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3Cr2W8V鋼是目前廣泛應用的壓鑄模具鋼，內蒙古某電機廠的電機轉子鋁壓鑄模具 就是采用此種鋼制造。模具外形如圖1所示，壓鑄是在130噸壓鑄機上進行。模具型腔 面與高溫鋁液頻繁接觸，承受由于反復加熱與冷卻而產生的交變應力作用。同時，型腔承 受很大的擠壓、沖擊和摩擦，模具工作條件極為苛刻。在此種工作條件下，模具的失效方 式為粘鋁、龜裂和早期服裂，致使模具壽命不高。模具的早期脆裂是失效的主要矛盾，模 具的硬度和強度指標過高以及韌性不足是導 致早期脆裂的原因。為了提高模具的壽命， 必須提高3Cr2W8V鋼的綜合性能，對此，我 們進行了研究。

1 試驗方法

試驗材料為3Cr2W8V鋼，其成分為：0．376％C，2．40％Cr，8．10％W，0．4％V， ≤0．4％Si，≤0．4％Mn。

本試驗采用10×10×55(mm)標準梅氏沖擊試樣。抗粘鋁和熱疲勞試樣尺寸如圖2 所示。用JB30沖擊試驗機、HR—150洛氏硬度計、HB—3000布氏硬度計、Instron—1251 型電液伺服萬能材料試驗機測定沖擊韌性、 硬度、斷裂韌度等指標。用電阻加熱爐(內放 鋁坩堝)加熱到700℃，隨后水冷的方式進行 熱疲勞試驗。 Neophot型金相顯微鏡觀察球 化退火組織，用DS—III型掃描電鏡觀察斷裂 韌度試樣斷口形貌。

2 試驗結果及分析

2.1 氣體氮碳共滲對抗粘鋁和熱疲勞性能的影響

將熱疲勞試樣校正常工藝調質處理后，再將一部分試樣在570℃×3h進行氣體氮碳 共滲，另一部分試樣不進行氮碳共滲，然后進行對比試驗。試驗過程是：將試樣放入 700℃的鋁液中加熱5秒鐘，然后立即放入水中急冷，每次重復上述工藝過程。試驗結果 表明，未經氮碳共滲的試樣，3—5次循環就粘鋁，而經過氮碳共滲的試樣，幾百次以后仍 末出現粘鋁現象，而且脫模容易。還發現，未經氮碳共滲的試樣，經60次循環，試樣表面 就出現微裂紋，而經過氮碳共滲的試樣，試驗160次循環以后開始出現微裂紋，證明了經 過氮碳共滲的試樣抗熱疲勞性能好，比未經氮碳共滲的試樣的抗熱疲勞性提高1．6倍。

氮碳共滲后的試樣，其最表面是白亮層，由比較致密的 ε—Fe2—3(N，C)化合物組 成 [1] ，這與鋁的晶體結構不同，且浸潤性不好，這可能是試樣不粘鋁的原因。

材料的熱疲勞性能是決定熱模具壽命的重要指標之一。熱疲勞除了與材料的導熱系 數和熱膨脹系數等物理性質有關外，還與材料的高溫強度和塑性有關。熱疲勞裂紋往往 在表面熱應力最大的區域形成，模具表面受到劇烈氧化時會加速損傷過程，若材料抗氧化 性能好，則可減輕損傷。試樣經氮碳共滲后，高溫屈服強度提高，塑變抗力提高，延緩了裂 紋萌生，同時，氮碳共滲試樣的表層具有抗氧化性，可減輕氧化侵蝕時的損傷過程，這可能 是提高抗熱疲勞性的原因。

2.2 球化退火工藝優選

熱模具鋼一般都采用中溫加熱退火和等溫球化退火作為預處理工藝，用這種工藝處 理，3Cr2W8V鋼球化組織不均勻，碳化物的形貌和分布不好，模具的強韌性不足，因而使 用壽命低，三向循環鍛造雖改善碳化物偏析 [2] ，但對碳化物圓整度改善有限，而且工藝復 雜。為了獲得細小、勻、圓的碳化物，對各種球化退火工藝進行了大量試驗，優選出兩種效 果顯著的高溫固溶預處理球化退火工藝，其結果見表l、圖3、圖4。

