低成本高寿命的模具垫块

1模具垫块要求有相当高的硬度，可以在长时间频繁承受压应力的情况下不凹陷;同时又要求有比较高的冲击韧性和疲劳极限，能够经受长期使用而不开裂。现在通用的模具垫块一般由Cr12MoV钢和45#钢镶套组合而成。在使用中，Cr12MoV钢垫块由于难以频繁承受较大压应力而容易开裂。每次更换垫块，整套模具都要重新装拆、调整，经常更换垫块增加了劳动强度和生产成本。也有厂家采用40Cr整体制成大垫块，热处理硬度在40~45HRC，由于硬度较低，使用不长时间（约一个月）就产生凹陷，需要重新磨平，也增加了劳动强度和生产成本。
针对上述问题，江西省机械科学研究所经过筛选和比较，改用60Si2Mn钢来制作垫块。60Si2Mn是一种弹簧专用钢，具有高的屈服强度和高的疲劳极限，它的冲击韧性是Cr12MoV钢的8.5倍左右；抗弯强度是Cr12MoV钢的1.6倍左右;热处理后的硬度非常接近Cr12MoV钢，比40Cr高许多。并且，60Si2Mn钢的价格不到Cr12MoV钢的一半。因此，选用60Si2Mn钢制作模具垫块不仅有望较好地解决40Cr钢垫块硬度低，容易产生凹陷和Cr12MoV钢垫块使用中容易开裂等问题，而且可以降低模具垫块的生产成本。从技术指标和经济性两个方面看，选60Si2Mn钢做模具垫块都是可行的。
60Si2Mn钢中的含Si量为1.60%~2.00%，大量的Si元素一方面提高了60Si2Mn钢的弹性极限和屈强比以及疲劳强度和回火稳定性;但另一方面由于Si是强烈促进石墨化的元素，故60Si2Mn钢石墨化倾向较强，脱碳敏感性也较高。
小尺寸的60Si2Mn钢，轧制时轧制比高，变形大，石墨片在轧制过程中被破碎成较小颗粒，因此可直接加工成模具小垫块，经多家用户使用，都没有问题。但是大直径的60Si2Mn钢石墨化倾向严重。石墨化倾向越严重，钢的偏析就越严重，热处理时产生的组织应力也越大，使工件产生裂纹。如果下料直接加工大垫块就会因开裂而报废。为了解决这个问题，该研究所研发了一套锻造、球化退火、热处理工艺，取得了良好的效果。1）选择适当锻造比。利用锻造时金属变形、高温扩散及互相溶解作用，来破碎碳化物、石墨片等，并使之较均匀地分布在金属基体中，改善金属组织。锻造比的大小要合适，锻造比太小，钢里的石墨片破碎的程度不够，对组织性能的改善作用有限。该所锻造工艺如下:Ф180mm56mm(下料)锻造成Ф100mm178mm，再锻造成Ф180mm53mm。2）球化退火。锻造后进行球化退火，可以进一步改善60Si2Mn钢中已经被破碎的石墨颗粒形态，进一步提高组织性能。该所退火工艺为：970℃/1.5h-740℃/2h-空冷。3）热处理。经过试验，发现淬火温度为870℃时，冲击韧性最好。经260~280℃回火后，硬度达57~60HRC。
生产实践表明，采用上述工艺制备的60Si2Mn钢模具垫块，使用中基本避免了Cr12MoV钢垫块开裂的情况;产生凹陷的程度比40Cr钢小很多，使用3,4个月后才会轻微凹陷，磨平后又可重新使用；原材料价格比Cr12MoV钢低很多，因此深受用户的欢迎。(钢研）

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