W18Cr4V材料
W18Cr4V鋼是W系高速工具鋼。該鋼具有高強(qiáng)度、高抗壓性、高熱穩(wěn)定性和高硬度及高溫硬度,該鋼的熱硬性很高,耐磨性較好,耐回火性好,淬硬深度大,承載能力居各種模具鋼之首。但韌性、可加工性和導(dǎo)熱性較差,淬火不變形性中等。該鋼成本高、制造工藝不佳,熱處理工藝復(fù)雜、淬火、回火以后的零件變形難以控制。但在使用中發(fā)現(xiàn)該鋼脆較大,易產(chǎn)生崩刃現(xiàn)像,其主要原因是碳化物不均勻性較大。
高速鋼鍛造以后必須經(jīng)過(guò)球化退火,有利于切削加工。返修工件在第二次淬火前也要進(jìn)行球化退火,否則,第二次淬火加熱時(shí),晶粒將過(guò)分長(zhǎng)大而使工件變脆。
冷壓毛坯化處理工藝,采用上限溫度加熱,分鍛等溫,再附加等溫回火過(guò)程。
高速鋼在淬火時(shí)要進(jìn)行兩次預(yù)熱,原因在于高速鋼中含有大量合金元素,導(dǎo)熱性較差,以免引起工件變形或開(kāi)裂,特別是大型復(fù)雜工件則更為突出。通過(guò)事先預(yù)熱,可縮短在高溫處理停留的時(shí)間,減少氧化脫碳及過(guò)熱的危險(xiǎn)性。
高速鋼中含有大量難溶的合金碳化物,淬火加熱,溫度必須足夠高,才可使合金碳化物溶解到奧氏體中,淬火之后馬氏體中合金元素符的含量才足夠高,鋼才會(huì)具有高的熱硬性。對(duì)高速鋼熱硬性影響最大的合金元素的含量才足夠高,鋼才會(huì)具有高的熱硬性。對(duì)高速鋼熱硬性影響最大的合金元素是W、Mo及V,只有在1000℃以上時(shí),其溶解量才急劇增加。當(dāng)溫度≥1300℃時(shí),各元素的溶解量雖然還有增加但奧氏體晶粒則急劇長(zhǎng)大,甚至在晶界處發(fā)生熔化現(xiàn)象,致使鋼的強(qiáng)度、韌性下降。對(duì)高速鋼來(lái)說(shuō),合適的晶粒度為9.5~10.5級(jí)。
淬火溫度對(duì)該鋼的性能影響較大,淬火溫度上升,則耐磨性、抗壓性、熱穩(wěn)定性提高,鋼的韌性隨溫度的下降而增高。1230~1250℃淬火加熱出現(xiàn)抗彎強(qiáng)度的峰值,在550~570℃回火后具有最佳的綜合力學(xué)性能。表面脫碳層還明顯地加劇該鋼淬裂和磨裂敏感傾向。
淬火冷卻通常在油中進(jìn)行,但對(duì)形狀復(fù)雜、細(xì)長(zhǎng)桿狀或薄片零件可采用分級(jí)淬火和等溫淬火等方法。分級(jí)淬火后使殘留奧氏體積分?jǐn)?shù)增加20%~30%,使工件變形、開(kāi)裂傾向傾向減小,強(qiáng)度、韌性提高。油淬及分級(jí)淬火后的組織為馬氏體+碳化物+殘留奧氏體。等溫淬火以后,與分級(jí)淬火相比,其主要淬火后的組織中除馬氏體、碳化物、殘留奧氏體外,還含有下貝氏體。等溫淬火可進(jìn)一步減小工件變形,并提高韌性。
進(jìn)行分級(jí)淬火時(shí),如果在分級(jí)溫度停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng),就可能會(huì)大量析出二次碳化物。等溫淬火后所需時(shí)間一般較長(zhǎng),隨等溫時(shí)間不同,所獲得的貝氏體數(shù)量不同,在生產(chǎn)中通常只能獲得體積分?jǐn)?shù)為40%的貝氏體,而等溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)可顯著增加殘留奧氏體量。這需要在等溫淬火后進(jìn)地冷處理或采用多次回火來(lái)消除殘留奧氏體,否則將會(huì)影響回火后鋼的硬度及熱處理質(zhì)量。
為了消除火應(yīng)力、穩(wěn)定組織、減少殘留奧氏體量、達(dá)到所需要的性能,高速鋼一般要進(jìn)行三次560℃的高溫回火處理。高速鋼的回火轉(zhuǎn)變比較復(fù)雜。在回火過(guò)程中馬氏體和殘留奧氏體發(fā)生變化,過(guò)剩碳化物在回火時(shí)不發(fā)生變化。
W18Cr4V供貨狀態(tài)
退火態(tài)溫度≤255HBW,其他加工狀態(tài)硬度≤269HBW。
W18Cr4V化學(xué)成分
