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　　　　时效硬化渗氮模具钢的应用和介绍

　　

　　　　热作模具钢的强度、韧性和耐磨性是影响模具寿命的关键特性。随着新模具材料和新热处理工艺的不断出现，热作模具的使用寿命大大提高。但H13作为一种常用的热作模具钢，在高温下强度和韧性不足，特别是渗氮处理难以获得较厚的强化耐磨渗氮层。今天，边肖将介绍时效硬化渗氮模具钢的应用和介绍。

　　

　　　　1.时效硬化钢的合金成分设计

　　

　　　　开发的时效硬化钢具有以下特征:

　　

　　　　(nak80的特点1)沉淀硬化性能好，消除了Ni。析出相主要为铬、钼、钒、铌合金碳化物，析出金属间化合物。

　　

　　　　(2)退火态具有良好的可加工性，固溶处理态具有足够的可加工性。

　　

　　　　(3)时效硬化温度在520℃-580℃之间，有利于深层渗氮硬化和基体时效硬化的同时发展。

　　

　　　　(4)表层热稳定性高，核心经渗氮和时效强化后具有良好的冲击韧性。

　　

　　　　(5)放弃油淬，采用空冷或空冷固溶处理，保证足够的淬透性。

　　

　　　　参照20Cr3Mo2NiVSi(PH)钢，金属间化合物和合金碳化物在带状低碳马氏体中析出并硬化，使钢具有较高的高温强度和耐磨性，说明热作模具具有很长的使用寿命。它应该保留高锰钢的优点(时效硬化特性)，并增加深层渗氮强化的因素。

　　

　　　　因此，设计的时效硬化钢是低碳高锰空冷低碳贝氏体/马氏体复合钢。当添加铬、钼、钒和铌时，在时效过程中形成沉淀相，在渗氮过程中形成氮化物相，同时实现时效硬化和渗氮硬化。

　　

　　　　空冷低碳贝氏体/马氏体复相钢可以获得韧性结合强的优异低碳贝氏体/马氏体组织。加入大量的Mn元素可以延缓珠光体转变，降低贝氏体的起始转变温度，从而保证在空冷或空冷条件下获得一定量的贝氏体；添加Cr有利于获得下贝氏体和渗氮硬化；加入1%以上的钼并结合铬和钒成为沉淀硬化的主要因素。Si能抑制渗碳体的析出，所以控制Si的量不能太高，有利于合金碳化物的析出和硬化；微量合金元素Nb有利于细化组织，提高强度和韧性，增加氮在晶体界面的扩散通道。

　　

　　　　2.20Cr3MnMoV钢的热处理

　　

　　　　退火温度780℃，时间3h，硬度30 ~ 36 HRC，适合机械加工。

　　

　　　　模具加工成型后，可直接进行带精加工余量的空冷固溶处理。如果精密模具需要减少变形和稳定尺寸，可以NAK80磨具寿命在600 ~ 650℃退火。

　　

　　　　固溶处理应在920℃下进行2h，散料用空气冷却，或真空加热至2×105帕，用气体淬火，硬度为40 ~ 40~44HRC。

　　

　　　　(1)不渗氮模具:空冷固溶处理后，540 ℃× 6 ~ 8h直接时效，时效后空冷，硬度48 ~ 50 HRC。老化后进行模具整理。

　　

　　　　(2)需要渗氮的模具:固溶处理后，将模具精整至规定尺寸，然后转入渗氮处理，注意不进行时效处理，简化了工艺。渗氮处理时，模具表面渗氮硬化和基体时效硬化同时进行。

　　

　　　　3.20Cr3MnMoV钢与H13钢离子渗碳的比较

　　

　　　　H13钢是热作模具钢。为了提高模具的耐磨性和使用寿命，往往在淬火回火后进行精整成型，然后进行表面氮化。热挤压模、热锻模等重型热作模往往要求深度渗氮0.2 ~ 0.3 mm以上，而压铸模、铝热挤压模要求浅渗氮0.07 ~ 0.15 mm..

　　

　　　　生产实践表明，H13钢的深度渗氮要求层深大于0.2毫米，表面组织合格，基体保持高硬度(大于480HV)。从附图可以看出，H13钢氮化0.3mm时，基体硬度仅为460HV(46.5HRC)。

　　

　　　　H13钢在520℃×20h氮化，层深0.18mm，530℃×40h氮化0.3mm，而20Cr3MnMoV钢在520℃×20h氮化，层深0.3mm，530℃×4进口nak80模具钢0h氮化，层深0.5mm..

　　

　　　　4.时效硬化钢的渗氮变形

　　

　　　　时效钢模具固溶处理后的渗氮与一般调质钢不同，因为前者在渗氮时需要基体时效硬化，后者在渗氮时基体回火索氏体后一般不变。

　　

　　　　为了确定时效钢模具的渗氮变形，分别测量了时效钢试棒的时效和渗氮尺寸变化，并比较了调质钢试样的渗氮尺寸变化。实验结果表明，渗氮生产的时效硬化钢的尺寸变化略大于普通调质钢。调质钢42CrMo氮化0.4mm，尺寸变化2/。渗氮时基体时效硬化引起的时效硬化钢尺寸变化约为2/，即100mm厚的模具由于时效硬化引起的晶格畸变和基体膨胀，尺寸可能增加约0.02mm。这种微小的尺寸变化可以通过在渗氮前将模具加工到负公差范围，或者在渗氮前留下细磨量来控制。

　　

　　　　试验结果还表明，与两级渗氮相比，时效硬化钢的一级渗氮变形和尺寸变化较小。当渗氮层深度为0.4 ~ 0.5 mm时，一级渗氮的尺寸变化约为2 ‰，二级渗氮的尺寸变化约为5 ‰。调质钢在第二阶段渗氮时的尺寸变化约为万分之二。因此，除非渗氮层深度大于0.5毫米，否则时效硬化钢通常一步渗氮。

　　

　　　　5.20Cr3MnMoV钢的热稳定性试验

　　

　　　　20Cr3MnMoV钢试样经900℃×3h空冷固溶处理后，进行高温时效试验。硬度为560℃时效2h后的482HV(48HRC)，560℃时效35h后的475HV(47.5HRC)。由此可见，20Cr3MnMoV钢在高温下具有很高的抗软化能力，这对热挤压模具和热锻模具具有重要意义。

　　

　　　　6.应用前景

　　

　　　　(1)时效硬化渗氮模具钢20Cr3MnMoV可用于制造热锻模具、热挤压模具和其他热作模具。在固溶时效状态下使用，硬度可保持在48 ~ 50 HRC以上，有望比H13钢具有更高的强度、韧性和使用寿命。

nak80应用举例模具钢　　

　　　　(2)为了提高模具的耐磨性和使用寿命，可以在空冷固溶处理后对模具进行渗氮，将渗氮和时效工艺融为一体，取消了传统的油淬工艺，简化了工艺。

　　

　　　　(3)3)20cr 3 nmov钢的渗氮特性优于H13钢。对于要求渗氮层深度大于0.2毫米和基体需要强化的模具，该钢具有独特的优势，渗氮层深度可达0.2 ~ 0.5毫米，具有广阔的应用前景。

　　

　　　　(4)20cr 3 nmov钢采用低温加热、风冷和固溶处理，替代传统的高温加热和油淬工艺，节能环保，可保证模具有效厚度在150mm以内的淬透性，适用于制造中小型热作模具。

　　

　　　　(5)5)20cr 3 nmov钢的材料成本和制造成本低于H13钢，具有优良的渗氮特性。它将广泛应用于需要耐磨表面和较高强化芯的重型热作模具和重型耐磨零件。

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