可提高模具壽命的循環(huán)超細化熱處理

    模具，特別是精沖模具，在機械制造業(yè)中起重要作用。提高模具使用壽命，對于提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，保證產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。采用次的合金材料，固然可以提高模具壽命，但會增加成本。利用晶粒細化來提高材料力學(xué)性能，能同時提高室溫下的強度和韌塑性，還可以有效地提高疲勞極限，而用適當?shù)臒崽幚砑纯色@得細晶粒。熱處理細化晶粒主要有形變熱處理和循環(huán)熱處理，對于提高模具的使用壽命，較適宜的熱處理方法是循環(huán)超細化熱處理，循環(huán)熱處理只進行加熱、冷卻工序，是一種比較簡便易行的晶粒細化方法。  

    過去，曾報道用循環(huán)熱處理方法細化鑄造Ti-46Al-8.5Nb-0.2W合金，使其粗大的層片組織轉(zhuǎn)變均勻細小的等軸組織。zui近，左傳付等人對碳素工具鋼材料（T8A，其主要化學(xué)成分為0.86C、0.30Si、0.25Mn、0.02S、0.023P、0.10Cr、0.08Ni余量Fe）采用擺動式循環(huán)快速加熱—冷卻淬火工藝，也實現(xiàn)了晶粒超細化。其基本熱處理工藝是：采用溫度高于Ac1和低于Ar1的兩個鹽浴爐，先將工件放入高于Ac1的高溫鹽浴爐中加熱到正常淬火溫度，然后迅速轉(zhuǎn)到另一鹽浴爐內(nèi)冷卻到Ar1以下30-50℃，如此反復(fù)循環(huán)，zui后一次由Ac1以上溫度淬火。淬火后在200℃回火2小時。  

檢測表明，經(jīng)循環(huán)熱處理后的工件，馬氏體細小，碳化物和殘留奧氏體呈球狀顆粒均勻分布。實際應(yīng)用表明，對T8A鋼制的電動機轉(zhuǎn)子鐵芯沖裁凸、凹模具通過擺動循環(huán)熱處理工藝進行4次循環(huán)處理，770-780℃加熱，660-670℃等溫，zui后一次淬火后在200℃回火2小時，其使用壽命由1.2萬件提高到4萬件以上，在模具表面和內(nèi)部沒有裂紋產(chǎn)生，效果十分明顯。  

    采用擺動循環(huán)熱處理之所以能獲得均勻、細小的組織，主要是充分利用了快速加熱和循環(huán)處理兩方面的作用：鹽浴加熱為快速加熱，可急劇形成大量奧氏體晶核，從而獲得細小的晶粒；加熱速度越快，淬火加熱溫度越低，細化效果越好。反復(fù)加熱、冷卻循環(huán)，一方面促進前次加熱未形核的部位形核，另一方面則使已形核的晶粒進一步細化。每加熱一次，奧氏體晶粒就被細化一次，使下一次奧氏體化的形核率增加。同時，快速加熱時未充分溶解的細小碳化物不但阻礙奧氏體晶粒長大，還成為形成奧氏體晶粒的非自發(fā)核心，從而獲得超細晶粒。  

    試驗表明，在zui初的幾個循環(huán)中，試樣的硬度值和沖擊值呈陡峭上升，3-5次循環(huán)熱處理可使之得到明顯提高。再增加循環(huán)次數(shù)，試樣的硬度值和沖擊值改變不明顯。6次左右的循環(huán)熱處理大體接近細化界限。過分地增加循環(huán)次數(shù)，不利于提高熱處理效率，循環(huán)次數(shù)以4-5次為*。