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)YB/T 4146-2006,該鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)):C0.70%~0.80%、Si≤0.40%、Mn≤0.40%、Cr3.80%~4.40%、W17.50%~19%、V1.00%~1.40%。
W18Cr4V對(duì)應(yīng)材料
中國(guó)GB標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)W18Cr4V、中國(guó)臺(tái)灣CNS標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)SKH2、俄羅斯гост標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)P18、德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)材料編號(hào)1.3355、德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)S18-0-1、英國(guó)BS標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)BT1、法國(guó)AFNOR標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)Z80WCV、法國(guó)NF標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)18-04-01、意大利UNI標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)X75W18KU、西班牙UNE標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)HS18-0-1、日本JS標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)SKH2、美國(guó)ASIS/SAE標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)T1、瑞典SS標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)2750、美國(guó)UNS標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)T12002、韓國(guó)KS標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)SKH2、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)牌號(hào)HS18-0-1。
W18Cr4V臨界點(diǎn)溫度(近似值)
Ac1=820℃,Ac3=1330℃、Ar1=760℃。
W18Cr4V軟化退火規(guī)范
退火溫度860~880℃,保溫2h,再以20~30℃/h的冷速隨爐冷卻到500~600℃,硬度≤227HBW。
W18Cr4V冷壓毛坯軟化處理規(guī)范
(880~860)℃×3~4h,降溫到(770±10)℃×6~8h,再降溫度(750±
10)℃×2~3h,緩冷到≤650℃,出爐空冷。處理前硬度≤255HBW,處理后硬度≤229HBW。
W18Cr4V普通退火規(guī)范
840~860℃×2~3h,以20~30℃/h的冷速冷卻至730℃×5~6h等溫,隨爐冷卻到500~600℃,出爐空冷。
退火周期很長(zhǎng),時(shí)間達(dá)20~40h或者10~25h。
W18Cr4V等溫球化退火規(guī)范
850~870℃×3~4h,爐冷740~760℃×4~5h,硬度≤241HBW,共晶碳化的等級(jí)≤3級(jí)。
W18Cr4V等溫退火規(guī)范
退火溫度860~880℃,保溫2h,爐冷至740~760℃,保溫2~4h,再爐冷至500~600℃,出爐空冷,硬度≤255HBW。
W18Cr4V快速退火規(guī)范
工件隨爐升溫升到600~650℃,以20~40℃/h的加熱速度繼續(xù)升溫至880~900℃,保溫0.1~0.3h,再以40~60℃/h的冷卻速度爐冷至780~800℃,然后按30~40℃/h的冷卻速度爐冷至600~650℃,出爐空冷。
