热处理作业2

钢结硬质合金模具材料热处理[摘要]介绍了钢结硬质合金基本特点，通过热处理可改善其组织结构，达到提高性能和延长使用寿命的目的。高强高耐磨粉末冶金热作模具材料的可热处理性主要取决于基体的性质。作用于高强高耐磨粉末冶金热作模具材料基体上的热处理工艺，例如退火、淬火、回火等各种热处理工艺，可以获得满足使用性能要求的模具；同时可得出适用于高强高耐磨粉末冶金热作模具材料的最佳热处理工艺规范，提高热作模具在生产中的使用寿命。关键词：钢结硬质合金种类特点热处理工艺1引言：钢结硬质合金是用一种或多种碳化物做硬质相，以钢做粘结剂，用粉末冶金方法制成的一种高性能的工程材料，其性能介于模具钢和普通硬质合金之间，既具有普通硬质合金的高硬度、高强度、高热硬性、高耐磨性，又具有模具钢优越的冷、热加工性和良好的韧性，可对其进行切削加工、锻造加工、焊接成形、热处理强化等。热处理后的变形小，可用于制造一般模具钢无法胜任的大型、重载的模具。钢结硬质合金模具材料的广泛应用，将为模具工业的发展带来生机，使模具的使用寿命大幅度提高，加快我国模具工业的发展步伐。热处理工艺是提高模具性能和使用寿命的有效途径，对于钢结硬质合金而言，由于钢的基体作用，热处理工艺同样有效。2钢结硬质合金种类及特点：高强高耐磨粉末冶金热作模具材料(简称GFR合金)有自已独特的化学成分和性能特点，包括硬质相为碳化钨粉和基体中的铁粉、炭粉、铬粉、钼粉、镍粉等组元。高强高耐磨粉末冶金热作模具材料中钢基体占65％～70％，0.25％～0.35％C，3％～5％Mo，0.8％～l％的Ni，3％～5％Cr等其他少量的元素。钢结硬质合金的生产方法主要有浸渍法、热压法、热挤压法、热等静压法和液相烧结法（即粉末冶金法）等，目前最常用的生产方法是液相烧结法，也称为粉末冶金法，即先将碳化钛、碳化钨等硬质相粉末和高速钢、合金钢等钢基体粉末及一定量的成形剂粉末混合均匀，再进行压制成形和烧结，最后经过锻造和热处理得到具有不同使用性能的钢结硬质合金制品，如国内生产的GT35、GW50、GW40钢结硬质合金材料等。钢结硬质合金由于组成不同、生产方法不同，其特点亦不相同，一般来说有如下几个基本特点：（1）钢结硬质合金中的硬质相（碳化钨或碳化钛等）一般可占合金总重量的30%～50%，其余部分为钢的基体。由于钢的基体所占比例较大，钢的性质较为明显，因而可进行锻造和热处理等加工工艺。经过锻造、切削加工和热处理等工艺处理后，可制成各种复杂的模具，其应用范围将更加广泛。（2）钢结硬质合金制品可根据需要进行各种热处理操作，以满足不同模具在使用性能上的要求，特别是经过淬火和回火后，可获得回火马氏体+合金碳化物+均匀分布的硬质相的典型组织，保证了模具材料的强度、硬度、韧性等使用性能要求，同时形成了有效的耐磨面，从而大大提高了钢结硬质合金模具的耐磨性。（3）钢结硬质合金的成分可根据模具的使用性能要求和工艺性能要求进行灵活的调整。作为钢结硬质合金基体和粘结相的钢种可以根据具体需要进行大范围的改变，这种改变有利于在满足模具使用要求的前提下，有效地降低生产成本，提高生产效益。3合金热处理：粉末冶金热作模具材料的可热处理性，主要取决于基体的性质。基体有什么样的热处理效应，就会使热作模具材料产生什么样的热处理效应，同时，由于高强高耐磨粉末冶金热作模具材料含有相当高的碳化物硬质相，故在热处理过程中材料的变形甚微，这是高强高耐磨热作模具材料广泛应用的一个因素。通过热处理手段来改善合金的性能，合金可进行退火、淬火、回火等各种热处理工艺，热处理工艺不同将得到不同的性能。1）锻造钢结硬质合金中含有较多的碳化钛、碳化钨等高熔点碳化物，基体的连续性较差，常出现孔隙、疏松、夹杂、偏析、发裂、碳化物颗粒不均匀或偏聚等，影响钢结硬质合金的性能。通过锻造不仅可以成形，更重要的可以使硬质相弥散均匀地分布于钢的基体中，降低合金碳化物的偏析倾向，促使粗大、尖角状碳化钨、碳化钛等圆化、细化，消除碳化物的“桥接”，焊合孔隙，提高致密度，增加基体的连续性，改善内部显微组织，提高钢结硬质合金的强度、刚度与冲击韧度，充分发挥钢结硬质合金的潜力。实践证明，锻造可有效地提高钢结硬质合金模具的力学性能。