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B3(3Cr2WMoVNi)熱作模具鋼的應(yīng)用

  • 2009-2-25 10:20:31
  • 來源:第三屆中國冷溫?zé)峋憰h論文集
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作 者:沈陽工具模具鋼廠 石禎祥 谷守明 中國第一汽車集團(tuán)公司 周士昌 大連交通大學(xué) 王慶森
關(guān) 鍵 詞:B3模具鋼、壽命、,錘鍛模、機(jī)鍛模
文獻(xiàn)摘要:本文主要闡述:B3模具鋼的化學(xué)成分、各種性能的特點(diǎn)和主要參數(shù)、熱處理工藝及各工廠使用情況等。充分說明B3模具鋼在國內(nèi)是一種比較好的熱作模具鋼。
1.B3鋼化學(xué)成份,見表1              
表1  B3鋼化學(xué)成分(%)

C
Mn
Si
Ni
Cr
Mo
V
W
SP
3Cr2WMoVNi(B3)
0.26-0.35
≤0.45
≤0.45
1.0-1.6
2.2-2.6
1.2-1.6
0.4-0.65
0.6-0.8
≤0.03
2. B3鋼機(jī)械性能
2.1力學(xué)性能見表2
※ 表2 B3鋼主要參數(shù)
鋼 種
溫度℃
σs/Mpa
σb/Mpa
Ψ/%
Ak/J/Cm2
HRc/HBs
熱穩(wěn)定性能℃
熱疲勞性能
5CrNiMo
室溫
1320
1390
38
37
42.7∥
589
20
300
 
 
 
46
 
600
320
425
93
 
∥157.3
650
160
250
97
364
∥96.4
700
85
145
98
 
∥62.5
4Cr5MoV1Si
(H13
室溫
1570
1670
48
50
48.7∥
 
 
300
 
 
 
72
 
600
860
1030
65
 
∥343.6
650
425
520
83
99
∥268.7
700
250
335
91
 
∥196.0
3Cr2MoWVNi
(B3
室溫
1550
1580
59
82
48.7∥
676
11
300
 
 
 
104
 
600
845
995
60
 
∥315.0
650
710
825
65
106
∥277.0
700
405
505
77
 
∥248.3
4Cr2MoVNi
-O#/7#
(B2
室溫
1350/1450
1440/1480
59/59
110∥80
45/46∥
652
12
200
 
 
 
96/89
 
300
 
 
 
103/96
 
600
680/730
775/820
82/75
 
∥252.3/248.3
650
495/550
535/600
89/78
235/228
∥183.1/199.8
700
220/300
250/335
97/91
 
∥113.2/113.6
 
※該表主要是一汽試驗(yàn)數(shù)據(jù)。※該表最后兩項(xiàng)指標(biāo)為機(jī)電所試驗(yàn)數(shù)據(jù)
※熱穩(wěn)定性能的物理意義——在模具鋼試樣保溫2h后,其硬度降至HRC35時(shí),其加熱溫度。
※熱疲勞性能,其評及共分20級,評級數(shù)大者,其疲勞性能為最差。
 
2.2 B3鋼與H13鋼各種性能比較

從表2顯而易見:B3鋼熱韌性能,熱疲勞性能、熱穩(wěn)定性能、紅硬性能等,是最好的。這性能均高于H13鋼。因此B3鋼用于機(jī)鍛模和精鍛模,其壽命好于H13鋼。

3.B3鋼特性                                               
3.1 良好淬透性、即使模具截面積大,也可獲得表面,心部均勻的硬度分布。
3.2 機(jī)械性能基本各向同性。
3.3 高的熱強(qiáng)性能,高的耐熱疲勞性能,高的熱韌性。     
3.4 抗高溫軟化性能好、見圖1。


圖1抗回火軟化曲線(室溫硬度HRC42)