快速退火可代替常規(guī)退火工藝用于高速鋼鑄造毛坯、焊接毛坯和返修工具淬火前的退火,顯著縮短熱處理周期,減少能耗,提高工具的使用壽命20%~30%。
W18Cr4V循還退火規(guī)范
退火溫度上限為840℃,退火溫度下限為680℃,經(jīng)三次循環(huán)退火。鋼棒直徑為φ20mm時(shí),加熱時(shí)間為10min。
循環(huán)退火可代替普通等溫退火,對(duì)模具毛坯進(jìn)行預(yù)先熱處理,可縮短加熱保溫時(shí)間細(xì)化奧氏體晶粒,改善組織,提高鋼的強(qiáng)度、韌性和高速鋼焊接工具的強(qiáng)度,有利于消除淬火過(guò)熱,防止晶粒異常長(zhǎng)大和形成萘狀組織,有利于減少淬火變形和提高性能。
W18Cr4V油韌性處理規(guī)范
退火以后加熱到(740±10)℃,回火后油冷,硬度100HRB,沖擊韌度21.2J/cm2。
W18Cr4V普通淬火、回火規(guī)范
淬火溫度1200~1240℃,油冷,硬度≥60HRC,回火溫度560~580℃。
W18Cr4V模具鋼淬火、回火規(guī)范
預(yù)熱溫度850℃,保溫時(shí)間24s/mm,淬火溫度1260~1300℃,保溫時(shí)間12~15s/mm,油冷,回火溫度560℃回火三次,每次1h,空冷,淬火、回火后硬度≥62。
用作冷的模具鋼時(shí),淬火溫度1200~1240,保溫時(shí)間15~20s/mm。
W18Cr4V低溫淬火加回火規(guī)范
預(yù)熱溫度:第一次低溫(560±10)℃,第二次中溫800~850℃轉(zhuǎn)入高溫鹽浴中加熱加熱溫度1250~1260℃,加熱時(shí)間按10s/mm計(jì)算,保溫后入(280±30)℃硝鹽浴,停留2~5min,空冷到室溫,然后在(560±10)℃連續(xù)回火三次,每次1.5~2h,硬度62~64HRC。
W18Cr4V真空淬火、回火規(guī)范
預(yù)熱溫度:第一次500~600℃,第二次800~820℃,真空度0.1Pa,淬火溫度1000~1100℃,真空度1~10Pa,油或N2氣冷卻,回火溫度180~220℃,硬度62~66HRC。
預(yù)熱溫度:第一次500~550℃,第二次800~820℃,真空度0.1Pa,淬火溫度1240~1300℃,真空度1~10Pa,油或N2氣冷卻,回火溫度540~600℃,硬度62~66HRC。
W18Cr4V氣體滲氮和氣體氮碳共滲規(guī)范
1)技術(shù)要求:硬度>1000HV,滲層深度0.03~0.05mm,滲氮溫度540℃,氣體比例:氨氣30%,載氣(RX氣)70%,氨分解率30%~40%,保溫時(shí)間3h。用于冷擠壓、沖裁模。
2)技術(shù)要求:硬度>1000HV,滲層深度0.05~0.07mm,滲氮溫度540℃,氣體比例:氨氣40%,載氣(RX氣)50%,氨分解率30%~40%,保溫時(shí)間5h。用于冷擠壓、沖裁模。
W18Cr4V氣體氮碳共滲+去氫處理
1)在RJJ-35-9T井式電爐中進(jìn)行模具氮碳共滲:560℃×4.5~5.0h,NH30.45~0.6m3/h,甲醇60~70滴/min,出爐油冷。
2)去氫處理:250~300℃×2h,氮碳共滲層深度≥0.08mm,表面硬度950HV0.1,心部硬度60~62HRC。
W18Cr4V冷擠凸模高溫、等溫淬火+高溫回火規(guī)范
預(yù)熱溫度800~850℃,保溫時(shí)間8min,淬火溫度(1260±5)℃,保溫時(shí)間4min,分級(jí)淬火,(280±10)℃×3h等濁淬火處理;(560±10)℃×90min×3次回火,空冷。
W18Cr4V滾絲模推薦熱處理工藝
840~860℃預(yù)熱,保溫時(shí)間按40s/mm計(jì)算,1220~1240℃加熱,加熱時(shí)間按20s/mm計(jì)算。先于580~620℃分級(jí)(按20s/mm),再入260~280℃硝鹽中等溫2.5h,580~585℃×1h+550℃×1h×2次回火,硬度61~62HRC。
W18Cr4V強(qiáng)韌化熱處理規(guī)范
600℃預(yù)熱,840~860℃預(yù)熱,保溫時(shí)間按30s/mm計(jì)算;1200℃加熱,加熱時(shí)間按8~15s/mm計(jì)算。550~570℃等溫(按30s/mm計(jì)算),空冷,550℃×1h×3次回火。硬度59~61HRC。
