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B3(3Cr2WMoVNi)熱作模具鋼的應用

  • 2009-2-25 10:20:31
  • 來源:第三屆中國冷溫熱精鍛會議論文集
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作 者:沈陽工具模具鋼廠 石禎祥 谷守明 中國第一汽車集團公司 周士昌 大連交通大學 王慶森
關 鍵 詞:B3模具鋼、壽命、,錘鍛模、機鍛模
文獻摘要:本文主要闡述:B3模具鋼的化學成分、各種性能的特點和主要參數、熱處理工藝及各工廠使用情況等。充分說明B3模具鋼在國內是一種比較好的熱作模具鋼。
1.B3鋼化學成份,見表1              
表1  B3鋼化學成分(%)

C
Mn
Si
Ni
Cr
Mo
V
W
SP
3Cr2WMoVNi(B3)
0.26-0.35
≤0.45
≤0.45
1.0-1.6
2.2-2.6
1.2-1.6
0.4-0.65
0.6-0.8
≤0.03
2. B3鋼機械性能
2.1力學性能見表2
※ 表2 B3鋼主要參數
鋼 種
溫度℃
σs/Mpa
σb/Mpa
Ψ/%
Ak/J/Cm2
HRc/HBs
熱穩定性能℃
熱疲勞性能
5CrNiMo
室溫
1320
1390
38
37
42.7∥
589
20
300
 
 
 
46
 
600
320
425
93
 
∥157.3
650
160
250
97
364
∥96.4
700
85
145
98
 
∥62.5
4Cr5MoV1Si
(H13
室溫
1570
1670
48
50
48.7∥
 
 
300
 
 
 
72
 
600
860
1030
65
 
∥343.6
650
425
520
83
99
∥268.7
700
250
335
91
 
∥196.0
3Cr2MoWVNi
(B3
室溫
1550
1580
59
82
48.7∥
676
11
300
 
 
 
104
 
600
845
995
60
 
∥315.0
650
710
825
65
106
∥277.0
700
405
505
77
 
∥248.3
4Cr2MoVNi
-O#/7#
(B2
室溫
1350/1450
1440/1480
59/59
110∥80
45/46∥
652
12
200
 
 
 
96/89
 
300
 
 
 
103/96
 
600
680/730
775/820
82/75
 
∥252.3/248.3
650
495/550
535/600
89/78
235/228
∥183.1/199.8
700
220/300
250/335
97/91
 
∥113.2/113.6
 
※該表主要是一汽試驗數據。※該表最后兩項指標為機電所試驗數據
※熱穩定性能的物理意義——在模具鋼試樣保溫2h后,其硬度降至HRC35時,其加熱溫度。
※熱疲勞性能,其評及共分20級,評級數大者,其疲勞性能為最差。
 
2.2 B3鋼與H13鋼各種性能比較

從表2顯而易見:B3鋼熱韌性能,熱疲勞性能、熱穩定性能、紅硬性能等,是最好的。這性能均高于H13鋼。因此B3鋼用于機鍛模和精鍛模,其壽命好于H13鋼。

3.B3鋼特性                                               
3.1 良好淬透性、即使模具截面積大,也可獲得表面,心部均勻的硬度分布。
3.2 機械性能基本各向同性。
3.3 高的熱強性能,高的耐熱疲勞性能,高的熱韌性。     
3.4 抗高溫軟化性能好、見圖1。


圖1抗回火軟化曲線(室溫硬度HRC42)

3.5 易于進行補焊翻新。

 
B3鋼之所以具備:高的熱強性能、高的耐熱疲勞性能、高的熱韌性能和高的熱穩定性能等,是由于B3鋼高溫回火時,析出細小的碳化物(Cr7C3、MoC、V4C3)而產生的沉淀強化。同時,還要依靠基體的晶細結構(如位錯)的穩定性,提高基
體的回復與再結晶抗力。
 
4 B3鋼的熱處理

由圖2B3鋼(3Cr2WMoVNi)TTT曲線,該曲線采用金相法測定。TTT曲線,顯示珠光體、貝氏體和馬氏體轉變區。其臨界點:

A1=816℃   
A3=833℃ 
Ms=268℃
并按該曲線為基礎指導與確定,B3鋼(3Cr2WMoVNi)球化退火工藝與最佳淬火工藝。
 
 

 

圖2 B3鋼TTT曲線

 
 
4.1  球化退火
B3鋼球化退火工藝見圖3。

退火后的硬度為:HB=207~255
4.2  最佳淬火工藝,B3鋼熱處理工藝見圖4。

4.2.1采用圖4回火溫度,其硬度為HRc40~50

4.2.2要求較高抗回火穩定性的模具,可采用上限淬火溫度。
要求良好韌性的模具采用下限淬火溫度。
 
 
4.3  B3鋼與H13鋼在1020℃淬火,不同回火溫度,其硬度值對比曲線,如圖5。
該曲線說明在低于560℃時,其H13模具硬度偏高,但高于560℃回火時,則B3鋼模具硬度偏高。因此不難理解為何B3鋼模具熱強性優于H13鋼模具。況且從表2中,獲悉B3鋼熱韌性、熱疲勞性能、熱穩定性又最好。
因此往往在熱精鍛時,用B3鋼替代H13
4.4  應當探討的兩個問題
4.4.1  關于模塊尺寸效應問題

