65Nb鋼是基體鋼類型的高強(qiáng)韌性冷作模具鋼，是由M2高速鋼演變過來，加入合金元素Nb的作用，能形成穩(wěn)定的合金碳化物(NbC)。與不含鈮的鋼比較，沖擊韌性約提高一倍，抗彎強(qiáng)度提高25~30%，斷裂韌性提高20~25%，扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度提高10~15％。Nb與N有極強(qiáng)的親和力，進(jìn)行氮化可形成極穩(wěn)定的氮化物，使沖頭的耐磨性、抗疲勞性能大為提高。鈮能改善冷、熱加工性能，降低鍛造變形抗力，碳化物易球化，促使熱處理工藝溫度變寬。65Nb基體鋼有多種合金元素，形成多種合金碳化物，其固溶溫度各不相同。VC在1000℃開始熔入奧氏體。(Fe，W) 2C6在900℃全部溶入奧氏體。(Fe，W)2-3C在1100℃熔入奧氏體。當(dāng)65Nb鋼加熱到正常淬火溫度時(shí)，奧氏體成分為~0.5%C、~4%Cr、~1%W、~1%Mo、~1%V。

沖頭的種類規(guī)格多，品種復(fù)雜。主要有十字槽沖頭、沖孔沖頭、內(nèi)六角沖頭、外六角沖頭以及各種沖芯等。制造沖頭的常用材料有T10A、60Si2Mn、9SiCr、GCrl5、CrWMn、Cr12、Cr12Mo、Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2，W18Cr4V以及65Nb等新鋼種。

沖頭在模具中是關(guān)鍵部件，隨著壓力機(jī)的發(fā)展和高速多工位自動(dòng)冷鐓機(jī)的普及使用，沖頭的服投條件越來越惡劣。它承受小能量多次沖擊頻率高達(dá)400~500次/分。還承受很大的擠壓力，彎曲力，扭轉(zhuǎn)力、沖擊力和強(qiáng)烈的磨擦力作用。沖頭的主要失效形式有頭部斷裂、縱向開裂、疲勞崩裂、折斷、揭蓋、掉塊、剝落、鐓粗變形，磨損超差等。依據(jù)服役條件，沖頭應(yīng)具有高硬度和耐磨性，高強(qiáng)度和剛性，高抗疲勞性能和強(qiáng)韌性，以及良好的冷、熱加工性能。對(duì)多種鋼材制造的沖頭在生產(chǎn)實(shí)踐中比較之后，發(fā)現(xiàn)65Nb鋼最適宜制造要求強(qiáng)韌性高的高速?zèng)_模沖頭。經(jīng)鍛熱淬火復(fù)合強(qiáng)韌化處理后的沖頭，能用于承受單位壓力為2450MPa高負(fù)荷、高強(qiáng)度沖裁材料。如加工40Cr、35、40、30Cr、35Cr等中碳鋼或中碳合金鋼仍能達(dá)到高壽命。用其它鋼材制作并采用常規(guī)處理沖頭的壽命很低，早期失效嚴(yán)重。

