W6Mo5Cr4V2/Cr12MoV钢冲头热处理工艺研究

2019-07-24赵亮

热处理技术与装备 2019年3期

赵亮

(北京中丽制机工程技术有限公司，北京 101111)

冲头是冲压模具中的易损件，必须具备高强度、高耐磨性、高硬度、高韧性、良好的工艺性等[1]。在具体选择冲头件材料时，不仅能满足冲头的工作条件，生产成本同样是选材必须考虑的重要问题，因为材料在冲头生产成本中占有较大的比重，不同材料的价格差异很大。因此在批量生产中，选用材料对成本的控制尤为重要。图1为生产使用的冲头，材料W6Mo5Cr4V2。Cr12MoV同样具有较高的淬透性和淬硬性，以及较好的耐磨性和尺寸稳定性，是冲压模具的优选材料。摩擦焊因适合异种金属焊接，焊接参数可控、质量可靠等优点而广泛应用[2]。为降低生产成本，利用摩擦焊接技术，冲头的导向与固定(图1中50～52 HRC)部分使用Cr12MoV材料代替W6Mo5Cr4V2，可使冲头的材料成本下降60%。

图1 冲头示意图Fig.1 Schematic diagram of punch

1 试验材料及方法

试验材料为W6Mo5Cr4V2、Cr12MoV热轧圆钢，其化学成分如表1。

表1 试验用钢的化学成分(质量分数，%)

按图1所示加工外圆与焊接端面，并按摩擦焊工艺焊接，试验设备为ZCC-50摩擦焊机[3]。根据热处理原理和工艺，参考热处理数据[4]，为了减少试验次数，用正交试验，按表2中所示因素、水平，选用正交表L9(34)安排试验[5]。考核指标为硬度，W6Mo5Cr4V2钢硬度为62～64 HRC，Cr12MoV钢硬度为50～52 HRC，按每项得分值评价，满分2分，不合格一项扣减1分。每种工艺同时处理3个试样，结果取其相同材料、相同部位3点的硬度平均值。热处理工艺和设备如下：淬火加热采用ZYC2-140真空淬火炉，850 ℃×40 min预热，在淬火温度下保温45 min，油淬。回火采用箱式回火炉，每组试验在回火温度下保温，回火3次。

表2 试验因素水平表

2 试验结果及分析

试验结果见表3，试验工艺8(A2B3C2)与试验工艺9(A3B3C3)可满足冲头设计的硬度要求，但是否为最佳工艺仍需下一步分析验证。

(1)极差分析。通过对结果分析计算得出：因素A(淬火温度)取3水平(1175 ℃)为最佳；因素B(回火温度)取3水平(600 ℃)为最佳；因素C(回火时间)取1(60 min)、3(90 min)相当，在同一水平。极差RB>RA>RC，回火温度是最主要的影响因素，其次是淬火温度，回火时间在该时间段内对于前两者相对次要。由于淬火温度在1160、1175 ℃均有达到要求的试验结果，而1175 ℃已达到Cr12MoV钢的淬火温度上限，提高淬火温度将使晶粒粗大，淬火组织形成粗针状马氏体，影响其机械性能；回火温度只有在600 ℃时两种材料W6Mo5Cr4V2、Cr12MoV符合要求，故仍以此温度进行验证试验。

根据以上分析试验因素需要进一步进行验证试验，淬火温度在1160～1175 ℃之间选择，由于两种温度之间差别不大，因此淬火温度选择1168 ℃一个水平进行验证。得到的验证结果如表4。

表3 热处理试验结果分析表

表4 试验验证结果

试验验证表明，以A3B3C2为条件进行的冲头热处理，其回火硬度是符合技术要求最好的级，因此A3B3C2为较优方案。

(2)金相分析。图2为W6Mo5Cr4V2/Cr12MoV钢摩擦焊后A3B3C2方案淬火、回火后的显微组织；亮带为焊缝致密组织的冶金结合；左侧Cr12MoV钢的显微组织：主要由回火针状马氏体+碳化物+残余奥氏体；右侧W6Mo5Cr4V2钢的显微组织：回火细针马氏体+分散分布的碳化物+少量残余奥氏体。

(3)效果评价。由于W6Mo5Cr4V2/Cr12MoV钢冲头工作部分W6Mo5Cr4V2材料硬度高，具有足够的强度和耐磨性，固定和导向部分Cr12MoV材料硬度稍低具有很好的韧性而又不失强度。因此W6Mo5Cr4V2/Cr12MoV钢冲头具有优异的强韧性，避免了使用中的脆断情况，并在实际生产中得到验证，效果良好。