低碳馬氏體在模具生產(chǎn)中有哪些應(yīng)用？

模具用鋼大多采用合金鋼和高速鋼，用碳素鋼日漸減少。合金鋼淬火后的組織主要是孿晶的、有些微裂紋、高碳針狀或片狀的馬氏體。含碳量及合金含量越高，鋼中不可避免會存在網(wǎng)狀、帶狀和鏈狀的碳化物，往往會導(dǎo)致模具在使用中脆斷或早期失效。

由于亞結(jié)構(gòu)是位錯的低碳馬氏體（也稱板條馬氏體）具有相當(dāng)高的強度，很好的塑性和韌性，以及良好的冷加工性、可焊性及熱處理畸變小等一系列優(yōu)點，所以在模具工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。以下以實例展現(xiàn)給讀者，僅供參考。

3Cr2W8V鋼制螺栓熱鍛模高溫淬火

該鋼用1050～1100℃常規(guī)淬火后，有約8%的未溶碳化物，馬氏體的合金度較低，其穩(wěn)定性和斷裂韌度都不高。提高淬火溫度至1180℃，可使奧氏體的合金度增加，獲得以板條馬氏體為主的金相組織，從而有效地解決了模具早期失效問題。

3Cr2W8V鋼制M12×50的圓柱螺栓（材料為38Cr）熱鍛模，采用1180℃加熱油淬，可得到90%（體積分?jǐn)?shù)）以上的板條馬氏體組織，580℃×4h×2次回火，使模具壽命由常規(guī)處理的3000～5000件提高到5萬～6萬件。

該鋼用1180℃高溫淬火制造的望遠(yuǎn)鏡壓鑄模，模具壽命超過10萬件。

5CrMnMo鋼制冷擠壓模高溫淬火

用于擠壓H62黃銅5CrMnMo鋼冷擠壓模具，硬度要求46～52HRC，用890～900℃高溫加熱油淬，290～310℃×4h×2次回火。金相組織為大量的板條馬氏體＋少量的片狀馬氏體，平均壽命為5000～6000件，較常規(guī)840℃淬火的模具提高兩倍多。

用該鋼制螺母冷敦模，將淬火溫度提高到910～930℃，得到幾乎是單一的低碳馬氏體。200℃回火，使用壽命是Cr12MoV鋼的2.6倍。

5CrNiMo鋼制錘鍛模高溫淬火

5CrNiMo鋼制480mm×450mm×295mm的熱鍛模，原工藝為860℃的油淬，500℃回火，硬度42HRC，鍛打齒輪毛坯2500件時，鍛模便發(fā)生塑性變形；現(xiàn)將淬火溫度提高到900℃，油淬，獲得以板條馬氏體為主的金相組織，500℃回火硬度43HRC，鍛打重要的齒輪毛坯8100件仍可繼續(xù)使用。國內(nèi)有的工廠將該模具的淬火溫度提高到960℃，鍛模的使用壽命較常規(guī)處理提高2.5倍。

45Cr2NiMoVSi鋼大齒輪熱鍛模高溫淬火

45Cr2NiMoVSi鋼制10t錘熱鍛模，鍛打75型拖拉機(jī)大齒輪，高溫鹽浴加熱，1000～1050℃加熱，冷卻劑為40～80℃油，油冷至160～200℃出油空冷，硬度54～60HRC。型腔回火溫度630～670℃，回火后硬度40～45HRC；燕尾回火為670～700℃，回火后硬度為34～39HRC。

由于獲得板條馬氏體組織，模具的使用壽命比德國進(jìn)口的55CrNiMoV6鋼（相當(dāng)于5CrNiMo）模具提高50%。

4Cr5MoSiV1（H13）鋼熱擠壓模

曾用3Cr2W8V鋼制模，平均壽命僅為6000件，主要失效形式為磨損，采用H13鋼高溫淬火，模具的壽命達(dá)到18000～20000件。淬火加熱溫度由常規(guī)1020～1030℃提高到1080℃，560℃鹽浴分級后進(jìn)油中續(xù)冷，560℃×2h×2次硝鹽回火，硬度54HRC。

