高,故工件成型磨削難度較大,可採用鐠鈮剛玉加鉻製作的砂輪進行磨削。

  熱處理工藝

   V3N鋼在1220~1230℃淬火時,由於存在未熔碳化物,硬度偏低,系淬火溫度不足;在1260~1270℃淬火時,晶粒明顯過大,系過 熱現象。選擇1230~1240℃淬火加熱溫度既能使碳化物和合金元素充分溶解到奧氏體中去,又能保持較細晶粒(10~10級)。

V3N 超硬高速鋼模具部件採用1220~1230℃經550℃四次回火,硬度可控制在HRC64~67,具體可根據零件尺寸的大小從熱處 理工藝上進行調整,達到硬度和強度較理想的配合,V3N超硬型高速鋼淬火後有較多殘餘奧氏體,據測定約為25%~30%,必須盡量消除減少,為此進行多次 高溫回火使之發生馬氏體轉變。進行4次高溫回火後,大部分殘餘奧氏體發生了馬氏體轉變,產生二次硬化效應。V3N鋼二次硬化效應溫度比普通高速鋼高 30~40℃,這一特性十分寶貴,表明V3N鋼有更高紅硬性。

精加工後的深冷處理

  經深冷處理後,由於殘留奧氏體向馬氏體轉變以及超細碳化物的析出,模具零件硬度和耐磨性將進一步改善,耐磨性可提高40%,既縮短回火時間節省了能量,又明顯提高了模具使用壽命。

  高速鋼模具深冷處理工藝過程為:模具除油污→放入保溫罐中→少量多次注入液氮(196℃)→保溫浸泡2.5h→取出模具迅速放入60~70℃熱水中。

  四、V3N鋼在冷作模具的應用與效果

  V3N超硬冷作模具壽命均比 Cr12MoV、Cr12等常用模具壽命提高3~5倍,比現用普通高速鋼提高2~10倍,經濟效益更為顯著,V3N鋼製模具性能相當於國際市場現用含10%Co的高速鋼。

  某廠硅鋼片沖模原來都是採用CrWMn、Cr12MoV等鉻鋼製作的,但由於硅鋼等硬面脆,故模具耗損量大,採用V3N鋼製作模具,經濟效果明顯
五、結語

V3N超硬高速鋼各項性能優良,適合加工沖裁模等冷作模具,壽命顯著提高。

V3N鋼熱加工工藝較嚴格,1220~1230℃淬火,550℃4次1小時回火,精加工後再經深冷處理可獲得高硬度、高耐磨性和良好的韌性配合,使用過程中還可定期對凹模進行去應力回火以延長壽命。

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