3.5 易于進(jìn)行補(bǔ)焊翻新。

 
B3鋼之所以具備:高的熱強(qiáng)性能、高的耐熱疲勞性能、高的熱韌性能和高的熱穩(wěn)定性能等,是由于B3鋼高溫回火時(shí),析出細(xì)小的碳化物(Cr7C3、MoC、V4C3)而產(chǎn)生的沉淀強(qiáng)化。同時(shí),還要依靠基體的晶細(xì)結(jié)構(gòu)(如位錯(cuò))的穩(wěn)定性,提高基
體的回復(fù)與再結(jié)晶抗力。
 
4 B3鋼的熱處理

由圖2B3鋼(3Cr2WMoVNi)TTT曲線,該曲線采用金相法測定。TTT曲線,顯示珠光體、貝氏體和馬氏體轉(zhuǎn)變區(qū)。其臨界點(diǎn):

A1=816℃   
A3=833℃ 
Ms=268℃
并按該曲線為基礎(chǔ)指導(dǎo)與確定,B3鋼(3Cr2WMoVNi)球化退火工藝與最佳淬火工藝。
 
 

 

圖2 B3鋼TTT曲線

 
 
4.1  球化退火
B3鋼球化退火工藝見圖3。

退火后的硬度為:HB=207~255
4.2  最佳淬火工藝,B3鋼熱處理工藝見圖4。

4.2.1采用圖4回火溫度,其硬度為HRc40~50

4.2.2要求較高抗回火穩(wěn)定性的模具,可采用上限淬火溫度。
要求良好韌性的模具采用下限淬火溫度。
 
 
4.3  B3鋼與H13鋼在1020℃淬火,不同回火溫度,其硬度值對比曲線,如圖5。
該曲線說明在低于560℃時(shí),其H13模具硬度偏高,但高于560℃回火時(shí),則B3鋼模具硬度偏高。因此不難理解為何B3鋼模具熱強(qiáng)性優(yōu)于H13鋼模具。況且從表2中,獲悉B3鋼熱韌性、熱疲勞性能、熱穩(wěn)定性又最好。
因此往往在熱精鍛時(shí),用B3鋼替代H13
4.4  應(yīng)當(dāng)探討的兩個(gè)問題
4.4.1  關(guān)于模塊尺寸效應(yīng)問題

H13
H11與H13可以具有較高的抗回火穩(wěn)定性,這是由于鋼中含有5%的鉻,使得鋼中增加了碳化物的數(shù)量,尤其是大截面模塊心部,碳化物分布是不均勻的(偏析較為嚴(yán)重),使鋼各向異性加大,對模塊尺寸效應(yīng)非常敏感,即隨著模塊厚度的增加,沖擊韌性與塑性變壞,易使模具脆斷。其表3說明這個(gè)問題。

 
H13不同冷速及尺寸對沖擊值影響  表3
淬火溫度(℃)
回火溫度(℃)
ak
Kg·M/cM2
溫度
試樣(mm)
冷卻
溫度
硬度HRC
1020
10×10×55
油冷
560
47~49
5.5
φ200  心部
油冷
49~50
1.5
φ120 心部
空冷
50~51
1.2
 

 
許多資料證明,當(dāng)模塊厚度小于60mm~80mm時(shí),其沖擊值不低于5CrNiMo(HRc38~42,其沖擊值為3~4kg·M/cM2),但厚度增大時(shí),性能顯著變壞。因此在選用H13時(shí)制造鍛模時(shí),模塊厚度尺寸,最好不要超過100~120。

4.4.2  不同冷卻速度對B3鋼沖擊韌性的影響
不同冷卻速度對B3鋼沖擊韌性的影響見圖6。

 V 冷卻

模塊回火后一般都采用空氣冷卻,模塊尺寸越大冷卻也就越慢。為驗(yàn)證B3鋼是否存在第二類回火脆性,將沖擊試樣經(jīng)1000℃淬火,600℃回火,分別在油中、空氣中、砂中,及隨爐冷卻到室溫,結(jié)果如圖6顯示的那樣,此種材料沒有第二類回火脆性。

