热处理工艺对高速钢冲头组织与残余应力分布的影响

王国利; 周文悦; 段一行; 梁敬斌; 邵青立; 李栋; 尤晓东; 康杰; 苏孺; 黎旺; 马海坤

河北科技大学学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (06) : 659 -671.

王国利, 周文悦, 段一行, 梁敬斌, 邵青立, 李栋, 尤晓东, 康杰, 苏孺, 黎旺, 马海坤

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摘要

针对M42高速钢冲头在服役中易因残余应力导致崩刃失效的问题，为优化其热处理工艺并提升性能，探究了球化退火预处理对M42高速钢冲头在完整淬回火工艺链中显微组织与残余应力分布的调控规律。设计了含与不含球化退火的2种热处理工艺路线，采用扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)和X射线衍射仪(X-ray diffractometry, XRD)对冲头在不同工序下的显微组织和表面残余应力进行表征，并结合ABAQUS有限元软件模拟了整个工艺过程中的残余应力演变。结果表明：球化退火可释放由挤压加工引入的初始残余应力的70%～90%,并显著改善最终热处理后的应力分布；在冲头根部易失效点位，应力状态由-400 MPa的压应力优化为+100 MPa的拉应力，有益于抵消服役载荷；同时，球化退火使组织中尺寸小于1.5μm的细小碳化物占比显著提升，并呈均匀弥散分布。研究证实了增加球化退火预处理是优化M42高速钢冲头残余应力分布和细化碳化物的有效手段并揭示了其作用机制，可为高性能冲头的热处理工艺设计提供参考。