T10A碳素工具鋼的熱處理工藝技術(shù)分析

周紅星

【摘 要】基于T10A材料的沖裁模具在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍相當(dāng)廣，但沖模失效的現(xiàn)象卻普遍存在，其極大地制約著模具制作質(zhì)量的提高。沖模失效的影響因素往往與沖裁模的制作環(huán)境、沖裁模的制作材料、毛坯的制作質(zhì)量和沖裁模的熱處理工藝間存在著某種關(guān)聯(lián)。本文就T10A碳素工具鋼的熱處理工藝技術(shù)展開討論。

【關(guān)鍵詞】T10A；熱處理工藝；沖裁模；碳素工具鋼

基于T10A碳素工具鋼的沖裁模具在現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣，而機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)效率很大程度上直接取決于沖裁模具的制作質(zhì)量。沖模失效是沖裁模具制作的最大阻礙，基于其成因的分析可知，鍛造方法的合理性和熱處理工藝的改進(jìn)具有現(xiàn)實(shí)意義，即實(shí)現(xiàn)沖裁模具使用性能的提高和使用壽命的延長(zhǎng)。本文結(jié)合具體案例，就T10A碳素工具鋼的熱處理工藝展開討論。

1.沖裁模工作條件和性能要求

沖裁模是完成沖壓生產(chǎn)的必要裝備，即沖壓生產(chǎn)工藝方案的落實(shí)離不開模具結(jié)構(gòu)的支持。沖裁模的制作質(zhì)量和制作精度直接影響著沖壓零件的質(zhì)量和精度，而沖壓生產(chǎn)效率和沖裁模使用性能和壽命直接取決于沖裁模結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性和合理性。源于沖裁模尺寸、形狀、精度和生產(chǎn)條件的差異，沖裁模結(jié)構(gòu)和類型也不盡相同。

1.1工作條件

沖裁模多用作板材的落料和板材的沖孔。源于凹凸模具的刃口即為模具的工作部位，其必然會(huì)承受模具工作階段產(chǎn)生的剪切力、沖擊力、彎曲力和摩擦力。

1.2性能要求

源于沖裁模具的工作條件，即在沖裁階段，沖裁模具承受著彎曲應(yīng)力和摩擦力，沖裁模具必須具備足夠高的抗彎曲強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、韌性、耐磨性和硬度（見表一），且其還應(yīng)該具備較小的熱處理變形量和低廉的造價(jià)。需注意，沖裁模具的制作板材決定了沖裁模具的性能指標(biāo)。就板材厚度而言，冷沖裁模具包括板厚大于1.5mm的厚板沖裁模和板厚≤1.5mm的薄板沖裁模，其中薄板沖裁模要求板材的耐磨性要高；厚板沖裁模要求板材的抗彎曲強(qiáng)度、耐磨性和強(qiáng)韌性要高，以防沖裁模具斷裂。

表一 不同沖裁模具的硬度要求

基于沖裁模工作條件和性能要求，某電力設(shè)備企業(yè)應(yīng)用了基于T10A碳素工具鋼的沖裁模具。T10A碳素工具鋼具有強(qiáng)耐磨性、高強(qiáng)度、切削加工和鍛造加工簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)。源于碳素工具鋼的高含碳量、低塑性，務(wù)必要嚴(yán)格控制碳素工具鋼的純度，以確保切實(shí)消除淬裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，而P/S的含量應(yīng)被控制在0.02%或0.03%內(nèi)。

2.毛坯制作要求

一般而言，沖裁模應(yīng)經(jīng)鍛造制成毛坯。碳素工具鋼良好的鍛造性能，務(wù)必要嚴(yán)格控制鍛造階段存在的表面脫碳現(xiàn)象，且注意盡可能縮短加熱時(shí)間和鍛壓比（>4）。待碳素工具鋼鍛造結(jié)束，在進(jìn)行空氣冷卻處理，需注意初鍛溫度為1200℃；終鍛溫度為800℃。

3.熱處理工藝分析

T10A碳素工具鋼熱處理的主要工藝流程為：預(yù)先熱處理→淬火→回火。本文就以上三個(gè)方面展開討論。

3.1預(yù)先預(yù)處理工藝

待T10A碳素工具鋼鍛造完畢，為了方便后序加工和最終熱處理，務(wù)必要采取措施，使鍛件應(yīng)力被消除和組織被改善，以確保鍛件具備適宜的組織和強(qiáng)度?；诖?，就毛坯狀態(tài)中的鍛件做預(yù)先預(yù)處理具有現(xiàn)實(shí)意義。一般而言，球化退火法（見表二）可使T10A碳素工具鋼的滲碳體以球狀形式均勻分布開來(lái)。如果鍛件在晶界方向產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物，則有必要先做正火處理再做球化退火處理。實(shí)踐證實(shí)，球化退火法可獲取鐵素體機(jī)體中的粒狀碳化物組織。

表二 某企業(yè)球化退火工藝參數(shù)

3.2淬火工藝

源于T10A的低淬透性，其有必要事先做冷水冷卻處理，但易引起沖裁模具淬裂或變形。此外，源于碳素工具鋼的熱敏感性，晶粒的體積會(huì)隨之變大，而碳素工具鋼的淬火溫度多波動(dòng)于奧氏體與碳化物的共存區(qū)間，原因在于碳化物可通過阻止奧氏體的增長(zhǎng)把碳素工具鋼的晶?？刂频揭蠓秶鷥?nèi)，進(jìn)而確保碳素工具鋼的韌性及沖裁模具的耐磨性。一般而言，淬火加熱溫度應(yīng)保持在最低溫度，即760-780℃，以防模具出現(xiàn)淬火開裂現(xiàn)象，且注意T10A碳素工具鋼冷卻的基礎(chǔ)應(yīng)為淬火法。

模具材質(zhì)和加熱時(shí)間的確定取決于工件的尺寸，即不同的工件大小對(duì)應(yīng)不同的升溫時(shí)間，不同的模具材質(zhì)對(duì)應(yīng)不同的保溫時(shí)間和加熱時(shí)間，且注意模具的組織性能取決于加熱時(shí)間的控制。一般而言，碳化物溶解的保溫時(shí)間應(yīng)控制在15min-25min內(nèi)，以確保T10A冷作模具基體奧氏體化。

3.3回火工藝

沖裁模具的回火處理應(yīng)安排在淬火加工工藝完畢之后，且注意銜接時(shí)間的控制，回火溫度的確定基礎(chǔ)應(yīng)為沖裁模具的硬度要求，以確保沖裁模具成品能夠滿足韌性、強(qiáng)度和硬度的要求。就T10A碳素工具鋼而言，不同的回火溫度對(duì)應(yīng)不同的強(qiáng)度要求（見表三）：

表三 T10A碳素工具鋼在不同回火溫度下的硬度

需注意，回火溫度在200℃-300℃間時(shí)，任何冷作模具鋼均會(huì)出現(xiàn)回火脆性現(xiàn)象，進(jìn)而引起模具韌性下降，則高韌性的T10A碳素工具鋼模具要求盡可能規(guī)避上述回火溫度。

4.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，T10A碳素工具鋼憑借著自身所具備的造價(jià)成本低廉、使用性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各小批量機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域。但在沖裁模具的制作階段，務(wù)必要基于性能要求和工作條件選擇最佳的鍛造方法和熱處理工藝，以確保模具使用性能的提（下轉(zhuǎn)第118頁(yè)）（上接第21頁(yè)）高和使用壽命的延長(zhǎng)。

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