法兰钧系热模具钢使用最多的是3Cr2W8V钢,中国一直沿用至今,在国外已基本上停止 使用,代之以H系列的热作模具钢,其中以H13应用比较广泛。近几年来又研究开发了 一些新钢种,性能获得了显著的改善,错系热作模具钢的特点是由于含有较多的W元素, 所以就其基体成分而言,法兰实际上是一种低碳的高速钢成分。3Cr2W8V钢具有高的热稳定 性、耐磨性,但韧度和抗热疲劳性较差。
Cr增加钢的淬透性,使模具具有较好的抗氧化性能;W提高热稳定性和耐磨性;法兰V 可增强钢的二次硬化效果。这种钢由于含有大量的合金元素,使得共析点(S点)大大左 移,因此其C含量虽然很低,但已属过共析钢。较低的C含量可以保证钢的韧性和塑性, 碳化物形成元素W和Cr能提高钢的临界点,因而能提高钢的抗热疲劳性能,同时在高温 下比低合金热作模具钢具有更高的强度和硬度。
3Cr2W8V钢的始锻法兰温度为1080〜1120°C ,终锻温度为850〜900°C,锻压后先在 空气中较快地冷却到700C,随后缓冷。退火工艺为830〜850°C,保温3〜4h后,以 W40笆/h的冷速炉冷至<40010,出炉空冷,也可以采用等温退火,硬度为241HB。退 火态组织为铁素体基体上分布着MzC和M23C6o最终热处理工艺采用淬火及高温回火, 淬火加热一般采用800〜850°C预热,1080〜1150C淬火加热。要求高温力学性能时(如压 铸模),则采用上限加热温度,使合金碳化物充分溶解,以保证高硬度和高的热硬性;对 于承受一定冲击的载荷,法兰要求有较好韧性的模具(如热锻模),则采用下限淬火温度。当淬 火加热温度高于U50°C后,法兰奥氏体晶粒开始激烈长大,冲击韧度显著降低。淬火时的冷却 可采用油冷,为了减小变形,也可进行分级淬火。淬火后的组织为马氏体和过剩碳化物 (6%左右)以及残余奥氏体,法兰硬度为50〜55HRC。回火温度一般采用560〜600C,回火两 次,由于马氏体中弥散析出合金碳化物,产生了二次硬化效果。为了避免回火脆性,回火 后应采用油冷,然后再经160〜200°C补充回火。
提高碳钢法兰耐腐蚀性的途径
就钢本身的耐腐蚀性而言,提高钢耐腐蚀性能的途径主要有如下几种:
(1) 使钢的表面能形成稳定的保护膜,合金元素Cr、Al, Si是比较有效的。
(2) 提高不锈钢固溶体的电极电位或形成稳定的钝化区,降低微电池的电动势。Cr、 Ni、Si是主要的合金元素。但Ni是贵而紧缺的元素,Si元素容易使钢脆化,所以Cr是比 较理想的合金元素。
(3) 使钢获得单相组织,如加入足够的Ni、Mn元素含量可使钢得到单相奥氏体组织, 可降低微电池的数量。
(4) 采用机械保护措施或覆盖层,如电镀、发蓝、涂漆等方法。