skd11钢材的渗碳处理及影响SKD11冲模耐用度的四个原因

 

　　skd11钢材，为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。

 

　　渗碳所用钢种一般是碳的质量分数为0.10%～0. 25%的低碳钢和低合金钢，如15钢、20钢、20Cr钢、20CrMnTi钢等。钢件经渗碳后，都要进行淬火和低温回火，使工件表面获得高硬度(56～64 HRC)、高耐磨性和高疲劳强度，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性。渗碳工艺广泛用于要求表面硬而心部韧的工件上，如齿轮、凸轮轴、活塞销等。

 

　　根据渗碳介质的物理状态不同，渗碳可分为气体渗碳、固体渗碳和液体渗碳，其中气体渗碳应用更广泛。气体渗碳是工件在气体渗碳介质中进行的渗碳工艺。它是将工件放入密封的加热炉中(如井式气体渗碳炉)，通入气体渗碳剂进行渗碳的。

 

　　一般渗碳零件的加工工艺路线是：毛坯锻造(或轧材下料)→正火→粗加工、半精加工→渗碳→淬火→低温回火→精加工(磨削加工)。

 

　　防止钢件淬裂中从淬透性上考虑选择钢材

 

　　skd11钢材的渗碳处理及影响SKD11冲模耐用度的四个原因

 

　　一般来说，淬透性好的钢淬裂倾向大。但是，具有同样淬透性的钢，含碳量低的钢淬火裂纹发生较少。钢的淬透性一般用理想临界直径DI来表示，DI愈大表示淬透性愈好。DI随C%、合金元素种类及含量，以及晶粒度不同而变化。根据图6-1和图6-2，DI当然与淬裂具有一定关系，图6-3表示了各种钢均在900℃油淬(油温27℃)后，淬裂与DI、C%的关系。例如，0.4% C，0.25% Si，0.70% Mn，1.0% Cr，0.3% Ni钢在油中淬火时是否发生淬裂(晶粒度8级)?计算DI值得DI=68.58mm，按图中0.4% C考虑，不用担心淬裂。

 

　　当必须选用淬透性好的钢材时，为了避免淬火裂纹，可以采用较缓和的淬火介质，以达到淬火硬化和强化的目的。例如，Cr12MoV、W18Cr4V等钢采用油淬、硝盐浴淬火及空冷淬火等都可以达到硬化。因此为了避免淬火开裂，选择淬透性较好的钢材并采用缓和的淬火介质是零件设计的方案之一。如某零件用20号钢制造，渗碳处理后只有在水中淬火才能得到大于HRC58的硬度，该零件多孔、壁薄，在水中淬火时极易开裂报废。现改用淬透性较好的20CrMnTi钢制造，渗碳后用油淬火，则既可达到所需硬度，又可减少裂纹。

 

　　在选用skd11钢材时，还应注意马氏体点(Ms)的高低。上已叙及，一般来说，Ms点愈低的钢，淬裂倾向愈大。当Ms点高时，相变生成的马氏体可能立刻被自回火，从而消解一部分相变应力，可以避免发生淬裂。根据实验结果，Ms点降低8℃，淬裂几率可增加6倍。因此应选择Ms点稍高一些的钢材。

 

　　虽然选择淬透性好的skd11钢材制造零部件，且淬火时使用较缓和的冷却介质，可以减少淬火开裂，但是这样会在经济上增加材料费，因此需综合考虑，确定取舍。

 

　　skd11钢材的渗碳处理及影响SKD11冲模耐用度的四个原因

 

　　1、SKD11结构设计不合理的影响

 

　　冲模结构是影响冲模耐用度的关键，结构不合理容易造成刚性差和壁厚分布不均匀，以及表面缺陷(如表面氧化、脱碳、裂痕、疤痕)都会影响材料的性能，造成冲模的早期失效。

 

　　2、冲模材料选择的影响

 

　　选择合适的SKD11冲模材料可以防止冲模早期失效。夹杂物使冲模内部产生裂纹，引起脆性断裂，在进一步的热处理和使用中，该裂纹进一步扩展而引起冲模开裂。钢材在进行热加工和退火时，再机加工后有时仍残留脱碳层，由于内外层组织不同，造成热处理冷却速度不一致，产生裂纹，引起冲模开裂。含有较高的炭和合金元素，有较多的共晶化合物，导致淬火时常常出现沿着带状碳化物分布的裂纹，冲模在使用过程中裂纹进一步扩展，造成冲模开裂。

 

　　3、SKD11冲模机械加工的影响

 

　　冲模的型腔部分或冲头的圆角部分，在机械加工中常常因进刀太深而留下刀痕，造成应力集中，淬火时相应部位的裂纹进一步扩展，导致冲模开裂。电加工时，冲模被加热到高温度，使组织发生变化，即电加工异常层受到交变应力的反复作用，微裂纹变成大裂纹，导致冲模开裂而报废。研磨加工会导致研削表面过热，或引起表面软化，硬度降低，使冲模在使用中因磨损严重，或由于热应力而产生磨削裂纹，后导致冲模早期失效。

 

　　4、SKD11冲模热处理规范的影响

 

　　冲模在机械加工后都应进行淬火、回火等热处理。加热温度的高低、时间的长短、冷却速度的大小、保护气氛等工艺参数选择不当都会影响冲模的耐用度。模具钢中含有较多的炭和较多的合金元素，导热性差，加热的速度不能太快。

 

　　skd11钢材的渗碳处理及影响SKD11冲模耐用度的四个原因

 

　　当发生氧化时，冲模表面易划伤，尺寸变小，使用易产生早期疲劳裂纹，当造成脱碳时，表面硬度显著降低，造成早期磨损;淬火温度过高，易造成晶粒长大，使钢呈现出脆性，因而冲模的使用中常常出现裂纹、崩刀、折断等事故，相反，淬火温度过低，钢的抗压强度也低，冲头易出现鼓行而失效。对于不同的冲模材料，应根据所要求的组织形态，选用不同的冷却速度，对于高合金钢，由于含有较多的合金元素，淬火性较低，可以采用油冷、空冷，甚至等温淬火、分级淬火等工艺。冲模表面的强化处理也是提高冲模使用寿命的一个很重要途径，氮化、渗硼、渗碳以及镀铬等都具有一定的效果，当强化工艺控制不严格或强化方法选择不当时，就不可能获得预期效果，反而导致冲模的早期失效。