通过高温淬火复合强化处理工艺可以有效解决H21钢制热锻模具早期失效问题

实际案例：M12×50圆柱螺栓热锻模具，螺栓材质为38Cr，热锻模具采用H21钢制造。
H21钢也称为半高速钢，是我国热作模具钢的传统用钢，应用极为广泛。由于钢中含有较多的碳化物形成元素，因此在高温下具有高的强度和硬度，但韧性和塑性差，钢中的共晶碳化物不均匀度比较明显，易造成脆裂报废，有脱碳倾向，H21钢制造的热锻模具，磨损快，粘模严重，早期易出现热疲劳裂纹，需要在热处理工艺方面作一些改进。无锡市瀚超特殊钢有限公司合金模具钢事业部专业销售高性能热锻模具钢、热挤压模具钢、红锻模具钢、红冲模具钢，提供热锻模具、热挤压模具、红锻模具、红冲模具失效分析及模具寿命解决方案“一站式”服务www.alloy-mould-steel.com，热线电话：0510-83632628。
螺栓热锻模在工作中要受很大的挤压、冲击、弯曲力以及摩擦力的作用，模面工作温度达600℃以上。锻模在高温下要求能保持较高的综合力学性能，要求具有较高的强度、硬度、韧性、耐磨性和高的耐回火性。其次，因模具还受周期性的加热与冷却的作用，很容易形成热疲劳裂纹，因此还要求有良好的耐热疲劳性能，以防止模具早期龟裂。同时，模具还应有高的淬透性，良好的导热性、抗氧化能力以及冷热加工性能。
目前，螺栓热锻模主要的失效形式为热疲劳、模腔擦伤和塌陷、粘模及脱模困难等。H21钢按常规在1050~1100℃淬火后，有约8%的未溶碳化物，马氏体中的合金度比较低，其热稳定性和断裂韧度都不高。提高淬火温度可使奥氏体合金化程度增加，获得以板条马氏体为主的金相组织，从而有效地解决了模具早期失效问题。
为提高H21钢制M12×50圆柱螺栓(材料为38Cr)热锻模寿命，采用了下图所示的复合强化处理工艺：

H21钢螺栓热锻模复合强化处理
H21钢经1200℃的锻后固溶处理，可使M₆C及其他带状、网状、链状分布的合金碳化物充分溶入到奥氏体中，一次碳化物的大小由50~90μm降至8~13μm(碳化物级别不大于2级)，球状二次碳化物尺寸不大于0.5μm。经720℃高温回火后，可获得呈高度弥散析出的合金碳化物及强韧性高的索氏体组织。
经1180℃的高温淬火后，可得到90%（体积分数）以上的板条马氏体组织，显著提高断裂韧度，从而可克服断裂失效问题。
按上图所示的复合强化处理工艺处理的H21钢热锻模具，模具寿命可从常规处理的3000~5000件提高到3~4万件，失效形式为擦伤、塌陷和粘模。再进一步施以硫碳氮三元共渗后，可使抗擦伤、抗粘结能力得到进一步提高，使用寿命可提高到5~6万件。

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资料来源：无锡市瀚超特殊钢有限公司合金模具钢营业部
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