连铸连轧铜管挤压模具的选材与热处理
摘要：连铸连轧铜管挤压模具是连铸连轧铜管生产线的主要消耗工具，本文从材料选择和热处理温度方面，阐述了提高连铸连轧铜管挤压模具使用寿命的方法，并对4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)和3Cr2W8V钢热处理后的性能做了比较试验。结果表明，用4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)钢制造连铸连轧铜管挤压模具，并经适当的热处理,能显著提高模具的使用寿命。
连铸连轧铜管是目前世界上先进的铜管生产工艺．经济发达地区陆续引进了连铸连轧铜管生产线，挤压模具是该生产线的主要消耗工具。国产模具在使用时．经常在表面过早地产生疲劳裂纹或麻点剥落．甚至产生断裂，导致模具早期报废。本文从材料选择和热处理加热温度方面，阐述了提高连铸连轧铜管挤压模具使用寿命的方法。
1 挤压模具材料的选择
目前的模具钢材料以4Cr5MoSiV1(H13)和3Cr2W8V钢为主。H13钢具有较高的韧性和耐
冷热疲劳性能，不易产生热疲劳裂纹，且具有较高的热强性，是一种强韧兼备的优质价廉钢种，一般在模具温升低于600 ℃的工况条件下使用。3Cr2W8V热强性高，耐热性好，一般在600℃ 以上使用可获得良好的使用性能。铜管行星轧机挤压模具使用时的表面温度可达800℃ 以上．表面经受乳液冷却，这就要求模具具有高的热强性和良好的抗冷热疲劳性能。由此可见．上述两种材质都不能完全满足这种使用要求。经过反复试验，选用一种热强性高且具有良好的抗冷热疲劳能力的新型热模具钢4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)．并通过优化热处理工艺进一步提高材料的性能．达到铜管行星轧机挤压模具的要求。
2 热处理工艺
挤压模具的生产路线为：冶炼一铸锭一模具锻造一锻后热处理一粗加一预备热处理一半精
加工一最终热处理一精加工。
2．1 锻后热处理
锻后热处理采用退火处理．退火是为了消除坯料在锻造时产生的内应力，降低硬度．细化晶
粒，为切削加工和淬火作准备。退火加热温度为920-950℃ 。
2．2 预备热处理
预备热处理采用调质，调质是为了使模具具有综合的力学性能．特别是心部的性能达到高的
强度和良好的韧性。采用1100～1120℃加热淬火、700～720℃ 回火的处理工艺。
2．3 最终热处理
最终热处理采用高温淬火和二次高温回火。
(1)淬火加热温度
4Cr3M02MnVNbB (Y4)钢中加人3％Cr和2％Mo．使钢的共析成分降低．达到0．2％C-0．3％C。为了使钢具有较高的硬度和高的高温强度，提高了基体的含碳量，同时保留或形成细小弥散的碳化物。这就需要在加热时提高加热温度。使Cr、Mo、V等的碳化物尽量多的溶解到基体中，起到强化基体和产生二次硬化的效果。因此确定加热温度为l130-1150℃
(2)回火温度
高温加热使钢中奥氏体溶人了大量的合金元素，经过油淬后得到马氏体、残余奥氏体和少量未溶解碳化物的混合组织，硬度55～57HRC。回火后硬度发生变化，可看出，在570～590℃回火，可获得二次硬化效果。为了使钢在高温下使用具有更好的热稳定性和良好的韧性．选择回火温度为620～630℃(两次回火)，使钢的硬度达到48～50HRC。
3 热处理后的性能
3．1热稳定性比较
在700℃对4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)和3Cr2W8V的试样测试其硬度随时问的变化关系，结果在工作温度达到700℃ 时，4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)随保温时间的延长，硬度下降缓慢且降幅较小。
3．2冷热疲劳性能比较
采用加热到780℃然后冷却到250℃ 的循环加热冷却方式，对试样进行冷热疲劳实验，循环次数3000次， 测量4Cr3Mo2MnVNbB (Y4)和3Cr2W8V的试样表面裂纹情况，结果如表所示。
冷热疲劳实验结果(裂纹数)
|
钢种 |
≤
0.05mm |
0.05～
0.10mm |
0.10～
0.15mm |
0.15～
0.20mm |
≥
0.2mm |
最长
裂纹 |
|
Y4 |
14 |
5 |
0 |
0 |
0 |
0.07 |
|
3Cr2W8V |
22 |
10 |
1 |
1 |
3 |
0.31 |
4 结论
从性能检测结果可见．4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)比3Cr2W8V钢具有更好的室温力学性能，更高的热强性和良好的冷热疲劳性能。用4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)钢制造连铸连轧铜管挤压模具，并经上述的热处理工艺处理．能够显著提高模具的使用寿命。
我公司专业销售4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)钢，可根据客户尺寸要求进行锻造。
