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9SiCr模具鋼真空熱處理后的組織和性能研究
來源: | 作者:東啟特鋼 | 發布時間: 2021-06-25 | 26 次瀏覽 | 分享到:
9SiCr模具鋼真空熱處理后的組織和性能研究
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  9SiCr模具鋼真空熱處理后的組織和性能研究


  分別對9SiCr模具鋼零件進行真空熱處理和電爐熱處理后的表面質量、變形、金相組織、沖擊韌性、斷口形貌和耐磨性進行了測定。結果表明,9SiCr模具鋼零件經真空熱處理后表面無氧化和脫碳現象。零件變形較小,硬度較高;耐磨性和沖擊韌性明顯提高。

模具鋼

  真空熱處理后,爐內試樣的回火馬氏體更細小,碳化物顆粒分布更均勻。從斷口形貌可以看出,真空熱處理后,帶爐試樣有較多的韌窩,零件的沖擊韌性明顯較好。


  9SiCr模具鋼是一種國內外廣泛使用的低合金模具鋼,具有較高的淬透性、硬化能力和回火穩定性。由于刀具鋼制零件的傳統熱處理主要采用鹽浴淬火和箱式電阻爐淬火,后來一些零件采用保護氣氛爐淬火。然而,許多文獻指出,真空熱處理在模具和刀具的各種熱處理方法中具有明顯的優勢。真空熱處理具有不加熱氧化、不脫碳、變形小、零件表面光亮、爐溫均勻性好、自動化程度高等特點。同時,真空熱處理可以有效控制加熱和冷卻速度,零件變形小于普通電阻爐熱處理。普通電爐淬火回火往往使零件韌性不足,使生產的模具和刀具經常崩斷,造成早期失效,影響模具使用壽命。模具失效分析表明,熱處理影響最大,約占50%。


  目前,國內外對9SiCr模具鋼真空熱處理的研究很少。鑒于此,分別對9SiCr模具鋼進行了普通電爐熱處理和真空爐熱處理,并通過硬度、變形、耐磨性、沖擊韌性和拉伸強度的對比,初步探索了9SiCr模具鋼的真空熱處理工藝。


  1.實驗材料和方法


  1.1、試驗材料


  本文選用的材料為9SiCr鋼,


  9SiCr鋼的化學成分


  1.2、設備和熱處理工藝


  真空熱處理采用北京航天沈劍公司生產的雙腔真空油淬爐,普通電爐采用重慶飛達電爐廠生產的普通箱式電阻爐。


  準18mm×150mm試樣分為兩組,一組為真空熱處理,另一組為普通電阻爐熱處理。


  加熱前將真空爐加熱室內的真空壓力抽至13.3 Pa以下,真空工作壓力始終保持在1.33~13.3Pa,淬火時先充氬氣后加油,通過再充氬氣將油位壓力控制在5×104 Pa左右。將零件加熱至一定溫度,將普通電爐放入爐中,淬火溫度為(860±10)℃,保溫時間為40分鐘,油淬?;鼗鸩捎闷胀ň窖h風機電爐,回火溫度200℃,保溫時間150分鐘,空冷。


  2.結果和分析


  2.1、變形比較


  熱處理后,試樣或多或少會變形。從表2可以看出,電爐熱處理的變形量為0.116mm,真空熱處理的變形量僅為0.057mm,可見真空熱處理后試樣的變形量遠小于電爐熱處理。主要是真空爐本身傳熱慢,使得內外部件溫差小,加熱均勻,熱應力變形減小。同時,由于真空爐的淬火過程是自動控制的,減少了外界干擾造成的變形。電爐的裝料方式是在溫的溫度下入爐,使零件內外受熱不均勻,熱應力大,所以變形大。


  2.2硬度和耐磨性的比較


  從表3可以看出,真空熱處理后樣品的硬度較高,約高2 HRC。普通熱處理后樣品的磨損量明顯大于真空熱處理后,耐磨性提高了60%左右,表明真空熱處理后樣品的耐磨性有了很大提高。這是因為在真空中加熱時,真空爐中的殘余氣體是有機蒸汽,如H2O、一氧化碳、二氧化碳、油脂等。,工件表面處于活性狀態,零件不易脫碳,真空熱處理具有除氣脫脂功能,因此真空熱處理后樣品表面幾乎沒有氧化皮,硬度更高,表面更光滑。相反,用普通電爐加熱時,樣品表面容易氧化脫碳,因此真空熱處理后樣品的硬度較高,可以提高材料的耐磨性。


  2.3機械性能的比較


  從沖擊韌性和拉伸試驗的對比可以看出,真空熱處理后樣品的沖擊韌性和拉伸強度更大。這是因為鋼零件是在真空下加熱的,因為真空熱處理過程中采用了預熱,使零件內外加熱更加均勻,真空淬火時沒有阻礙冷卻的氧化膜,零件淬火成油時各表面的冷卻速度大致相同,真空淬火后回火試樣的金相組織為細針狀回火馬氏體,所以9SiCr鋼真空淬火后的沖擊韌性和抗拉強度優于普通熱處理。


  2.4、斷口形貌對比


  從斷口形貌來看,斷口多為韌性斷口,高倍顯微鏡下韌性斷口的形貌由韌窩和撕裂脊組成??梢钥闯?,真空熱處理后的韌性斷裂中有許多韌窩,表明真空熱處理后的材料韌性較好。這是因為真空熱處理是在真空狀態下通過輻射傳熱加熱,加熱過程中的熱應力和內應力減小,導致淬火后殘余內應力小,內部組織和碳化物分布均勻。因此,真空熱處理后的試樣斷口有較多的韌窩,普通熱處理后的試樣強度和韌性不如真空熱處理。


  3.結論


  (1)真空熱處理后,9sicr鋼表面無氧化、脫碳等現象。真空熱處理后,材料表面質量更好,變形明顯小于普通電爐熱處理。


  (2)真空熱處理后,9sicr鋼的硬度分布更加均勻,提高了2 HRC,力學性能更好,變形量減少50%,耐磨性提高60%,抗拉強度提高15%左右。


  (9sicr鋼真空熱處理后的斷口形貌較理想,斷口韌窩比普通電爐熱處理后多。


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