鹽浴高溫淬火固然可以提高模具使用壽命，真空淬火同樣可以獲得滿意的效果。H13鋼制鋁合金壓鑄模具1080℃真空加熱淬火，真空回火采用660℃×2h＋580℃×2h工藝，其疲勞強度比常規(guī)處理提高25%，壽命提高2～3倍。

20Cr鋼低碳馬氏體強烈淬火

20Cr制斜拉橋索節(jié)扣體熱鍛模，奧氏體化溫度920～930℃，淬入10%NaCl（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）水溶液，得到板條馬氏體組織，180～200℃回火，硬度40～43HRC，滿足使用要求，有些廠家淬火后不回火直接使用。低碳鋼920～1000℃淬火將得到低碳馬氏體的實例還有很多，不再贅述。

60Si2MnA鋼制冷鐓模高溫淬火

用該鋼制冷敦螺帽四序沖模920～950℃高溫淬火，得到幾乎是單一的低碳馬氏體組織，有較高的斷裂韌性、沖擊剛韌度和優(yōu)良的耐磨性，使用壽命比常規(guī)淬火模具提高兩倍多。

5CrW2Si鋼制冷剪刀強韌化處理

冷剪刀是常用的剪切工具，在使用中要承受大的沖擊載荷和強烈的振動擠壓，常發(fā)生壓塌、崩刃和剝落，使用壽命較短。為此對原工藝進(jìn)行了大膽改革，采用高溫淬火，使用壽命提高2～3倍。

920～950℃加熱油淬，250℃回火，得到以板條馬氏體為主的金相組織，其強度和韌性均較好，沖擊韌度比常規(guī)淬火提高53%。

CrWMn鋼制手表凸模低溫淬火

CrWMn鋼制手表凸模按830～850℃常規(guī)淬火，模具的使用壽命始終不超過1萬件，采用790℃低碳馬氏體淬火，200℃回火，硬度58～60HRC，模具的刃磨壽命可達(dá)1萬～2萬次，總壽命達(dá)10萬∼20萬次，并且使用中不易發(fā)生崩刃及斷裂現(xiàn)象，顯示出*的斷裂抗力。

7Cr7Mo3V2Si（LD）制冷擠壓模低溫淬火

LD鋼制冷擠凸模按1120∼1150℃常規(guī)淬火，壽命只有3000∼4000件，改用1050℃淬火，200℃回火，硬度60∼61HRC，獲得板條馬氏體+彌散碳化物組織，使用壽命提高到2萬次。

Cr2MoV鋼制模低溫淬火

對于沒有加熱設(shè)備和因強韌性不足而引起早期失效的Cr2MoV鋼模具采用低淬低回工藝可取得較好的效果。

低淬低回工藝常采用920∼950℃加熱，淬油或硝鹽，淬火后硬度≥61HRC，經(jīng)180∼200℃回火后硬度≥58HRC，淬火后獲得以板條馬氏體為主的組織，淬火晶粒細(xì)小，因而明顯提高了強韌性。

Cr2MoV鋼制下科模，950℃油淬，180℃×3h×2次回火，硬度64HRC，變形符合工藝要求，使用壽命提高兩倍。

該鋼制殼體形成模，950℃油淬，200℃×4h回火，硬度59∼60HRC，平均沖壓3萬∼4萬件，壽命比常規(guī)淬火提高得多。

9Cr6W3Mo2V2（GM）鋼制模低溫淬火

GM是我國自行研制的一種高硬度冷作模具鋼，是制作精密、耐磨。高壽命冷作模具新鋼種，屬萊氏體鋼。該鋼具有較好的抵抗裂紋擴(kuò)展的能力，其耐磨性能和韌性具有*的匹配，韌性和強度均優(yōu)于Cr12型鋼和高速鋼，是制作滾絲模的理想材料。常規(guī)處理的滾絲模適合加工調(diào)質(zhì)件，如果加工件為退火件，采用低溫淬火是很經(jīng)濟(jì)實惠的工藝，1070℃鹽浴加熱油淬，150℃×2h×2次油回火，硬度62∼63HRC，用低溫淬火的GM鋼滾絲模，在加工45鋼、Q23鋼螺栓時，使用壽命較9SiCr、Cr12MoV、M2鋼滾絲模提高2倍左右。