2)退火钢结硬质合金锻造后硬度较高，必须进行退火降低硬度后方可进行机械加工。通常采用等温球化退火。需要特别注意的是：退火最好在真空炉或有保护气氛的热处理炉内进行，以防氧化脱碳。如果在空气炉中进行，则应用装箱法，箱内填充良好的保护剂，退火的基本工艺是缓慢加热到850～880℃，保温足够时间(一般为4h)，炉冷到730℃，保温6h，炉冷到500℃以下时可出炉空冷。退火后的金相组织为硬质相+粒状珠光体+合金碳化物。退火加热温度不宜过高，保温时间不宜过长，以防止碳化物集聚粗化或稳定化，给最终热处理带来困难。关键是采用延长等温时间使过冷奥氏体充分分解，获得弥散度高的索氏体组织。退火后硬度较高，大约在40HRC左右，但可以切削加工。图1是常用的退火工艺路线图。图13）淬火与回火钢结硬质合金模具的淬火加热过程，同样包含有从低温组织向奥氏体组织转变的过程，淬火后可使钢结硬质合金中的基体组织转变成马氏体+少量的残余奥氏体+硬质相的组织。由于钢结硬质合金中的碳化钛、碳化钨等硬质相的存在，虽然能有效地提高材料的耐磨性，但要求基体必须有一定的强度和硬度来支撑硬质相，防止出现软陷和剥落。所以，必须对钢结硬质合金进行淬火处理，一般可采用普通淬火、分级淬火和等温淬火，其中分级淬火和等温淬火能有效防止模具的变形和开裂，且性能较均匀。由于钢结硬质合金中含有较多的高熔点碳化物，过热敏感性较小，奥氏体晶粒不易长大，因此淬火加热温度范围较宽。模具的具体加热温度可根据钢结硬质合金的化学成分、模具的使用性能要求以及模具的复杂程度进行选择。一般选择960～1100C均能淬透、淬硬，且晶粒不易长大；以磨损失效为主的和受力较大的模具，淬火加热温度应低一些；对要求热硬性和耐蚀性好的模具，淬火加热温度要选择高一些。由于钢结硬质合金的热导性较差，在淬火加热时一般采用600～650C和800～850C两次预热，加热系数一般取1～2min／mm。钢结硬质合金淬火后应及时进行回火，通过不同加热温度的回火处理可得到不同的回火组织，消除模具内部的淬火应力，稳定模具尺寸，获得所需的力学性能。由于钢结硬质合金中含有大量的合金碳化物，存在第一类回火脆性，所以应在加热时尽量加以避免。钢结硬质合金的回火参数应根据其化学成分、模具的使用性能要求、模具的具体用途等进行确定。一般在磨损和受力较大的模具中，需要高硬度、高耐磨性时宜选择低温回火；在受力和受热条件下工作的模具应进行多次的高温回火，以获得较好的强韧性和热硬性；在有冲击载荷作用的模具中应适当提高模具的回火温度，以获得良好的强度与韧性的配合。4）结硬质合金的表面硬化渗硼处理在金属塑性成形工艺中，对于某些用途，特别是在具有超细而硬的颗粒介质、腐蚀介质中应用的钢结硬质合金，要求具有更高的硬度和耐磨性。这虽然可通过调整合金成分如提高硬质相的含量来达到，但这种方法会导致合金的冲击韧度、强度及更为可贵的可加工性的降低。为了使钢结硬质合金具有较好的综合性能，利用钢基体本身可进行化学热处理的特点，采取硬化钢结合表层钢基体的方法，来进一步提高钢结硬质合金的耐磨性，同时不降低整个钢结硬质合金的强度、韧度等性能。钢结硬质合金的表面硬化渗硼处理与模具钢一样，是将欲处理的工件置于活性介质中加热并保温，此时介质在较高的温度下分解出渗入元素的活性原子，这些活性原子在工件表层钢基体进行扩散渗透，从而改变钢基表层的组织结构，导致钢结硬质合金模具经盐浴渗硼处理后，表层钢基体的硬度显著提高，可达维氏硬度13500～21400MPa(209载荷)，从而大大提高了钢结硬质合金模具表面的耐磨性。同时，实验还表明，渗硼的钢结硬质合金抗氧化性(1000℃)和抗腐蚀性(盐酸、硫酸、氯化钠及苛性钠水溶液、醋酸等介质，硝酸除外)均有不同程度的提高。还必须指出，摩擦系数大大降低，这对金属塑性成形尤为重要，明显减少金属流动阻力，易于充填模具型腔，显著提高模具的使用寿命。此外，钢结硬质合金模具渗硼前后的尺寸变化极小，只长大几微米。4结束语大力推广和应用钢结硬质合金新型高效能工程材料，可大幅度提高模具性能和使用寿命，不断增强模具竞争力。应以不断探索、不断更新、不断提高、不断总结的精神来完成现代模具生产。工件表面硬度、耐磨性、红硬性、抗疲劳性、抗腐蚀性等参性能的提高。