5  B3鋼(3Cr2WMoVNi)的應(yīng)用
 
 
5.1             一汽機(jī)鍛模壽命比較見表4
表4 一汽機(jī)鍛模壽命統(tǒng)計(jì)表
模塊
尺寸/mm
鍛件
名稱
老   鋼  號
新 鋼 號
材料
HRC
壽命(件)
材料
HRC
壽命(件)
提高壽命%
1
290×310×200
萬向節(jié)叉
5CrNiMo
38-42
4500
H13
43
5515
23
2
290×310×200
萬向節(jié)叉
5CrNiMo
38-42
4500
B3
36-38
6500
44
3
 
290×310×200
萬向節(jié)叉
5CrNiMo
38-42
4500
B3
38-42
11380
153
4
 
290×310×200
萬向節(jié)叉
5CrNiMo
38-42
4500
B3
46-48
13140
192
5
260×290×171
萬向節(jié)叉
5CrNiMo
38-42
4500
B3
37-39
15247
239
6
φ300×135
突緣
5CrNiMo
42-44
9000
B3
42-44
16957
88
7
φ320×300
羊角
5CrNiMo
38-42
2500
B3
34-36
3955
58
8
360×270×170
滑動叉
5CrNiMo
42-47
8000
B3
42-47
10990
37
 
從一汽統(tǒng)計(jì)表中得知,萬向節(jié)叉用H13鋼模具生產(chǎn)同5CrNiMo壽命比可提高23%,但用B3鋼模具生產(chǎn)該鍛件壽命,可提高從44%到192%。其突緣、羊角、滑動叉分別提高88%、58%、37%。
5.2       400t、630t模鍛水壓機(jī)生產(chǎn)炮彈頭的新舊鋼模具壽命對比見  表5
 
廠名
炮彈頭沖孔新舊模具壽命對比B3/ H13
彈頭拔伸沖子壽命對比B3/ H13
123
 
1200/800
672
150/80
 
 
5.3       山海關(guān)橋梁廠3000t油壓機(jī)生產(chǎn)60At軌B3H13模具壽命對比見  表6
 
山海關(guān)橋梁廠
舊模具H13
新模具B3
生產(chǎn)At軌數(shù)量(根)
300
400
 
5.4       寶雞橋梁廠5000t油壓機(jī)生產(chǎn)60At軌新舊模具壽命對比見  表7
 
   名稱 
壽命
  (根)
材質(zhì)
整形模
予鍛模
軌頭模
端頭擋塊
主要失
效形式
5CrMnMo
250
364
356
198
龜裂、壓塌、磨損
B3
545
764
780
436
龜裂、壓塌、磨損
 
從表上看壽命均提高一倍以上。
6  結(jié)論
6.1  B3綱有良好的室溫與高溫力學(xué)性能,尤其熱韌性、熱疲勞性能、熱穩(wěn)定性能均高于H13
6.2 B3鋼之所以熱強(qiáng)性高、熱韌性高、熱穩(wěn)定性高、熱疲勞性能高,主要是由于有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)組織和基體有高的回復(fù)與再結(jié)晶抗力。
6.3 B3鋼熱處理時(shí)淬透性好,模具翻新不用退火。
6.4 B3鋼機(jī)鍛模壽命可提高:一般是50%~100%個(gè)別可提高到100%以上。
 
 
參考資料
 
(1)機(jī)車車輛工藝,1998.2“熱作模具鋼材料的發(fā)展”。
(2)汽車工藝與材料1996.9“三種模具鋼室溫及高溫力學(xué)性能”。
(3)鋼鐵1999.10“熱鍛模材料在一汽的應(yīng)用”。
(4)“鍛造模具用鋼的選擇與應(yīng)用”。       機(jī)電所   李平安
(5)第一汽車制造廠“機(jī)鍛模新材料3Cr2WMoVNi的研究”。
(6)“B3鋼在鋼軌壓型模具上的應(yīng)用”。
(7)應(yīng)用“壽命數(shù)據(jù)分別來自各工廠的試驗(yàn)”。
 
 
 
 
 

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