W18Cr4V貝氏體等溫淬火
810~830℃預(yù)熱,保溫時(shí)間按20s/mm計(jì)算,1230~1250℃加熱,加熱時(shí)間按10~15s/mm計(jì)算;淬火入810~830℃鹽浴中5~8s,在260~300℃等溫3h,空冷至室溫,(560±10)℃×1.5h×4次回火。硬度62HRC。
W18Cr4V低溫淬火+高溫回火
850~860℃預(yù)熱,保溫時(shí)間按30~40s/mm計(jì)算,鹽浴爐加熱,淬火溫度1240~1250℃,保溫時(shí)間按6~10s/mm計(jì)算,鹽浴冷卻溫度580~620℃,保溫2h,580~590℃×1h,550℃×1h×2次回火,硬度62~62.5HRC。
W18Cr4V沖孔模增碳淬火規(guī)范
選用粒度5~10mm的木炭,加入Na2CO3(木碳與Ma2CO3比例為9:1)充分混合,將沖模直接插入滲碳箱內(nèi),密封后于500℃入爐,升溫至820℃保溫1h,然后加熱至1000℃保溫2h。
最后加熱至1150~1160℃,短時(shí)保溫,開(kāi)箱淬入熱油,在200℃左右出爐(出油時(shí)掌握工件只能冒煙不燃燒),帶溫于560℃進(jìn)行90min三次回火。
W18Cr4V用途
冷擠壓沖頭,重載冷鐓沖頭,中、厚(10~25mm)鋼板沖孔沖頭,直徑<5~6mm的小沖頭。
用于各種沖裁奧氏體鋼、彈簧鋼、高強(qiáng)鋼板的中、小型沖頭。
用于制作鋼件冷擠壓凸模時(shí),硬度選用62~64HRC。
用于制作擠壓溫度>400℃的溫?cái)D壓模中的凸、凹模時(shí),硬度分別選用60~62HRC、62~64HRC。
用于制作不銹鋼拉深模的凸模,要求硬度選用62~64HRC。
用于制作銅件冷擠壓模凸模,推薦選用硬度60~62HRC,凹模硬度推薦選用62~64HRC。
用于制作銅件冷擠壓模凸模,推薦選用硬度62~64HRC。
采用Cr6WV、Cr12MoV、Cr12等鋼制作的沖頭,硬度為61~66HRC,其使用
壽命僅數(shù)十件,就呈現(xiàn)鐓粗以后的斷裂失效,在改用W18Cr4V高速鋼制作沖頭以后,其使用壽命高于3000次。
粉末冶金壓模和各種小型高使用壽命冷沖剪工具等。
可以用制作在≤600℃工作的模具、工具。
冷鐓M10~M24螺母的五工序沖孔沖針,使用壽命較低,采用強(qiáng)韌化熱處理規(guī)范,每件沖針可沖孔1.3萬(wàn)件以上。
該鋼用于制作沖制電池鋅筒的沖棒,采用常規(guī)淬火、回火工藝,每根沖棒只能沖2萬(wàn)支,而改用低溫淬火+回火+氣體氮碳共滲工藝后,單頭可沖6萬(wàn)支以上,雙頭可沖10萬(wàn)支以上,比常規(guī)工藝處理的沖棒提高使用壽命3~5倍。
冷擠凸模采用高溫淬火等溫+高溫回火規(guī)范,模具使用壽命有過(guò)去的幾百件提高到3萬(wàn)件以上。
對(duì)W18Cr4V鋼冷擠壓?jiǎn)?dòng)機(jī)齒輪模具,采用貝氏體等溫淬火,模具使用壽命由幾百件提高到幾千件。
W18Cr4V鋼冷擠壓凸模經(jīng)1280℃加熱,在260℃硝鹽中等溫4h,再空冷,并進(jìn)行正;鼗鹑巍M鼓S捕葹62~64HRC,貝氏體約55%(體積分?jǐn)?shù)),馬氏體35%(體積分?jǐn)?shù))。凸模使用壽命可提高1~2倍。
低溫淬火+高溫回火用于12000KW發(fā)電機(jī)磁軛方推刀的熱處理,該模具截面尺寸(45mm×70mm)-(45mm×70mm),長(zhǎng)度320~600mm,切削部分硬度60~64HRC,導(dǎo)向部分長(zhǎng)度為80~100mm,硬度40~45HRC。淬火過(guò)程中,預(yù)熱時(shí)導(dǎo)向部分朝上,將整個(gè)工件浸入鹽浴中,淬火加熱時(shí),導(dǎo)向部分露出鹽浴。
用于高速耐熱耐磨刃具、模具、軋輥。
用于整體淬硬型塑料模具。
沖模經(jīng)增碳淬火處理后,表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增至0.9%~1.0%,使用壽命
比未經(jīng)增碳處理的沖模提高一倍。
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