汽车螺栓热镦开式模选材与复合渗强化处理研究

王荣滨
江西南弯工具厂

文章摘要:试验选用4Cr3M02NiVNbB(HD)电渣钢制造材质为40Cr的汽车高强度螺栓用热镦开式模，经改锻一锻热固溶调质子处理和C-N共渗加五元共渗复合渗强化处理，代替原5CrMnMo电炉钢制该模的常规热处理，消除了模具的早中期失效，且螺栓坯料表面光洁度高，寿命提高8∽10倍，经济效益显著．
文章主题:汽车 热镦开式模 选材 复合渗 强化处理 C-N共渗 高强度螺栓 五元共渗

文章内容：汽车紧固件汽车螺栓热镦开式模选材与复合渗强化处理研究江西南弯工具厂王荣滨摘要:试验选用432()电渣钢制造材质为40的汽车高强度螺栓用热镦开式模,经改锻一锻热固溶调质子处理和-共渗加五元共渗复合渗强化处理,代替原5电炉钢制该模的常规热处理,消除了模具的早中期失效,且螺栓坯料表面光洁度高,寿命提高8一0倍,经济效益显着.关键词:电渣钢;改锻一锻热固溶淬火;-共渗;—-__—五元共渗1前言40钢制汽车高强度螺栓热镦开式模如图1所示,外形尺寸为180×180×200.原用5电炉钢制造,经常规热处理后,早中期失效严重,寿命1---2万件,且螺栓坯料表面光洁度差.经试验,选用新型电渣钢制造该模,经复合渗强化热处理,寿命达到2万件以上,且螺栓表面光洁度高.25热镦模失效分析与措施2.1六角型面龟裂在型腔金属表层形成深约0,50～1.50裂纹,呈放射状,网状,俗称疲劳龟裂,在加工中使螺栓坯料六角面形成放射状,网状印纹,失去光洁度而失效.可能是因为型腔承受打击力,金属塑性流动强烈摩擦力,每镦锻数件用冷却剂冷却型腔,周期性加热与冷却,产生较大热应力,与高温,高压打击力而形成的拉应力叠加值超过该材料强度极限而产生的.,-^,谗:,:,.,图1.高强度螺栓热镦开式模2.2型腔软塌型腔塑性变形软塌失效,主要原因是<>13.汽车紧固件选材不当,材料热硬性不足或热处理不当,导致高温力学性能不足.2.3热磨损磨损失去型腔精度,使热镦螺栓坯料尺寸超差,促使六角型面和螺杆圆面发生擦伤沟槽,损坏坯料表面光洁度.因热镦过程中坯料氧化皮过多,未及时清除,加剧型腔磨损和发生金属坯料与型腔表面在高温,高压下粘结,导致型腔加速磨损和剥落.型腔得不到及时冷却,发生过度回火而软化,将加速热磨损;螺栓坯料加热不均匀,坯料金属塑性变形阻力增大,将加速热磨损,甚至胀裂模膛.六角型面光洁度差或留有较深冷加工刀痕,或润滑剂含有有害杂质过量,对模腔发生腐蚀,都会加速型腔腐蚀热磨损.多年来对不同规格高强度螺栓热镦模早中期失效比例统计得平均值见表1.表1热镦模早中期失效平均值失效原因失效率()热处理问题5''设计不合理1''材质问题5'使用不当1''加工问题'其它5''2.4措施1)模具设计应使坯料金属在模膛内均匀流动,减少模面摩擦,降低应力集中,避免存在死角;2)采用组合结构使模具消除应力集中,减少热疲劳应力源:3)正确选用模具材料;优化和强化热处理工艺:<>14.4)确保冷切削加工精度,具有低粗糙度:合理使用与维护模具并正确操作:5)提高冲床精度等级,若精度不高易发生偏载应力:6)使用前予热模具,予热温度以250～300℃×2.0～2.5为宜;7)模具使用完后清除模膛氧化物和污物,检查是否有擦伤,裂纹,塌陷,磨损,剥落,腐蚀,并及时进行修复或更换;8)确保坯料质量.3电渣钢工艺性能试验电渣钢具有化学成分均匀,纯洁度高,杂质少,晶粒和碳化物细小,组织均匀,致密,无宏观和显微冶金缺陷,热加工性能优良,组织重现性好和等向性能较佳等特点.适宜制造服役条件恶劣的汽车高强度螺栓热镦模.表2～表4为工艺性能试验数据.4电渣钢锻造与锻热固溶调质予处理电渣钢含有多种强碳化物形成元素,,,№等和着名强韧性元素以及特种功能元素№,.钢中合金元素所形成的碳化物类型与组成成分及主要性能见表5.锻坯在中性反射炉中加热,防氧化脱碳,采用轻一重一轻双十字形镦拨锻造法.锻造完工后乘高温余热返回炉中加热至1130℃～1160℃,充分保温后油淬,即锻热固溶淬火,其锻热固溶淬火调质予处理工艺如图2所示.锻造强化效果可遗传给后续最终淬火,功能继承,节电节时,简化工序,是最终淬火理想予处理组织,又有良好冷切削加工性能.汽车紧固件表2电渣钢推荐淬火工艺淬火温度保温时问冷却硬度第一次予热第二次子热(℃)(/)介质()箱式炉550±1℃盐浴炉850±1'保温时问保温时问3±12～25油54—5530+/1+.5/表3电渣钢性能试样回火工艺要求硬度第一次回火温度第二次回火温度试样号硬度()硬度()()保温时间保温时间47—49650±1℃×246.8—48.56±1℃246.5—47.042～4467±1℃244.5—46.567±1℃242,5～44.0表4电渣钢回火稳定性试验'淬火硬度二次硬化峰二次硬化峰5时的回火43时的回火35时的回火()温度(℃)硬度()温度(℃)温度(℃)温度(℃)54.3～55.66一6153.4～54.5645～6569一7725—73注:试样经1130±5"油淬,一组三件试样平均值.表5电渣钢合金元素的组成及性能碳化物代号主要成分硬度()溶入奥氏体中温度(℃),,(-)86～1515一122.236.(-,)23'1—900～^373.(--")36—8950～5乩(--?)'2—3115—3,20—28001—55复合渗强化处理工艺5.1气体中温--共渗.使用时将混合氯化物溶解于甲醇制成滴剂.60℃620×2低温以渗为主,增大.气供给量,产生较多活性[]原子,而甲醇混合滴剂产生较少活性[]原子.因金属表面吸收较多,含量增加,可降低高温共渗温度.高温?共渗温度选用880℃""890℃×2并增大煤油滴量,产生较多活性[]原子,高温加热使低温段形成的?相发生溶解,增大吸[]量和加快活性[]原子向金属内部扩散,实现以渗为主,获得较厚渗层.高温渗保温后随炉降温至820℃～830℃×2中温<>15.汽车紧固件段,增大.气供给量,减少煤油滴量,以增加金属模具表面含量,达到所需较厚?共渗层厚度1.5～2..5.2二次淬火加热温度的选择选用1130℃～1140℃较高淬火加热温度,既可使己细化的(???):.6,(?)3,(???)73等合金碳化物与合金元素再次溶入高温奥氏体中,使之充分合金化;又可保留较多难溶解的,№成为过剩碳化物,阻止奥氏体晶粒长大,达到细化晶粒和降低基体含量,淬火易得到强韧性高密度位错板条马氏体和高韧性的少量呈薄膜状分布在板条马氏体之间的残余奥氏体,起到韧带作用.所以,虽然淬火加热