新热处理工艺对9SiCr模具钢的作用

2015-07-16杜景来天津轻工职业技术学院天津300350

山东工业技术 2015年14期

杜景来（天津轻工职业技术学院,天津　300350）

新热处理工艺对9SiCr模具钢的作用

杜景来
（天津轻工职业技术学院,天津300350）

摘要：在制造模具的过程中，经常配合使用多种热处理工艺来改善9SiCr钢的微观组织和力学性能。例如在热处理的不同阶段，通过控制不同的温度，来调节马氏体和碳化物的大小、形状、数量和分布特点等，使钢件的硬度和耐磨性得到提高。与一般所使用的高低温热处理、退火、淬火等热处理方式不同，本文采取的是一种新的热处理工艺，叫做真空热处理，来提高模具的冲击强度、耐磨性和使用寿命。

关键词：9SiCr；模具钢；热处理；深冷处理

1　引言

9SiCr钢是一种低合金刃具用钢，在国内的运用较为广泛，常用于冷作模具上，起到了很好的效果。与铬钢（Cr2或9Cr2）相比，9SiCr钢的淬透性和淬硬性都比较高，而且回火稳定性优良。该钢最早是由前苏联发现的，当时命名为9XC，也就是现在的9CrSi钢。成分和性能与9XC完全一样。其它国家也有一些相似的牌号，例如德国有90CrSi5牌号，瑞典有SR1855牌号等。传统的刃具钢制零件较多使用盐浴淬火、箱式电阻炉淬火或者保护气氛炉淬火等，但是使用真空热处理工艺，则有更加显著的优点。由于和普通电阻炉相比，真空热处理可以很好地控制加热和冷却速度，所以在加热过程中9SiCr模具钢的氧化程度较小、脱碳较少、零件表面光泽性好，变形量小，由此提高了零件的韧性和使用寿命。

2　9SiCr模具钢

2.19SiCr的物理特性

9SiCr模具钢主要的成份除了铁之外，一般有：碳、硅、锰、硫、磷、铬、镍、铜等，其添加的量一般不超过2%。该钢在提炼过程中，碳化物分布均匀，不易析出碳化物颗粒。但是使用正火过程，就可以将析出的网状碳化物颗粒消除。由于9SiCr钢在锻造过程中容易脱碳，所以经常使用中性气氛或者惰性气体进行保护加热。9SiCr钢的密度为7.80t/m3，软化温度为320℃，比铬钢具有更好的淬透性，如果使用油淬，则淬透深度可达40～50mm。而使用保温的方法则可消除在淬火过程中由于加热引起的氧化和脱碳等，还能修复不均匀的奥氏体，细化马氏体，使零件整体的组织强韧性提高。

2.29SiCr钢常用的热处理工艺

9SiCr钢的热处理工艺主要有：（1）锻热调质处理，通常将温度升高到900℃后进行油淬，再降低到700～720℃进行高温回火；（2）正火，在900～920℃下进行保温，盐浴炉和空冷炉的保温时间分别为25～30s/mm和70～90s/mm；（3）球化退火，在790～810℃温度下保温2～4h，炉泠后，再将温度调节到700～720℃保温3～4h，然后以不低于30℃/h的冷却速度随炉冷却到500～600℃，最后将零件取出后进行空冷；（4）调质处理，先在880～890℃下，进行淬火，然后进行油冷。再将温度调节到680～700℃进行回火热处理；（5）深冷处理，升温至870℃后进行淬火处理，然后再在200℃下保温回火1小时，最后在-196℃下进行深冷处理10小时。

2.39SiCr钢的运用范围

9SiCr模具钢零件的淬透性好，常用分级或等温淬火来缩小热处理中零件的变形量。例如在制造螺栓十字槽冲模时，将9SiCr置于900℃加热，然后再进行260～280℃保温30分钟，其硬度和冲击韧性比常规处理的冲模提高3倍，寿命也更长。又如，在制作形状复杂的凹凸模时，9SiCr钢被用于制造冲裁模具。另外，该钢被用于制造滚丝模、搓丝板、冷镦模等，也可以用于生产冲头，压花模、钻头、铰刀等，还能用于生产一些精密零件模或者高精度模等。

3　9SiCr钢的真空热处理工艺

3.1实验采用的原料和设备

真空热处理新工艺，就是指将真空技术与热处理技术相结合发展而来的新型热处理技术。这种过程主要是将零件置于加热炉内，并保证一定的真空效果进行热处理，其过程又可细分为低真空、中等真空、高真空和超高真空四种。这里采用真空热处理的9SiCr模具钢主要成份为C、Mn、Si、Cr、Ρ、S，含量分别为0.03%～1.60%不等。热处理过程采用的设备为双室真空油淬炉，再配合普通的箱式电阻炉对9SiCr钢进行普通热处理。

3.29SiCr钢的热处理过程

准备两组试样，分别进行真空热处理和普通电阻炉热处理。当使用真空炉对9SiCr钢加热时，要预先对真空炉抽真空，将压强调节至13.3Ρа以下，使零件的加热处于1.33～13.3Ρа的压强中，然后在氩气的保护气氛下进行油淬，保持压强为5×104Ρа左右。而使用普通电炉，则将炉温升到(86010℃)，保温40分钟后，进行油淬。再用普通井式电炉将稳定调节到200℃，保温150分钟后进行空冷。

3.3新热处理工艺对9SiCr钢所起的作用

在使用真空炉后，由于其加热速度较为缓慢，零件在加热过程中受热均匀，热应力减小，形变量减少，这都明显优于普通电阻炉的热处理过程。另外，和普通电阻炉相比，真空炉加热时残存的气体大多为水蒸汽、二氧化碳、油脂等有机物蒸汽。这些条件都使零件表面处于活性状态下，不容易形成氧化、脱碳等现象，这样零件表面的光洁度更好，硬度和耐磨性都得到提高。而且由于真空热处理在油淬过程中各表面的冷却速度比较均匀，不易形成阻碍冷却的氧化膜。此外，在回火后，零件中获得了较多的细针状马氏体组织，因此冲击韧度和抗拉强度都得到提高。同时，真空热处理均匀的加热方式，使得零件内部碳化物分布均匀，在热处理后断口的韧窝增多，零件的韧性由此而提高。