上夹口热处理工艺与性能的研究

谭兆湛

（华南理工大学广州学院机械实验中心，广州 510800）

1 引言

某公司生产塑料瓶所用的模具配件-上夹口，材料为2Cr13、4Cr13，硬度要求为30～35HRC；用该公司原有的热处理工艺淬火后表面硬度和切削性能虽然都没问题，但其热处理工艺时间周期长，生产效率低，不符合经济效益和环保节能的理念。因此该公司提出了优化工艺、缩短生产时间的要求，由我方研究相关的工艺改进工作。

2 热处理工艺的改进

2Cr13、4Cr13 是一种马氏体型不锈钢，通过热处理强化后具有良好的强度、塑性、韧性及耐蚀性能。从经济效益角度考虑，选用国产材料做塑料模具较合理，但要达到模具所需硬度、性能，必须采用不同的热处理设备及各种热处理工艺来实现。

根据该公司现有的生产设备制定了相应的热处理工艺（如图1），并提出下面几点要求：①使用防氧化脱碳涂料保护工件表面，以增加工件淬透性（工件心部淬透）使心部和表面通过回火后得到一致的硬度。②装炉要适当，要间隔分开留有空隙。③根据工件的有效厚度（约80mm），依据空气炉的加热系数计算可采用850℃保温90min 后再升至1020℃保温100min，以保证组织充分奥氏体化。④模具入油池淬火时，吊车要上下移动约15～20min，油冷到100℃左右出油，出油后工件要在空气中自然冷却2h，以保证马氏体组织有足够的时间转变，然后再吊入回火炉中回火。⑤模具的回火时间每次为270min（即4.5h），要求回火两次。

图1 热处理工艺图

3 实验检验结果

3.1 硬度与粗糙度（如表1）

表1

3.2 金相

完成相关的淬火及回火后分别在2Cr13、4Cr13 工件中各抽取一件在表面和中心上截取试样，对其进行金相观察，并且对2Cr13的原材料也进行金相观察。

图2 2Cr13的球化退火组织 500×

图2中组织为球粒状珠光体和沿晶断续分布之颗粒状碳化物。

2Cr13 属亚共析不锈钢，退火组织预备完善，淬火加热能使碳化物充分固溶于奥氏体，可获得无残余铁素体或少量铁素体及中等针状马氏体，回火后获得回火索氏体组织，其耐蚀性与强韧性均较优良。

图3中组织为带马氏体位向的均匀回火索氏体，属正常的调质组织，工件完全淬透，中心与表面组织一致。

2Cr13 经调质后具有很高的强度和良好的综合性能，可以用于承受较高应力的零件，如耐有机酸、盐的水溶液和食品介质的设备。

图3 2Cr13的淬火组织 500×

图4中组织为均匀回火索氏体+细小颗粒状碳化物，属正常的调质组织，工件完全淬透，中心与表面组织一致。

图4 4Cr13的淬火组织 500×

4Cr13 经调质后具有较高的强度与韧性相配合和较高的耐蚀性。

4 结论

由图2 可知，2Cr13 原材料的预备热处理达到了要求的球化效果。由图3 和图4 可知，2Cr13、4Cr13 采用实验工艺进行淬火、回火后可以获得理想的索氏体组织，达到了正常的调质组织。该公司原来的热处理工艺：650℃×3h→升温至850℃×3h→升温至1020℃×3h+（550～580）℃×8h×2 次；优化后的热处理工艺：650℃×1.3h→升温至1020℃×1.4h+（550～580）℃×4.5h×2 次。两种工艺相比较，优化后的热处理工艺明显比原工艺节省了将近10h，直接产生了经济效益，达到了节能的效果。

另外，该公司的上夹口半边模外圆预留了2mm的余量，由于半边模属形状简单的模具，考虑到热处理变形不大，加上表面有抗氧化脱碳的涂料保护，建议可减少1mm的余量，以减少原材料的浪费。

［1］梁耀能.机械工程材料［M］.广州：华南理工大学出版社，2009.