汽车、拖拉机的活塞销（20Cr钢）,通常采用正、反复合冷挤压工艺成形,反挤压凸模的结构如 图1所示。凸模用W6Mo5Cr4VZ钢制造,热处理工艺是1200℃淬火,560℃回火三 次（以下简称正常热处理）,经过磨g帅0工后使用,寿命一般在2000件左右。反挤压凸模的 工作条件是大压小拉的循环应力,以及弯曲应力和脱模拉应力的复合应力,它往往在完成挤压而进 行返行程（脱模）时突然折断。试验研究表明,反挤压凸模鹰于疲劳断裂,因此,要延长它的使用 寿命,应该采取相应措施,提高疲劳强度。1试验内容与结果软氮化处理图二冷挤压凸模示意图冷 挤压凸模经过正常热处理和磨削加工后再进行软氮化处理,但是,要避免凸模表层出现脆性的白亮 层。试验选用RJJ—75井式渗碳炉进行工艺试验。所选择的软氮化介质是较粘稠的液体化学物 质,因而按一定比例加入酒精稀释,软氮化试验工艺如图2所示。对气体软氮化处理后的试样进行 金相组织分析和渗层深度测定,结果如表1所示。农IW6Mo5Cr4VZ正常热处理后软氮化 处理结果试样处理时间渗层深度编号（h）（mm）R0110.011～0.014金相组织含 氮马氏体碳化物一﹃?一.一??一＊01＊。。。s～。·。。。含:;;。。。s～。·。。 。含:;:R04含氮马氏体、40.051～0.059碳化物,局部有白亮层根据表1的结果 ,凸模的软氮化工艺如图3所示,考虑到试样与凸模的差异,适当加大了软氮化介质滴入量。﹂︵ O︶WW560C————图2气体软氮化试验工艺间0.一hE果如表2所示。夜2凸槽经过不 同强化处理后的表面残余应力试样编号强化方法残余应力（MPa）Mll正常热处理、磨削一1 00M12正常热处理、磨削一40R21正常热处理、磨削、软氮化一380R22正常热处理 、磨削、软氮化一410正常热处理、磨削、软氮化、G31一810滚压G32正常热处理、磨 削、软氮化、滚压一790——图3凸模的软氮化工艺2软氮化、滚压复合强化由于凸模的疲劳断 裂通常发生在过渡尺寸R处（如图1所示）,因此,对正常热处理、软氮化处理后的凸模再进行滚 压强化。滚压的条件如下:在滚压机上用滚轮对凸模R处进行滚压时,凸模的转速为45次/分,
滚压40秒后用压力表测出的滚压力为4410N。3凸栩经过磨削或滚压后的表面凹凸情况应用 干涉显微镜分别测定凸模经过磨削或滚压后的表面凹凸情况,测定结果如图4所示。从图4中可以 看出,凸模经滚压强化后的表面凹凸程度明显低于磨削加工。1.4残余应力测定用国产XYL— 73型X射线应力测定仪测定经过不同方法处理后的凸模的残余应力,结一图4凸模经磨削或滚压 后的表面凹凸情况示意图a——滚压后的表面凹凸憎况b——磨削后的表面凹凸惰况1.5生产考 核憎况凸模经过不同强化处理后的生产考核情况如图5所示。2试验结果的分析讨论W6Mo5C r4VZ钢冷挤压凸模,经过正常热处理以后,具有比较高的强度,在工作时的疲劳过程中,疲劳 裂纹的扩展速率很快,因此,要提高它的使用寿命,应该着力于推迟它的疲劳裂纹的萌生。从图5 中看出,经过正常热处理、磨削后的冷挤压凸模,使用寿命很低;而经过正常热处理、磨削、软氮 化、滚压后的冷挤压凸模的使用寿命最高。图4表明,冷挤压凸模经过磨削后,微观凹凸程度大于 滚压。表面微观凹凸的低谷处（图4中的n处）实际上就是微观尖角,凸模在工作时必然在该处产 生应力集中,往往成为疲劳裂纹的萌生地。经过滚压的冷挤压凸模,表面微观凹凸程度小,应力集 中程度也低于经过正常热处理和磨削的凸模。另外,如果凸模的磨削工艺控制不好,就可能产生微 观的磨削裂纹,它直接成为疲劳破坏的发源地。