從圖中看出，優選的兩種工藝球化退火后的組織較好，碳化物細小、均勻、圓整度好。 將圖3和圖4相比較，圖3的碳化物比圖4的碳化物細小，但碳化物的均勻性、圓整度不 如圖4，其硬度較高。所以，從機械加工的性能和碳化物的圓整度及操作方便考慮，選用 表1中的工藝2是合理的，以下試驗均采用此工藝。

2.3 不同溫度淬火回火后的硬度和沖擊韌性

將3Cr2W8V鋼用新工藝球化退火后，加工成沖擊試樣經不同溫度淬火回火后、做沖 擊試驗，并測定隨爐試樣的洛氏硬度，其結果見圖5。從圖5a可以看出，隨淬火溫度升高、硬度提高，同樣溫度回火，淬火溫度高者，硬度也高，說明高溫淬火能提高紅硬性。從圖5b可以看出，提高淬火溫度，沖擊韌性降低；淬火溫度—定時，隨回火溫度升高，沖擊韌 性提高。同樣溫度回火，淬火溫度低者，沖擊韌性高。從沖擊韌性考慮，壓鑄模具宜采用 較低溫度淬火和高溫回火的工藝。但850℃淬火比900℃淬火試樣的沖擊韌性有所降低，可能與加熱溫度太低，溶入奧氏體的合金元素少有關。因為溶入基體的合金元素減少，會降低基體的強度，影響沖擊韌性的提高。

2.4 沖擊韌性對比

對不同工藝球化退火的試樣。再經不同溫度淬火回火，對試樣的沖擊韌性進行比較， 其結果見圖6，由圖可見，在相同淬火溫度下，經過高溫固溶預處理球化退火的試樣，沖擊 韌性高。沖擊韌性提高的原因是 [3] ，經過高溫固溶預處理球化退火后，使碳化物細小均勻。

2.5 斷裂韌度KIc試驗

試驗采用三點彎曲試樣，試樣尺寸為100×20×l0(mm)。經不同工藝進行熱處理， 用φ0．15mm鉬絲切割缺口，在Amsler高頻疲勞試驗機上預制裂紋，所施負荷為試樣強 度的30％，然后在Instron—1251型電液伺服萬能材料試驗機上測定。實驗方法執行 GB416—84《金屬材料平面應變斷裂韌度KIc試驗方法》，試驗結果見表2。由表2看出、 經過高溫固溶預處理球化退火、再經淬火回火的試樣，具有高的斷裂韌度，其KIc值較常 規處理提高1.36掊。經過高溫淬火的試樣也有較高的斷裂韌度，其K1c值較常規處理 提高1倍。但回火后的硬度對KIC有較大影響，如09試樣。圖7為試樣斷口中心區的 掃描電鏡形貌。由圖7a看出，試樣斷裂特征為準解理形貌。有少量微坑、因解理面較多， 故KIC較低。由圖7b看出、試樣斷口仍為準解理形貌，但具有韌性斷裂的微坑特征，所 以，KIc顯著增高。圖7c是經過高溫固溶預處理球化退火再經淬火回火的試樣斷口電鏡 形貌，具有典型的韌性斷裂韌窩形貌，所以KIc值明顯增高。當含碳量一定時，鋼的斷裂 韌度隨碳化物的平均距離減少(通過碳化物粒子細化)而增加[4]，因此，由于高溫固溶預 處理使碳化物細化是提高3Cr2W8V鋼KIc的重要原因。

2.6 實際應用
用常規工藝處理的3Cr2W8V鋼壓鑄模具，每副模具只能壓鑄300件，模具壽命低， 后經氮碳共滲處理，模具壽命提高。但早期開裂的現象時有發生。當用新工藝+氮碳共 滲綜合處理后，避免了模具早期斷裂現象，脫模順利，模具壽命顯著提高。結果見表3。

從表3可以看出，采用新工藝+氮碳共滲(1150℃油冷+800℃爐冷+1075℃油冷+680℃ 回火二次+氮碳共滲)，取得了滿意的結果。

3 結論

（1）3Cr2W8V鋼采用高溫固溶預處理新工藝可使碳化物細小，均勻，圓整度好，同時，沖擊韌性，斷裂韌度KIc提高。
（2）采用綜合工藝處理的3Cr2W8V鋼電機轉子鋁壓鑄模具壽命顯著提高。

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