3Cr2W8V热处理

东联机械制造有限责任公司 技 术 中 心 刘桂平

内容提要对3Cr2W8V热模具的失效形式、材质特征及各合金元素 的作用进行了分析。通过多次试验，制定了提高 3Cr2W8V热模具寿 命的热处理工艺。

关键词 3Cr2W8V 热模具失效形式 热处理工艺 使用寿命

热模具工作温度较高(一般情况下，工件始锻温度为

1200C, 疲劳强度

赵全生郑海东

终锻温度为800C),工作条件恶劣。工作时强大的压力和冲击载荷 使坯料金属在模具型腔内流动，坯料金属与型腔表面产生剧烈磨擦， 极易使型腔表面磨损；同时锻模要在不断反复冷却条件下工作，

由于

冷热交变的结果，型腔表面在交变应力作用下易产生疲劳裂纹。 使用 过程中，磨损、疲劳是热模具失效的主要形式。为此，我们对热模具 进行热处理工艺研究，以提高其工作寿命。 1热模具所用材料的特征

热模具所用材料为3Cr2W8V，其化学成分如下表。

3Cr2W8V化学成分表

兀素名称 兀素含量 C [ Si Mn Cr W V P, S 0.30~0.40 0.15~0.35 0.20~0.40 2.20~2.70 7.50~9.00 0.20~0.50 < 0.03 (%) 3Cr2W8V 各临界点：As=800C; Ac3=850C; Ms=380C。

从上表可知，3Cr2W8V钢为合金模具钢，材料中含有较多的碳

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化物元素：Cr、W、V等，因而具有较高的耐热疲劳性和高温机械性 能。由于Cr、W元素的作用使奥氏体相当稳定，从而使该材料具有 较高的淬透性，它既能保证模具淬火后获得均一的马氏体组织；

回火

时，Cr、W、Mn元素又能阻碍马氏体组织的分解，使材料具有较高 的耐磨性和抗回火稳定性。可见 3Cr2W8V钢热模具经适当的热处理 工艺热处理后，具有较好的热强性、耐磨性，使模具具有较长的使用 寿命。 2 3Cr2W8V热模具传统的热处理工艺

3Cr2W8V热模具的制造工艺流程为：下料-锻造-退火-机加 工-热处理，模具热处理后的硬度要求为：

HRC42—46。

模具传统的热处理工艺为：淬火：550C装炉（箱式电阻炉加热， 加热时模腔用“生铁屑+渗碳剂”保护，以防止模腔脱碳），保温40min; 再升温至1060C，保温120min，然后出炉油冷至室温。

回火：加热温度为580C,保温240min （采用井式回火炉加热）。 用该工艺热处理过的模具硬度符合要求， 但模具寿命较短，平均 使用1500次。模具费用较高，同时更换模具频繁，影响生产。

我们对报废模具进行断口分析，观察到均为典型的疲劳断裂，疲 劳源在刃口处，沿45°方向向心部扩展，疲劳断口面积与静力断口 面积之比为1： 3,在疲劳区的后部有明显的宏观浅沟。同时还观察 到沿模腔轴向分布有10~20条裂纹，裂纹上宽下窄（以工作位置定）， 一般发展到工作区终止。疲劳断口即由其中一对裂纹（大部交成 180°）处起始扩展。

通过上述分析，认为模具失效的原因为：

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（1）从静力断口面积较大，疲劳断口后部疲劳沟较浅较宽，可 以判断模具处在高应力状态下工作。

（2）从模腔表面及轴向裂纹两侧出现脱碳组织判断，模腔最表 层工作温度可能高于3Cr2W8V的临界点Aci （800C）点。

（3）模具工作温度较高（工件始锻温度为 1200C，终锻温度为 800C）,工作时会发生组织转变，模具工作时，工作应力与组织应力、 热应力叠加， 在每个工作周期的某一瞬间达到最大实际应力值， 而增 大了裂纹的产生和扩展的可能性， 从而导致疲劳断裂， 降低模具的使 用寿命。

3 改进后的热处理工艺

随着淬火温度的升高，淬火硬度也有所提高，低于

1200C淬火

时，回火时 2 次硬化现象不明显。若高于此温度淬火，碳化物溶解较 多，奥氏体合金度增加，从而强化了马氏体，回火时由马氏体中析出 较多的弥散碳化物， 2次硬化才显示出来。

提高回火温度， 以防止在模具使用过程中发生马氏体向屈氏体转 变，以减小组织应力。由传统工艺 1次回火，改为 3 次回火，以使淬 火后，材料中低硬度的残余奥氏体较充分地转变为高硬度的 2 次马氏 体，提高模具力学性能。

改进后的热处理工艺为：

淬火：550 C装炉（箱式电阻炉加热，加热时模腔用“生铁屑 渗碳剂”保护，以防止模腔脱碳），保温40min;再升温至1150C, 保温120mi n,然后出炉油冷至室温。

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+

回火：回火3次，每次加热温度为660C，保温90min （采用井 式回火炉加热）。

用该热处理工艺处理的模具使用寿命可达 4500 次,降低了模具 费用,提高了生产效率。

4 采用离子氮化工艺提高模具寿命

热模具加工成型后,进行正常的“淬火 +回火”热处理,然后进 行离子氮化处理。

热模具经离子氮化后,材料中的 Cr、V 等元素能与氮原子形成 氮化物,这种氮化物熔点高,硬度高。这些氮化物在氮化层中均呈高 度弥散均匀布着, 对位移滑移有阻碍作用, 而使得氮化层达极高的硬 度,因此锻模离子氮化后表层有很高的耐磨性、热硬性。由于氮化层 组织的比容比淬火马氏体的比容还大, 因此氮化层有更高的残余压应 力和较高的疲劳强度。

经离子氮化处理的锻模可锻工件 7000 件以上,寿命有较大提高。 5 结论

提高 3Cr2W8V 热模具的淬火温度及增加回火次数,可提高模具 的使用寿命。合理的淬火温度为 1150C，回火工艺为：回火温度为 660C，回火3次。

模具经离子氮化后,其耐磨性、疲劳强度、抗氧化性均有较大提 高,可延长锻模使用寿命。

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