关于连杆模具材料8402钢的热处理工艺改进

        8402钢是一种具有优良的淬透性、淬硬性和良好的室温和高温性能的模具钢，广泛用于要求强韧性和冷热疲劳抗力高、工作温度高的热作模具，其使用寿命远高于5CrNiMo材料等。但经一段时间的使用发现模具寿命不够理想，经常规热处理后，常出现早期失效，经金相检验发现其组织状态不好，碳化物分布不均，带状组织没有完全消除，故有必要对其热处理工艺进行改进。
         宁波市神光电炉有限公司将同批进厂的该材料分成2组采用2种工艺方法分别进行处理，并随炉带有拉伸和冲击试样。2种工艺情况见图1。其淬火加热在台车炉中进行，淬火在大号油槽中进行。冷却到200℃以下时，直接装炉进行回火。
        原材料进厂时经常规退火处理后的退火状态其组织为铁素体+合金碳化物。由于常规退火加热温度较低，二次渗碳体及特殊碳化物不能充分溶入奥氏体，因而不能有效改变碳化物分布和尺寸，故基体上碳化物球化不好，而且晶界附近保留了高密度的碳化物偏聚状态，退火组织不够理想。再经原工艺1040℃淬火处理后仍发现存在有明显的组织不均现象，经两次回火后组织为回火马氏体+未溶碳化物+少量残余奥氏体，仍存在不均匀现象，带状组织没有完全消除。这与退火组织不均有关，在1040℃加热情况下由于高温奥氏体浓度不均匀，只有碳化物富集区的Cr、Mo复合碳化物部分发生溶解，碳及合金元素扩散不充分，因而得到片状马氏体和少量板条状马氏体组织，亚结构以孪晶为主，碳化物颗粒尺寸较大且分布不均匀，这种组织对裂纹形成和扩展有利，将导致材料的强度、韧性不理想。
        经改进工艺将热处理温度提高到1150℃高温淬火，并适当延长保温时间，可使碳化物基本全部固溶，同时也使碳化物迅速扩散，虽然这样使奥氏体晶粒有所长大，但长大不是很明显。这种方案消除了原有组织中的碳化物富集区，组织的均匀化程度较退火组织大大改善。采用高温淬火，使原有组织中大量合金碳化物溶于基体，从而提高基体的合金化程度，这对提高模具的强度、热稳定性及抗热疲劳性均有利。通过改进工艺处理后，在1150℃淬火加热时，碳化物溶解速度快，基体中碳及合金元素的浓度差及成分不均匀的微区尺寸都比较小，且碳化物的均匀弥散分布阻碍奥氏体晶粒继续长大，因而淬火后不仅使碳化物尺寸没有显著增大且弥散分布，亦促使奥氏体成分均匀，增加了板条马氏体数量，且板条马氏体并没有显著增大。通过两次回火，尤其是第二次氮化过程，相当于长时间回火，使应力得到完全消除，同时对碳化物起到球化作用碳化物充分扩散和碳化物的球化作用，减轻了裂纹形成及扩展的速率，有利于韧性的改善，且由于它对位错起钉扎作用，提高塑性变形抗力，强化了基体，增加回火马氏体的弥散强化效果，使强度提高。同时，氮化使表面硬度得到提高，增加了表面耐磨性，从而提高了模具使用寿命。从实际使用结果看，改进工艺后试验了10套模具，模具寿命有了大幅提高。
        8402钢经改进工艺处理后与原工艺处理相比，剩余碳化物比较均匀，碳化物富集情况基本消除。虽然组织晶粒有所增大，但就力学性能而言，其塑性、强度、冲击韧度和表面硬度明显提高。大幅度提高了模具寿命，降低了生产成本，增加了效益。


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