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Cr12型模具钢(Cr12、Cr12MoV、D2)的电加工烧伤变质层组织缺陷及改善措施

大量形状复杂、精度要求高的仪表模具等,通常采用电火花加工,热处理后用线切割方法加工型腔。电火花加工和线切割时产生的热量,使电加工表面极薄的一层迅速升至熔化温度,靠模具本身的自冷而熔淬,形成变质层。

模具在电加工后,加工面上都有变质层。电加工表面是由熔融液体急冷而成,称为熔淬层;次层是温度升高到临界点以上、熔点以下的二次淬火层,这两层在侵蚀后都呈白色,称为白层。白层下面是电加工温升在临界点以下的热影响区,淬火并低温回火的基体被重新高温回火,这就是线切割白层下的黑层;电火花加工的原始组织是球化组织,高温回火后组织变化不大,无黑层出现。

白层和黑层总称为变质层。线切割加工后的白层一般较薄,只有0.01~0.02mm,特殊情况下也有比较厚的,甚至在线切割后白层成片整体剥落。电火花加工后的白层较厚,一般都有裂纹。电火花加工一般应在热处理前进行,变质层可在最后抛磨时去掉。线切割放在热处理后进行时则影响甚大。对线切割后的白层分析指出,采用钼丝切割时,白层富钼;采用铜丝切割时,白层富铜,铜的质量分数可达1%~10%。白层中残余奥氏体量的体积分数平均为40%~75%(Cr12MoV钢模具在淬火回火后基体中的残余奥氏体的体积分数为10%左右),体积收缩。如果采用高能量电脉冲切割,残余奥氏体量的体积分数可高达80%,白层厚度可达0.10mm,较厚的白层中一般都有裂纹,线切割加工面上残留着拉应力。脉冲能量愈高,拉应力愈大,并导致工件开裂,白层剥离。白层表面熔淬层硬度较低,为HV0.5N450左右;白层内侧的二次淬火层硬较高,给为HV0.5N800;热影响区黑层的硬度也较低,为HV0.5N550左右。

为了改善电加工质量,提高工模具寿命,可以从下面几个方面改善电加工质量。

⑴合理选择电加工工艺参数,尽可能采用低电流、低切割速度、小脉宽和丝速,使白层变薄。

⑵电加工后增加一次补充回火。

⑶表面喷丸,清除表面变质层,改变微观组织,促使表面塑性变形,使残余奥氏体转变,提高表层显微硬度,改变表面应力分布,使之由拉应力转变为压应力。

此外,还可采用表面挤压、珩磨或抛光等工艺。