低成本高壽命的模具墊塊

模具墊塊要求有相當高的硬度，可以在長時間頻繁承受壓應力的情況下不凹陷;同時又要求有比較高的沖擊韌性和疲勞極限，能夠經受長期使用而不開裂。現在通用的模具墊塊一般由Cr12MoV鋼和45#鋼鑲套組合而成。在使用中，Cr12MoV鋼墊塊由于難以頻繁承受較大壓應力而容易開裂。每次更換墊塊，整套模具都要重新裝拆、調整，經常更換墊塊增加了勞動強度和生產成本。也有廠家采用40Cr整體制成大墊塊，熱處理硬度在40~45HRC，由于硬度較低，使用不長時間（約一個月）就產生凹陷，需要重新磨平，也增加了勞動強度和生產成本。

針對上述問題，江西省機械科學研究所經過篩選和比較，改用60Si2Mn鋼來制作墊塊。60Si2Mn是一種彈簧專用鋼，具有高的屈服強度和高的疲勞極限，它的沖擊韌性是Cr12MoV鋼的8.5倍左右；抗彎強度是Cr12MoV鋼的1.6倍左右;熱處理后的硬度非常接近Cr12MoV鋼，比40Cr高許多。并且，60Si2Mn鋼的價格不到Cr12MoV鋼的一半。因此，選用60Si2Mn鋼制作模具墊塊不僅有望較好地解決40Cr鋼墊塊硬度低，容易產生凹陷和Cr12MoV鋼墊塊使用中容易開裂等問題，而且可以降低模具墊塊的生產成本。從技術指標和經濟性兩個方面看，選60Si2Mn鋼做模具墊塊都是可行的。

60Si2Mn鋼中的含Si量為1.60%~2.00%，大量的Si元素一方面提高了60Si2Mn鋼的彈性極限和屈強比以及疲勞強度和回火穩定性;但另一方面由于Si是強烈促進石墨化的元素，故60Si2Mn鋼石墨化傾向較強，脫碳敏感性也較高。

小尺寸的60Si2Mn鋼，軋制時軋制比高，變形大，石墨片在軋制過程中被破碎成較小顆粒，因此可直接加工成模具小墊塊，經多家用戶使用，都沒有問題。但是大直徑的60Si2Mn鋼石墨化傾向嚴重。石墨化傾向越嚴重，鋼的偏析就越嚴重，熱處理時產生的組織應力也越大，使工件產生裂紋。如果下料直接加工大墊塊就會因開裂而報廢。為了解決這個問題，該研究所研發了一套鍛造、球化退火、熱處理工藝，取得了良好的效果。1）選擇適當鍛造比。利用鍛造時金屬變形、高溫擴散及互相溶解作用，來破碎碳化物、石墨片等，并使之較均勻地分布在金屬基體中，改善金屬組織。鍛造比的大小要合適，鍛造比太小，鋼里的石墨片破碎的程度不夠，對組織性能的改善作用有限。該所鍛造工藝如下:Ф180mm?56mm(下料)鍛造成Ф100mm?178mm，再鍛造成Ф180mm?53mm。2）球化退火。鍛造后進行球化退火，可以進一步改善60Si2Mn鋼中已經被破碎的石墨顆粒形態，進一步提高組織性能。該所退火工藝為：970℃/1.5h-740℃/2h-空冷。3）熱處理。經過試驗，發現淬火溫度為870℃時，沖擊韌性最好。經260~280℃回火后，硬度達57~60HRC。