滨：哈尔滨工业大学出版社，１９９８． ［２］ 曹 静 ， 魏 春 雪 ． ５ Ｃ ｒ Ｍ ｎ Ｍ ｏ 热 锻 模 淬 火 工

　　艺研究［Ｊ］．热加工工艺，２００９（８）． ［３］ 王戟，蒋敏球，张伟萍．金属材料及热处

　　理［Ｍ］．北京：中国劳动社会保障出版 社，２００４． ［４］ 马 跃 新 ， 邓 俊 彦 ， 邹 安 全 ，邓 芬 燕 ． 热 处 理工艺对５ＣｒＭｎＭｏ组织性能的影响［Ｊ］． 模具制造，２００６（３）． ［５］ 王 德 文 ． 提 高 模 具 寿 命 应 用 技 术 实 例 ［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４．

　　科技创新导报 ２０１１ＮＯ．０３ ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ 热锻模具钢 ５ Ｃ ｒ Ｍ ｎ Ｍ ｏ 热处理工艺的改进

　　田金状 （ 开滦（ 集团） 赵各庄矿业有限公司河北唐山 ０ ６ ３ ０ ０ ０ ）

　　摘 要：５ＣｒＭｎＭｏ钢因其具备良好的抗热烧蚀性、导热性、淬透性以及冲击韧性等特性较多地运用于锻模的制作中， 然而， 反复的加热、

　　作为目前国内较为流行的锻模材料， ５ Ｃ ｒ Ｍ ｎ Ｍ ｏ 具 有 良 好 的 抗 热 烧 蚀 性 、导 热 性、淬透性以及冲击韧性， 但由其制成的模 具 长 期 在 高 压 、高 应 力 以 及 反 复 急 速 加 热 与冷却等恶劣条件下工作，极易产生疲劳 裂纹或变形塌陷，平均寿命只有２０００件左 右，不利于锻件生产质量和效率的提高。 １．１ ５ＣｒＭｎＭｏ 模具热处理的常规工艺

　　模具加工的一般工序如下：下料→锻 造→退火→机加工→探伤→机加工成形→ 打磨型腔→热处理→打磨抛光型腔→探伤 →检验。在５ Ｃ ｒ Ｍ ｎ Ｍ ｏ热 锻 模 具 的 加 工 中 ， 由 于毛坯锻造后晶粒较粗大，组织不均匀，机 加 工 困 难 。因 此 通 常 会 采 用 进 行 预 先 热 处 理以改善化学成分的偏析程度和组织的不 均匀性， 以消除毛坯锻造后的内应力。加热 到淬火温度后，保持一定时间，放入油中冷 却，淬火冷却至２００℃左右及时回火，共进 行 四 次 回 火 。可 参 考 的 工 艺 参 数 为 ： ６ ０ ０ ℃～６５０℃×（４～５）ｈ，８３０℃～８５０℃×（５～ ６ ） ｈ ， ４ ８ ０ ℃～５ ０ ０ ℃×６ ｈ 回 火 。在 这 种 常 规 工艺处理过程中，当表面冷至２００℃出油时， 心部温度仍较高，于是心部大量残余的奥 氏体回火时会转变为珠光体或粗大的强度 较低的上贝氏体，形成的模具强韧性下降， 裂纹扩展阻力较小，寿命普遍不高，使用中 常有早期脆断或热疲劳裂纹出现。 １．２ ５ＣｒＭｎＭｏ 模具的工作条件及失效原因分 析

　　１．２．１ 高温条件 ４５Ｃｒ钢锻件胚料在预锻及终锻过程 中，模具型腔表面都要在２～４ｓ内被加热至 ６００℃以上，当型腔预热至１５０℃左右时，型 腔表面温度一般在７００℃以上，一旦工作温 度超出淬火后的回火温度，就会引起模具 的急剧软化，使模具强度和硬度大幅度降 低，并产生加速其磨损失效的微裂纹。 １．２．２ 急剧冷却 操作中为降低模具温度常采用水冷等 强制冷却，由于受到急剧的冷热交替作用， 当温度超过相变点时，模具会产生拉伸与 压缩交变的应力，在应力超出模具的屈服 强度时，即可能出现塑性变形，从而生成裂 纹。 １．２．３ 压力作用 由于胚料需要在高温下通过冲击模具 加压强制成形，模具在工作中也必须同时

　　上述工艺改进试验主要是针对淬火与 回火过程进行了工艺改良，通过以上方式 的处理，可得到强度更高的Ｍ／Ｂ下的复相 组织，模具热处理后表面硬度为４８ＨＲＣ～ ５０ＨＲＣ，心部硬度为４０～４３ＨＲＣ，金相组织 为：细针状马氏体／下贝氏体＋少量残留奥 氏体，心部组织为低碳马氏体＋小块状铁素 体 。改 进 后 的 ５ Ｃ ｒ Ｍ ｎ Ｍ ｏ 钢 模 具 延 长 了 热 疲 劳裂纹产生前的孕育期，提高了型腔的耐 磨性、抗疲劳能力以及塑性变形抗力， 平均 寿命达到９０００多件，是改进前的４倍以上。