65Nb鋼原材料的碳化物偏析較高，有組織疏松、氧化物、硫化物等冶金缺陷。未經(jīng)改鍛的65Nb鋼原材料，經(jīng)淬火后組織依然疏松。為了改善冶金質(zhì)量、消除冶金缺陷，提高鋼材性能，必須對(duì)原材料進(jìn)行改鍛，擊碎和細(xì)化原有帶狀、網(wǎng)狀及粗大塊狀碳化物，使之重新均勻分布于鋼基體。65Nb鋼變形抗力大、導(dǎo)熱性差，鍛造時(shí)應(yīng)緩慢加熱、均勻預(yù)熱、充分透燒。該鋼經(jīng)雙十字形反復(fù)鍛造、四鐓四撥，使合金碳化物呈細(xì)小均勻分布，達(dá)到1~1.5級(jí)，作為最終淬火前的預(yù)處理組織。鋼中非金屬夾雜物等冶金缺陷起著切割基體的作用。在熱處理和受力過程中，晶粒界面上將產(chǎn)生殘余熱應(yīng)力、組織應(yīng)力、彈性應(yīng)力，并使應(yīng)力集中而成為裂紋源。用改鍛使碳化物細(xì)化至≤1.5級(jí)，是理想的最終淬火前的預(yù)處理組織。鍛造成形最后一火，用終鍛余熱淬火，使形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化。由熱壓力與熱處理相結(jié)合，給金屬引進(jìn)大量位錯(cuò)，使形變產(chǎn)生的晶格缺陷被淬火急冷固定下來， 固而位錯(cuò)密度很大，淬火組織也致密。鍛熱淬火與普通淬火相比，抗拉強(qiáng)度可提高10~12%，沖擊韌性提高20~25%。提高了沖頭強(qiáng)韌性，同時(shí)經(jīng)高溫回火后有良好的切削加工性能。由于取代了球化退火，因而簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約能源，提高工效、降低成本而經(jīng)濟(jì)效益顯著。

沖頭毛坯經(jīng)雙十字形四鐓四撥之后進(jìn)行精密模鍛，用終鍛900~950℃余熱在5~10秒之內(nèi)迅速油淬以獲得板條馬氏體組織。經(jīng)高溫回火后，獲得具有板條方向的索氏體組軹。這是理想的預(yù)處理組織，又有良好的切削加工性能。

根據(jù)測(cè)試65Nb鋼經(jīng)鍛熱調(diào)質(zhì)后不同溫度加熱淬火、回火后的主要力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，65Nb鋼在1120℃淬火比1090℃和1150℃有較高的綜合力學(xué)性能。因1120℃高溫固溶短時(shí)加熱，有較多的過剩碳化物。如VC、NbC等臺(tái)盒碳化物固定了鋼中一部分碳，降低了奧氏體中碳含量。淬火后獲得韌性較高的板條馬氏體＋下貝氏體＋殘余奧氏體。經(jīng)高溫回火后的強(qiáng)韌性進(jìn)一步提高，殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，發(fā)生二次硬化效應(yīng)，基體硬度提高1~2HRC，此時(shí)沖頭的主要失效形式是磨損和疲勞損壞。為了進(jìn)一步提高65Nb鋼沖頭的耐磨性和抗疲勞性能，進(jìn)行S-C-N三元共滲，共滲溫度560~580℃，4~5小時(shí)，共滲劑為J-1三元共滲基鹽。共滲后基體硬度57~59HRC，表面硬度950~1000HV，使65Nb鋼沖頭具有內(nèi)韌外硬的性能，基體強(qiáng)韌性高，表面抗磨損、抗擦傷、抗咬合、抗疲勞等特性，比常規(guī)鋼材傳統(tǒng)熱處理沖頭的使用壽命高3~10倍。

鍛熱淬火復(fù)合強(qiáng)韌性處理工藝具有以下特點(diǎn)：
⒈鍛熱調(diào)質(zhì)處理組織既是理想的淬火預(yù)處理組織，又有良好的切削加工性能，同時(shí)可以節(jié)電省時(shí)，提高功效，降低成本；
⒉高溫奧氏體化等溫淬火獲得強(qiáng)韌性高的板條馬氏體和下貝氏體組織，至關(guān)重要的壽命指標(biāo)之一的斷裂韌性(Kic值)有較大提高，有良好的綜合力學(xué)性能。
⒊S-C-N三元共滲，不僅提高了沖頭硬度、耐磨性、抗擦傷、抗咬合、抗疲勞等性能，同時(shí)起二次回火的作用，增強(qiáng)了基體強(qiáng)韌性。
⒋新工藝不僅廣泛適用干承受小能量多次沖擊力作用的普通沖頭，且適用于承受單位壓力1960～2450MPa高負(fù)荷，高強(qiáng)度沖裁材料。

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資料來源：東莞市弘超模具科技有限公司

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