H13
H11與H13可以具有較高的抗回火穩定性,這是由于鋼中含有5%的鉻,使得鋼中增加了碳化物的數量,尤其是大截面模塊心部,碳化物分布是不均勻的(偏析較為嚴重),使鋼各向異性加大,對模塊尺寸效應非常敏感,即隨著模塊厚度的增加,沖擊韌性與塑性變壞,易使模具脆斷。其表3說明這個問題。

 
H13不同冷速及尺寸對沖擊值影響  表3
淬火溫度(℃)
回火溫度(℃)
ak
Kg·M/cM2
溫度
試樣(mm)
冷卻
溫度
硬度HRC
1020
10×10×55
油冷
560
47~49
5.5
φ200  心部
油冷
49~50
1.5
φ120 心部
空冷
50~51
1.2
 

 
許多資料證明,當模塊厚度小于60mm~80mm時,其沖擊值不低于5CrNiMo(HRc38~42,其沖擊值為3~4kg·M/cM2),但厚度增大時,性能顯著變壞。因此在選用H13時制造鍛模時,模塊厚度尺寸,最好不要超過100~120。

4.4.2  不同冷卻速度對B3鋼沖擊韌性的影響
不同冷卻速度對B3鋼沖擊韌性的影響見圖6。

 V 冷卻

模塊回火后一般都采用空氣冷卻,模塊尺寸越大冷卻也就越慢。為驗證B3鋼是否存在第二類回火脆性,將沖擊試樣經1000℃淬火,600℃回火,分別在油中、空氣中、砂中,及隨爐冷卻到室溫,結果如圖6顯示的那樣,此種材料沒有第二類回火脆性。

5  B3鋼(3Cr2WMoVNi)的應用
 
 
5.1             一汽機鍛模壽命比較見表4
表4 一汽機鍛模壽命統計表
模塊
尺寸/mm
鍛件
名稱
老   鋼  號
新 鋼 號
材料
HRC
壽命(件)
材料
HRC
壽命(件)
提高壽命%
1
290×310×200
萬向節叉
5CrNiMo
38-42
4500
H13
43
5515
23
2
290×310×200
萬向節叉
5CrNiMo
38-42
4500
B3
36-38
6500
44
3
 
290×310×200
萬向節叉
5CrNiMo
38-42
4500
B3
38-42
11380
153
4
 
290×310×200
萬向節叉
5CrNiMo
38-42
4500
B3
46-48
13140
192
5
260×290×171
萬向節叉
5CrNiMo
38-42
4500
B3
37-39
15247
239
6
φ300×135
突緣
5CrNiMo
42-44
9000
B3
42-44
16957
88
7
φ320×300
羊角
5CrNiMo
38-42
2500
B3
34-36
3955
58
8
360×270×170
滑動叉
5CrNiMo
42-47
8000
B3
42-47
10990
37
 
從一汽統計表中得知,萬向節叉用H13鋼模具生產同5CrNiMo壽命比可提高23%,但用B3鋼模具生產該鍛件壽命,可提高從44%到192%。其突緣、羊角、滑動叉分別提高88%、58%、37%。
5.2       400t、630t模鍛水壓機生產炮彈頭的新舊鋼模具壽命對比見  表5
 
廠名
炮彈頭沖孔新舊模具壽命對比B3/ H13
彈頭拔伸沖子壽命對比B3/ H13
123
 
1200/800
672
150/80
 
 
5.3       山海關橋梁廠3000t油壓機生產60At軌B3H13模具壽命對比見  表6
 
山海關橋梁廠
舊模具H13
新模具B3
生產At軌數量(根)
300
400
 
5.4       寶雞橋梁廠5000t油壓機生產60At軌新舊模具壽命對比見  表7
 
   名稱 
壽命
 。ǜ
材質
整形模
予鍛模
軌頭模
端頭擋塊
主要失
效形式
5CrMnMo
250
364
356
198
龜裂、壓塌、磨損
B3
545
764
780
436
龜裂、壓塌、磨損
 
從表上看壽命均提高一倍以上。
6  結論
6.1  B3綱有良好的室溫與高溫力學性能,尤其熱韌性、熱疲勞性能、熱穩定性能均高于H13。
6.2 B3鋼之所以熱強性高、熱韌性高、熱穩定性高、熱疲勞性能高,主要是由于有穩定的結構組織和基體有高的回復與再結晶抗力。
6.3 B3鋼熱處理時淬透性好,模具翻新不用退火。
6.4 B3鋼機鍛模壽命可提高:一般是50%~100%個別可提高到100%以上。
 
 
參考資料
 
(1)機車車輛工藝,1998.2“熱作模具鋼材料的發展”。
(2)汽車工藝與材料1996.9“三種模具鋼室溫及高溫力學性能”。
(3)鋼鐵1999.10“熱鍛模材料在一汽的應用”。
(4)“鍛造模具用鋼的選擇與應用”。       機電所   李平安
(5)第一汽車制造廠“機鍛模新材料3Cr2WMoVNi的研究”。
(6)“B3鋼在鋼軌壓型模具上的應用”。
(7)應用“壽命數據分別來自各工廠的試驗”。
 
 
 
 
 

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