　　２．１．１ 淬火温度的提高 为减少奥氏体中碳化物的含量和偏析 程度，可利用提高淬火温度的方法将碳化 物分布得更加均匀并充分溶解，提高其Ｍｓ 点，从而在淬火时可得到更多的板条马氏 体 ， 尽 可 能 地 增 加 模 具 的 强 韧 性 。在 试 验 中，将原工艺温度的８４０℃提高到了９００℃， 这 一 温 度 还 有 助 于 更 多 的 Ｃｒ 、Ｍｎ 等 合 金 元 素溶入奥氏体中，并有利于模具淬透性的 增加。 ２．１．２ 淬火油冷时间的控制 淬火油冷时间的控制不当常导致在热 处理过程中出现裂纹，为获得Ｍ／Ｂ下的复 相组织，提高模具使用寿命，必须严格控制 ５ Ｃ ｒ Ｍ ｎ Ｍ ｏ 模 具 的 淬 火 油 冷 时 间 。试 验 中 采 用体积法经验公式ｔ＝αＶ／Ｓ计算油冷时 间，其中ｔ为锻模淬火油冷时间，单位ｍｉｎ， α＝１．２～１．３ｍｉｎ／ｍｍ，Ｖ为锻模体积，单位 为ｍｍ３，Ｓ为 锻 模 表 面 积，单位为ｍｍ２。 ２．１．３ 适当提高第一次回火温度，延长 保温时间 为保证模具内部组织的温度，尽可能 减少影响其使用寿命的裂缝的产生，热处 理 中 可 适 当 提 高 第 一 次 回 火 温 度 。当 模 具 淬火后从油中取出时，其表面温度在２００℃ 左右，而心部温度约４００℃左右，若装入１８０ ℃的回火炉，其心部将继续进行马氏体转 变，受到已完成马氏体转变的表面的阻碍， 容 易 产 生 拉 应 力 而 造 成 淬 火 裂 纹 。若 装 入 ４９０℃回火炉，模具心部将形成强度和韧性 很差的上贝氏体组织，导致模具性能变差。 而改进后的工艺是将模具淬火至Ｍｓ点（２２０ ℃）左右，再在２８０℃的回火炉中等温８ｈ，使 模具心部转变为下贝氏体组织，从而获得 板条马氏体与下贝氏体的复合组织，使模 具 得 到 更 好 的 强 韧 性 、热 疲 劳 性 的 配 合 ， 从

　　承 受 压 应 力 、拉 应 力 和 附 加 弯 曲 应 力 等 巨 大负荷，型腔表面与高温金属接触产生了 强烈的摩擦力，高温和高压的共同作用很 大程度上缩短了模具的使用寿命。

　　模具的使用寿命，必须做到：提高表面硬度， 以提高型腔的耐磨性；提高淬透性，即增加 硬化层的厚度，以提高型腔的抗塌陷（塑性 变形）能力；提高奥氏体化温度，以提高淬透 性、红 硬 性 、热 稳 定 性 及 冷 热 疲 劳 抗 力 。 ２．１ 改进措施

　　冷 却 和 压 力 的 作 用 大 大 缩 短 了 其 使 用 寿 命 ， 使 锻 件 的 质 量 和 生 产 效 率 都 受 到 了 影 响 。本 文 介 绍 了 通 过 改 进 ５ Ｃ ｒ Ｍ ｎ Ｍ ｏ热 处 理 工 艺 延 长 其 使

　　用寿命的措施及试验效果，试验证明，工艺改进后模具的使用寿命达到原来的４倍以上，具有较高的应用和推广价值。

　　科技创新导报 ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＨｅｒａｌｄ

　　果证明，在淬火与回火过程中进行工艺改 良，合理提高淬火温度与第一次回火的温 度及适当延长保温时间，控制好淬火油冷 时间等措施都可以令模具的强韧度增加， 使用寿命延长。然而， 在使用过程中模具的 磨损是不可避免的，任何一种热锻模具钢 也都不可能既有最高的热强性和耐磨性， 同时又具有最高的断裂抗力及抗疲劳能 力，除通过改进热处理方法等措施提高其 整体性能之外，操作人员在平时的使用中 也 应 注 重 安 装 、使 用 、维 护 等 方 面 的 问 题 ，三牛注册登陆 尽可能使危害其使用寿命的因素减至最 低，保证锻件的质量和生产效率。