8402鋼是一種具有優(yōu)良的淬透性、淬硬性和良好的室溫和高溫性能的模具鋼，廣泛用于要求強(qiáng)韌性和冷熱疲勞抗力高、工作溫度高的熱作模具，其使用壽命遠(yuǎn)高于5CrNiMo材料等。但經(jīng)一段時(shí)間的使用發(fā)現(xiàn)模具壽命不夠理想，經(jīng)常規(guī)熱處理后，常出現(xiàn)早期失效，經(jīng)金相檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其組織狀態(tài)不好，碳化物分布不均，帶狀組織沒(méi)有完全消除，故有必要對(duì)其熱處理工藝進(jìn)行改進(jìn)。
         將同批進(jìn)廠的該材料分成2組采用2種工藝方法分別進(jìn)行處理，并隨爐帶有拉伸和沖擊試樣。2種工藝情況見(jiàn)圖1。其淬火加熱在臺(tái)車(chē)爐中進(jìn)行，淬火在大號(hào)油槽中進(jìn)行。冷卻到200℃以下時(shí)，直接裝爐進(jìn)行回火。
        原材料進(jìn)廠時(shí)經(jīng)常規(guī)退火處理后的退火狀態(tài)其組織為鐵素體+合金碳化物。由于常規(guī)退火加熱溫度較低，二次滲碳體及特殊碳化物不能充分溶入奧氏體，因而不能有效改變碳化物分布和尺寸，故基體上碳化物球化不好，而且晶界附近保留了高密度的碳化物偏聚狀態(tài)，退火組織不夠理想。再經(jīng)原工藝1040℃淬火處理后仍發(fā)現(xiàn)存在有明顯的組織不均現(xiàn)象，經(jīng)兩次回火后組織為回火馬氏體+未溶碳化物+少量殘余奧氏體，仍存在不均勻現(xiàn)象，帶狀組織沒(méi)有完全消除。這與退火組織不均有關(guān)，在1040℃加熱情況下由于高溫奧氏體濃度不均勻，只有碳化物富集區(qū)的Cr、Mo復(fù)合碳化物部分發(fā)生溶解，碳及合金元素?cái)U(kuò)散不充分，因而得到片狀馬氏體和少量板條狀馬氏體組織，亞結(jié)構(gòu)以孿晶為主，碳化物顆粒尺寸較大且分布不均勻，這種組織對(duì)裂紋形成和擴(kuò)展有利，將導(dǎo)致材料的強(qiáng)度、韌性不理想。
        經(jīng)改進(jìn)工藝將熱處理溫度提高到1150℃高溫淬火，并適當(dāng)延長(zhǎng)保溫時(shí)間，可使碳化物基本全部固溶，同時(shí)也使碳化物迅速擴(kuò)散，雖然這樣使奧氏體晶粒有所長(zhǎng)大，但長(zhǎng)大不是很明顯。這種方案消除了原有組織中的碳化物富集區(qū)，組織的均勻化程度較退火組織大大改善。采用高溫淬火，使原有組織中大量合金碳化物溶于基體，從而提高基體的合金化程度，這對(duì)提高模具的強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及抗熱疲勞性均有利。通過(guò)改進(jìn)工藝處理后，在1150℃淬火加熱時(shí)，碳化物溶解速度快，基體中碳及合金元素的濃度差及成分不均勻的微區(qū)尺寸都比較小，且碳化物的均勻彌散分布阻礙奧氏體晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，因而淬火后不僅使碳化物尺寸沒(méi)有顯著增大且彌散分布，亦促使奧氏體成分均勻，增加了板條馬氏體數(shù)量，且板條馬氏體并沒(méi)有顯著增大。通過(guò)兩次回火，尤其是第二次氮化過(guò)程，相當(dāng)于長(zhǎng)時(shí)間回火，使應(yīng)力得到完全消除，同時(shí)對(duì)碳化物起到球化作用碳化物充分?jǐn)U散和碳化物的球化作用，減輕了裂紋形成及擴(kuò)展的速率，有利于韌性的改善，且由于它對(duì)位錯(cuò)起釘扎作用，提高塑性變形抗力，強(qiáng)化了基體，增加回火馬氏體的彌散強(qiáng)化效果，使強(qiáng)度提高。同時(shí)，氮化使表面硬度得到提高，增加了表面耐磨性，從而提高了模具使用壽命。從實(shí)際使用結(jié)果看，改進(jìn)工藝后試驗(yàn)了10套模具，模具壽命有了大幅提高。
        8402鋼經(jīng)改進(jìn)工藝處理后與原工藝處理相比，剩余碳化物比較均勻，碳化物富集情況基本消除。雖然組織晶粒有所增大，但就力學(xué)性能而言，其塑性、強(qiáng)度、沖擊韌度和表面硬度明顯提高。大幅度提高了模具壽命，降低了生產(chǎn)成本，增加了效益。