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      5Cr Mn Mo 長期以來一直是我公司熱鍛模的主要材料， 但多年來使用壽命卻普遍較低， 一般的鍛模壽命僅在1000 ～2000 件之間， 模具消耗量極大， 模具的生產和供應十分緊張。在提高鍛模的使用方面， 除了做好鍛模的預熱、冷卻和潤滑， 嚴格控制毛坯的始終鍛溫度外， 我們重點改進了鍛模的熱處理工藝， 將原來的常規熱處理工藝改為復合熱處理工藝， 使得鍛模的強度、硬度明顯提高， 模具的使用壽命提高了2 ～3 倍左右， 而且工藝簡單實用， 具有較高的經濟價值。

    一、試驗內容

    1. 試驗用鋼的化學成分( 見下表)

    2. 熱處理工藝
    原來采用的工藝如圖1 所示。

    試驗所采用的工藝如圖2 所示。同時， 對經上述處理的試樣進行沖擊、拉伸及抗回火性能的試驗， 并做電鏡觀察。

    在新工藝中采用了鍛造余熱淬火。鍛造余熱淬火的目的不是要利用余熱， 而是要使用在鍛造過程中產生的大量的微細亞結構和高密度位錯， 通過淬火被保留下來。根據組織結構遺傳性原理， 這些組織特征將在后續熱處理過程中大部分被保留下來， 使材料的各項性能均有所提高。鍛造余熱淬火后的高溫回火是為了切削加工， 并為最終熱處理提供較高的組織基礎。在最終熱處理中， 將淬火溫度提高到890 ～900 ℃，可使鋼中的碳及合金元素充分溶解并均勻分布， 淬火后獲得板條馬氏體。淬火冷卻采用復合等溫的方法， 在油冷卻到150 ～180 ℃ 后立即進行260 ～280 ℃ 等溫， 使未轉變的奧氏體在等溫時轉變為下貝氏體的復合組織。眾所周知， 這對材料的強韌性是極為重要的。等溫后在460 ～480 ℃進行回火， 回火后油冷卻是為了防止脆性，最后為消除應力再進行一次200 ℃回火。

    二、試驗結果分析

    通過金相分析， 原工藝淬火和回火組織是針狀馬氏體。在新工藝中最終淬火前的組織為回火索氏體， 其中馬氏體以板條為主。回火后仍隱約可見板條馬氏體的位向。試驗表明， 經提高淬火溫度后， 奧氏體晶粒稍微長大， 但在復合淬火過程中， 由于先形成部分馬氏體的分割作用， 在某種意義上講， 使晶粒得到細化， 即所謂“有效晶粒細化”。不同工藝在相同溫度回火后， 新工藝的硬度、強度值也高出43 % 左右， 如將新工藝處理試樣回火溫度提高， 使二者硬度相近時， 強度值將提高1. 5 倍。根據對鍛模上宏觀裂紋擴展速度的觀察， 發現新工藝處理的模具斷裂韌度也是突出的。如原工藝處理的模具出現裂紋后再鍛打350 件即完全開裂， 而新工藝出現裂紋后再鍛打2100 件， 裂紋并未見明顯擴展， 最后因模腔尺寸超差而失效。

    在實際生產中， 由于熱鍛模尺寸較大， 淬火時往往難以淬透， 在進行常規淬火時， 鍛模心部在淬火后產生部分淬火托氏體或淬火索氏體， 或者在回火中甚至產生部分上貝氏體， 這顯然對性能不利。用復合等溫淬火，使心部殘余奧氏體轉變為下貝氏體。因此， 對實際模具性能的提高， 要比上述用試樣獲得的效果更為明顯。另外， 由于鍛造淬火的組織遺傳作用而保留下來的亞結構與位錯將阻礙雜質原子向原奧氏體晶界的偏聚， 因而對抑制回火脆性起著十分重要的作用。由于在新工藝中淬火前的組織為回火索氏體， 且淬火加熱溫度較高， 合金元素溶解充分， 使奧氏體中的固容量增大， 而且亞晶界及位錯的存在也對碳化物的形成和聚集起阻礙作用。而且新工藝處理后位錯密度顯著增加， 結構細化， 這對提高模具的強韌性是十分重要的。

    三、結語

    從以上結果分析， 綜合強化工藝效果十分顯著。模具壽命考核試驗表明， 其壽命最低在4000 件以上( 期間返修過兩次) ， 比原工藝提高2 ～3 倍， 經濟效益顯著。實踐證明新工藝不需要增加設備， 工時增加甚微，工藝簡單， 具有推廣意義。