上夾口熱處理工藝與性能的研究

譚兆湛

（華南理工大學(xué)廣州學(xué)院機(jī)械實(shí)驗(yàn)中心，廣州 510800）

1 引言

某公司生產(chǎn)塑料瓶所用的模具配件-上夾口，材料為2Cr13、4Cr13，硬度要求為30～35HRC；用該公司原有的熱處理工藝淬火后表面硬度和切削性能雖然都沒(méi)問(wèn)題，但其熱處理工藝時(shí)間周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，不符合經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保節(jié)能的理念。因此該公司提出了優(yōu)化工藝、縮短生產(chǎn)時(shí)間的要求，由我方研究相關(guān)的工藝改進(jìn)工作。

2 熱處理工藝的改進(jìn)

2Cr13、4Cr13 是一種馬氏體型不銹鋼，通過(guò)熱處理強(qiáng)化后具有良好的強(qiáng)度、塑性、韌性及耐蝕性能。從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，選用國(guó)產(chǎn)材料做塑料模具較合理，但要達(dá)到模具所需硬度、性能，必須采用不同的熱處理設(shè)備及各種熱處理工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)該公司現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備制定了相應(yīng)的熱處理工藝（如圖1），并提出下面幾點(diǎn)要求：①使用防氧化脫碳涂料保護(hù)工件表面，以增加工件淬透性（工件心部淬透）使心部和表面通過(guò)回火后得到一致的硬度。②裝爐要適當(dāng)，要間隔分開(kāi)留有空隙。③根據(jù)工件的有效厚度（約80mm），依據(jù)空氣爐的加熱系數(shù)計(jì)算可采用850℃保溫90min 后再升至1020℃保溫100min，以保證組織充分奧氏體化。④模具入油池淬火時(shí)，吊車(chē)要上下移動(dòng)約15～20min，油冷到100℃左右出油，出油后工件要在空氣中自然冷卻2h，以保證馬氏體組織有足夠的時(shí)間轉(zhuǎn)變，然后再吊入回火爐中回火。⑤模具的回火時(shí)間每次為270min（即4.5h），要求回火兩次。

圖1 熱處理工藝圖

3 實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果

3.1 硬度與粗糙度（如表1）

表1

3.2 金相

完成相關(guān)的淬火及回火后分別在2Cr13、4Cr13 工件中各抽取一件在表面和中心上截取試樣，對(duì)其進(jìn)行金相觀察，并且對(duì)2Cr13的原材料也進(jìn)行金相觀察。

圖2 2Cr13的球化退火組織 500×

圖2中組織為球粒狀珠光體和沿晶斷續(xù)分布之顆粒狀碳化物。

2Cr13 屬亞共析不銹鋼，退火組織預(yù)備完善，淬火加熱能使碳化物充分固溶于奧氏體，可獲得無(wú)殘余鐵素體或少量鐵素體及中等針狀馬氏體，回火后獲得回火索氏體組織，其耐蝕性與強(qiáng)韌性均較優(yōu)良。

圖3中組織為帶馬氏體位向的均勻回火索氏體，屬正常的調(diào)質(zhì)組織，工件完全淬透，中心與表面組織一致。

2Cr13 經(jīng)調(diào)質(zhì)后具有很高的強(qiáng)度和良好的綜合性能，可以用于承受較高應(yīng)力的零件，如耐有機(jī)酸、鹽的水溶液和食品介質(zhì)的設(shè)備。

圖3 2Cr13的淬火組織 500×

圖4中組織為均勻回火索氏體+細(xì)小顆粒狀碳化物，屬正常的調(diào)質(zhì)組織，工件完全淬透，中心與表面組織一致。

圖4 4Cr13的淬火組織 500×

4Cr13 經(jīng)調(diào)質(zhì)后具有較高的強(qiáng)度與韌性相配合和較高的耐蝕性。

4 結(jié)論

由圖2 可知，2Cr13 原材料的預(yù)備熱處理達(dá)到了要求的球化效果。由圖3 和圖4 可知，2Cr13、4Cr13 采用實(shí)驗(yàn)工藝進(jìn)行淬火、回火后可以獲得理想的索氏體組織，達(dá)到了正常的調(diào)質(zhì)組織。該公司原來(lái)的熱處理工藝：650℃×3h→升溫至850℃×3h→升溫至1020℃×3h+（550～580）℃×8h×2 次；優(yōu)化后的熱處理工藝：650℃×1.3h→升溫至1020℃×1.4h+（550～580）℃×4.5h×2 次。兩種工藝相比較，優(yōu)化后的熱處理工藝明顯比原工藝節(jié)省了將近10h，直接產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了節(jié)能的效果。

另外，該公司的上夾口半邊模外圓預(yù)留了2mm的余量，由于半邊模屬形狀簡(jiǎn)單的模具，考慮到熱處理變形不大，加上表面有抗氧化脫碳的涂料保護(hù)，建議可減少1mm的余量，以減少原材料的浪費(fèi)。

［1］梁耀能.機(jī)械工程材料［M］.廣州：華南理工大學(xué)出版社，2009.