新型模具材料XW—42的熱處理工藝研究

王仙萌，王振強

(1.西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089；2.永濟電機公司 工模具分廠，山西 運城 044502)

企業的電機沖片用量越來越大，精度要求越來越高，并且對沖片用冷作模具鋼的穩定性和耐磨性提出了較高的要求。以往使用的模具材料Cr12MoV，淬火后易出現硬度不均勻、線切割出現裂紋和使用壽命低的現象，直接影響正常的生產。為解決這一生產問題，現采用新型模具材料XW—42，相當于我國國標的Cr12Mo1V1，該鋼材品質純凈，碳化物相對均勻，是一種高碳高鉻、鉬釩合金工具鋼，具有高耐磨性、高抗壓強度和良好的淬火穩定性等一系列優異的力學性能，常被用作需要很好耐磨性和適當韌性(抗沖擊)的模具。金屬熱處理工藝方法的正確選用和實施會直接影響到機械產品的性能、使用壽命和使用安全性等，對開發新產品和提高產品競爭力有重要作用[1-2]。本文從材料XW—42的熱處理工藝進行探討，并最終確定這一新型材料的熱處理工藝，希望可為模具工業(材料選擇)提供理論支撐與試驗基礎。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料采用瑞典牌號的沖壓模具材料XW—42[3]，其化學成分見表1。

表1 XW—42的化學成分(質量分數) (%)

1.2 工藝與性能表征

將材料加工成規格為248 mm×240 mm×50 mm的試樣，試樣模型如圖1所示。對其進行淬火和回火工藝，試驗鋼件的淬火在WZC-60真空淬火爐中進行，回火在RJJ-36-6井式回火爐中進行。在HRD-150洛式硬度計上進行硬度測試，在XJ2-A1上進行金相觀察試驗。

圖1 試樣模型

2 結果與討論

2.1 熱處理工藝初探

根據現有Cr12MoV熱處理工藝，初步確定XW—42的淬火工藝[4]，如圖2所示，奧氏體化溫度為1 050 ℃，保溫150 min，預冷3 min，入熱油(油溫為50～70 ℃)。工件出油時出現濃煙現象，風冷到70～80 ℃，應立即回火。如圖3所示，495 ℃時保溫4.5 h，風冷到≤100 ℃，進行第2次回火，工藝同第1次回火。

圖2 初步淬火工藝

圖3 初步回火工藝

工件淬火冷卻到100 ℃時，測定試樣的硬度為57～58.5 HRC；第1次回火后，測定試樣的硬度為57～59 HRC；第2次回火并冷卻至室溫時，測定試樣的硬度在59.5～60.5 HRC均布，其平均值為60 HRC。從上述試驗結果可以看出，淬火硬度比使用要求偏低(根據經驗，要求使用硬度≥60 HRC)，工件出現的濃煙現象根據經驗應該是出油溫度偏高(約為300 ℃)。材料在495 ℃時高溫回火，試樣硬度達最高值。由于實際生產設備存在溫度偏差，所以回火溫度根據井式爐的實際工況進行適當調整。

2.2 確定熱處理工藝

車間模具的工件厚度平均為40～60 mm，淬火時去掉預冷，直接入熱油(油溫為50～70 ℃)冷卻，冷卻至200 ℃左右出油，直至50 ℃左右時立即回火。第1次回火后要冷卻到室溫，再進行第2次回火，熱處理后的試樣硬度檢測結果如圖4所示，硬度為60～61 HRC。

圖4 回火后試樣硬度

通過上述熱處理工藝初探，確定最終的淬火工藝如圖5所示，最終的回火工藝如圖6所示。

圖5 最終的淬火工藝

圖6 最終的回火工藝

淬火的溫度為1 050 ℃，經過金相試驗分析，組織為均勻、細小的馬氏體，可以顯著提高試樣的硬度和耐磨性。其組織如圖7所示。

圖7 淬火后的金相組織

與初探回火工藝相比，回火溫度為485 ℃，降低了10 ℃，碳化物更均勻，組織為回火索氏體+大量彌散分布的碳化物+少量的殘余奧氏體，更加細小。回火后的金相組織如圖8所示。

a) 495 ℃ b) 485 ℃圖8 回火后的金相組織

使用新型模具材料XW—42制作的模具，熱處理采用高淬高回的工藝，經過半年時間的實踐，熱處理工件的線切割質量基本穩定，熱處理后硬度值約為60～61 HRC，且分布均勻，上下偏差≤1 HRC，熱處理應力充分消除，避免了線切割開裂，從而大大縮短了模具制造周期，使模具壽命提高了2～3倍，保證了企業電機沖片的質量和生產進度。

3 結語

通過上述分析，可以得出如下結論。

1)對于新型模具材料XW—42的最佳熱處理工藝為：1 050 ℃×90 min淬火+485 ℃×3.5 h回火2次。淬火和回火的保溫時間可根據模具大小和形狀以燒透為原則進行恰當的調節。

2)采用2次485 ℃×3.5 h高溫回火，消除了粗大的共晶碳化物，改善了組織性能[5]。

[1]甘建蓉．表面熱處理的常見缺陷及補救辦法[J]．熱加工工藝，2006(12)：59．

[2]任曉峰，包文紅．Cr12MoV鋼模具的熱處理[J]．機械研究與應用，2011(3)：91-92．

[3]中國機械工程學會熱處理學會. 熱處理手冊 第1卷：熱處理基礎[M]. 3版. 北京：機械工業出版社，2002．

[4]胡志忠．鋼及其熱處理曲線手冊[M]. 北京：國防工業出版社，1986．

[5]趙祖德，胡傳凱，曹洋，等．冷作模具鋼XW—42強韌化工藝研究[J]．模具工業，2007(10)：68-70．