20Cr鋼塑料模低碳馬氏體強化處理

一些形狀簡單、變形要求不嚴(yán)的20Cr鋼塑料模，運用低碳馬氏體強化處理，得到滿意的效果，處理工藝為880∼900℃加熱，淬鹽水，150∼180℃回火后硬度38∼45HRC。

低碳馬氏體滲碳型塑料模具鋼

低碳鋼及低合金鋼在塑料模具中的應(yīng)用比較廣泛，效果也比較明顯。此類鋼制成模具后，先進(jìn)行表面滲碳，再進(jìn)行淬火和低溫回火，使表面得到高碳細(xì)針狀回火馬氏體+顆粒狀碳化物+少量殘留奧氏體；心部組織主要為低碳馬氏體。從而保證了模具表面具有56∼62HRC的高硬度，而心部具有30∼45HRC的強韌性。實踐證明，此工藝適用于制造各種耐磨性良好、形狀復(fù)雜、承受載荷較高的塑料成模具。

低碳馬氏體鋼強韌性塑料模具鋼

含碳量在0.15%∼0.25%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的碳素鋼和合金鋼，可直接進(jìn)行低碳馬氏體強韌化處理，能夠獲得幾乎是強韌性高的低碳馬氏體組織。如果處理得當(dāng)，可代替中碳鋼調(diào)質(zhì)處理、滲氮處理，制造各種塑料模具。建議使用食鹽或硝鹽水溶液或冷卻性能更高的有機(jī)溶劑，淬火后低溫回火。這一舉措，顯著縮短了模具制造周期，降低模具制造成本，提高了模具的使用壽命，深信將會在塑料模具熱處理中得到廣泛應(yīng)用。

低碳馬氏體時效硬化塑料模具鋼

這類鋼分為低碳馬氏體時效硬化鋼和低碳馬氏體析出硬化鋼兩大類。低碳馬氏體時效硬化鋼有很高的屈強比、良好的切削加工性和焊接性能、熱處理簡單等優(yōu)點。典型的鋼種是超低碳18Ni鋼系列，但由于18Ni價格昂貴，國內(nèi)很少應(yīng)用。

國內(nèi)開發(fā)的06Ni6CrMoVTiAl（簡稱06鋼），含C≤0.06%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）低碳低鎳馬氏體時效鋼，850∼880℃固溶后水冷或油冷，500∼540℃×4∼8h時效。時效后的組織為低碳馬氏體+析出強化相Ni3Al、Ni3Ti、TiC、TiN，硬度為42∼45HRC，屈服強度達(dá)到1100∼1400MPa。

用06鋼制作的收錄機(jī)磁帶盒模具，平均壽命達(dá)到110萬次以上，是很有發(fā)展前途的鋼種。

我國自行研制的25CrNi3MoAl和10Ni3MnCuAl（簡稱PMS）為低碳馬氏體析出硬化鋼，適用于制作變形率在0.05%以下、鏡面要求很好的或表面要求光刻花紋的精密鏡面塑料模具。

PMS鋼經(jīng)870℃固溶處理，510℃×4h時效處理，硬度40∼43HRC，抗拉強度1000∼1300MPa，金相組織為低碳馬氏體基體分布著細(xì)小碳化物。

25CrNi3MoAl鋼經(jīng)830℃固溶處理，硬度可達(dá)50HRC，再經(jīng)540℃×4h時效處理，硬度39∼42HRC，是多種鏡面刻花模具理想的硬度范圍。

還有很多低碳馬氏體提高模具使用壽命的實例，不一一列舉。從失效分析可知，好多模具往往是韌性不足而斷裂，所以增強韌性不失為提高模具使用壽命的一種措施，低碳馬氏體工藝方法實為切實可行的一種手段，應(yīng)大力推廣。