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碳氮共渗提高4Cr5MoSIV钢压铸模使用寿命的研究
湖北工程学院 王晓青 夏水华
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摘要：设计了4Cr5MoSiV钢压铸模碳氮共渗的热处理工艺，在热处理实验取得数据的基础上，对4Cr5MoSiV钢的强化机理进行了分析：为提高4Cr5MoSiV钢压铸模的使用寿命提供了理论和实践支持。
关键词：压铸模 使用寿命 4Cr5MoSiV 碳氮共渗
4Cr5MoSiV钢是一种压铸模用钢，可用于压铸以锌、铝、铜合金为材料的工件。压铸锌合金时模具型腔温度不超过400℃．而在压铸铝合金时模具型腔的工作温度高达600℃。棋具主要失效形式是粘模、热疲劳、拐角和夹角丛锐边处开裂、磨损或腐蚀等。压铸铜合金时，模具型腔温度更高达750℃以上，对棋具要求有更高的热强性和热疲劳抗力。
为了提高模具使用寿命，可从模具的设计、模具热处理及模具的正确使用等3个方面着手。本文从4Cr5MoSiV钢特性出发，以热处理试验为基础，研讨了4CrSMoSiV模具钢的热处理及模具的表面强化的方法。
1 4Cr5MoSiV钢压铸模的热处理
4Cr5MoSiV钢压铸模的制造工艺路线一般足：锻造→球化退火→机加工→去应力退火→淬火→回火→钳修等。
1.1 球化退火
对4Cr5MoSiV钢压铸模坯料采用球化退火可改善组织、消除内应力，为最终热处理作良好的组织准备。球化退火工艺如图1所示。退火工件加热至840℃-860℃保温后，以小于25℃/h冷却速度冷至500℃以下出炉空冷，这样可得到均匀的球化退火组织，硬度≤229HB。
1.2 消除内应力退火
4Cr5MoSiV钢压铸模在机加工成形过程中，由于被加工表面层的冷却硬化及表面层金相组织变化等因素均使工件产生很大的内应力，内应力的存在极大影响了压铸模热处理质量，是导致压铸模淬火变形甚至开裂的重要因素。因此4Cr5MoSiv钢压铸模在淬火前 须进行消除内应力退火处理。内应力退火工艺如图2所示。加热时采用变化加热速度，即先慢(100℃/h)后快(150~200℃/h)，加热至退火温度(650-680℃)，保温后随炉冷却。

（图片）（图片）

2 4Cr5MoSiV钢压铸模碳氮共渗的表面强化
根据4Cr5MoSiV钢压铸模的工作特性，为了提高4Cr5MoSiV钢压铸模的使用寿命，须从提高4Cr5MoSiV钢的强度、韧性及表层耐磨性出发。为此，试验了4Cr5MoSiV钢的碳氮共渗处理。
2.1 试样制备
试样取自∮40mm 4Cr5MoSiV钢，用钢化学成分见表1。原钢缎打后经850℃球化退火，退火后加工成∮25mmxlOOmm的试棒。
2.2 碳氮共渗
4Cr5MoSiV钢试样碳氮共渗试验在渗碳炉中进行。碳氰共渗采用三乙醇滴注。共渗时间2~4h。试棒共渗出炉后，空冷加热到1020℃汕淬，或者热棒出炉直接加热至1020℃油淬。共渗工艺如图3所示。

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2.3 4Cr5MoSiV钢试验结果分析
试验结果见表2、图4。

（图片）

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由表2可知：4Cr5MoSiV钢试样经碳氮共渗淬火后硬度高于未经共渗处理时的淬火硬度，钢试样碳氮共渗淬火后，试样表面硬度略低于次表面硬度，然后严缓过度到基本(体)硬度(见图4)。产生这种原因是由于氮原子自表面向内扩散，同时表层残余奥氏体增多的结果。
2.4 强化机理
碳氮共渗强化4Cr5MoSiV钢是由于：①提高厂表层碳氮浓度；②碳氮化合物分布均匀；③表面层及亚表面层残余奥氏体数量适宜；④平缓的硬度梯度。
3 结束语
(1)4Cr5MoSlV钢经过碳氮共溶及淬火后，获得了高的基体强度、高的表面硬度、平缓的过渡梯度。
(2)在相同表面硬度情况下，经过碳氮共渗及淬火回火处理后,心部具有高的韧性及热疲劳强度，对于提高4cr5MoSiV钢的性能有很大作用，
(3)4Cr5MoSiV钢共渗可在井式气体渗碳炉中进行，操作方便。
参考文献
1 《热处理手册》编委会 热处理手册(第2卷) 北京机械工业出版社，1991.
《模具制造》2004年第5期 3/7/2005

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