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深冷处理试验粉末冶金零件

观察失效整形模具表面发现,模具表面布满剥落坑和很多细小犁沟。这是由于模具在整形过程中,被整形的粉末冶金零件132衬套的粉体密度较高,达7.0g/cm3,烧结后硬度也较高,芯棒和阴模在整形过程中受到很大的挤压力,模具在反复挤压下,在模具亚表层残余奥氏体处发生反复变形,产生位错塞积,而萌生裂纹,在反复挤压过程中裂纹扩展,直至表面而剥落,形成严重的剥落坑(1)。另外粉体中存在的杂质——多种硬质相粒子,在模具整形过程中在模具表面产生犁削,使模具表面布满犁沟,由于杂质粒子较小,故形成的犁沟较浅。芯棒由剥落和犁削共同作用下,产生尺寸超差而报废。

GCr15模具钢制作的芯棒在深冷处理过程中组织结构发生如下变化(2)(3),残余奥氏体量减少。残余奥氏体中合金元素,特别是碳元素起着强化残余奥氏体的作用,因而需要较多的能量才能促使剪切机理来产生马氏体,深冷处理就是利用过冷度来增加马氏体转变的驱动力,随着深冷温度降低,过冷度增加,马氏体转变越完全。在冷却过程中残余奥氏体向马氏体的转变速度,不取决与时间,而与过冷度有关,即残余奥氏体量只与深冷温度有关。另外,深冷处理还可以析出细小碳化物,细化组织结构。

深冷处理减少了残余奥氏体量,增加了芯棒在挤压过程中在亚表层萌生裂纹的难度,同时由于残余奥氏体量减少以及细小碳化物析出和组织细化,使犁削难度增加。因此,芯棒经深冷处理后,增加了抗疲劳磨损和磨粒磨损的能力,从而提高了芯棒寿命。如果深冷处理温度较高(高于-160℃),过冷度较小,残余奥氏体向马氏体的转变的能量不足,残余奥氏体量较多,表现在模具硬度几乎不变,模具寿命提高不多。在较低温度下深冷处理,只要保温时间足以使芯棒冷透(不小于2h),残余奥氏体向马氏体的转变就较为完全,但马氏体中析出的细小碳化物的量随着保温时间的延长而缓慢增加。因此,模具寿命也随保温时间延长而缓慢增加。如果考虑到随着保温时间延长,模具深冷处理的成本也增大,那么取保温时间为2~4h*适宜。

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