对凸模施加较大的滚压力,一方面有愈合微观裂纹 的作用,另一方面由于滚压而建立起来的强化层在较大程度上可以阻止塑性滑移和裂纹萌生,提高 了疲劳裂纹抗力。因此,经过正常热处理、磨削、软氮化、滚压的冷挤压凸模比经过正常热处理、 磨削加工的具有更高的疲劳抗力,前者的疲劳裂纹萌生期长于后者,这是前者的使用寿命较长的原 因之一。众所周知,材料表层的残余压应力可以削减工作时的拉应力峰值,阻止疲劳裂纹的萌生与 扩展,延缓工件的失效。张良运等人的研究表明了形变强化可以大幅度提高残余压应力,减少应力 集中的敏感性,同时改善和细化表层组织,产生组织强化。表面滚压能使材料的疲劳强度显著增加 。从表2中可以看到,冷挤压凸模经过正常热处理、磨削后的表面残余压应力很低,经过正常热处 理、磨削、软氮化和滚压以后,却在表面留下了很大的残余压应力,这也是后者的使用寿命比前者 有大幅度提高的又一个原因。经过正常热处理、磨削和软氮化处理的冷挤压凸模,表面残留压应力 比正常热处理、磨削有所增加,但是,它的残余压应力却比正常热处理、磨削、软氮化和滚压小得 多。另外,软氮化后并不能改善磨削在凸模表层留下的凹凸程度,所以,正常热处理、磨削和软氮 化的凸模使用寿命虽然有所提高,但是,提高的幅度却很有限。平均回削、软氮︵正常热处理、日 V贝级化、顷R十gg＊（）’＃o拄75川卜︶gE正常热处呷、日以图5凸模经过不同强化处 理后的生产考核情况转151页（接157页）3结论综上所述,可以得到以下结论（1）冷挤压 凸模经过正常热处理、磨削、软氮化和滚压的复合强化,可以改普表面微观凹凸状况,留下较大的 残余压应力,提高疲劳强度。（2）对冷挤压凸模进行正常热处理、磨削、软氮化和滚压的复合强 化,能够较大幅度地提高疲劳寿命。延长冷挤压凸模使用寿命的研究@张崇才$四川工业学院冷挤 压凸模;;
复合强化;;疲劳寿命W6Mo5Cr4V2钢冷挤压凸模,应用1200℃淬火、560℃回火三次,磨削加工,软氮化和滚压的复合强化工艺,可以改善其表面凹凸状况,产生较大的残余压应力,使其寿命得到大幅度提高。1周惠久,黄明志.金属材料强度学.科学出版社,1989.
2 张良运,涂铭旌.复合强化对结构钢疲劳强度的影响.机械工程材料,1983,7（1）:48～52
3 张良运等.钢铁材料的表面形变强化与疲劳强度.机械工程材料,1992,16（3）:34～37
4 P.Starker and Others.Fatigue of Engineering Materials and structure.1979,(1)?留下较大的残余压应力,提高疲劳强度。（2）对冷挤压 凸模进行正常热处理、磨削、软氮化和滚压的复合强化,能够较大幅度地提高疲劳寿命。延长冷挤 压凸模使用寿命的研究@张崇才$四川工业学院冷挤压凸模;;复合强化;;疲劳寿命W6Mo5 Cr4V2钢冷挤压凸模,应用1200℃淬火、560℃回火三次,磨削加工,软氮化和滚压的复合强化工艺,可以改善其表面凹凸状况,产生较大的残余压应力,使其寿命得到大幅度提高。1周惠久,黄明志.金属材料强度学.科学出版社,1989.
2 张良运,涂铭旌.复合强化对结构钢疲劳强度的影响.机械工程材料,1983,7（1）:48～52
3 张良运等.钢铁材料的表面形变强化与疲劳强度.机械工程材料,1992,16（3）:34～37
4 P.Starker and Others.Fatigue of Engineering Materials and structure.1979,(1)
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