合金工具鋼鍛造工藝的研討
摘要根據沖壓工作經驗和使用進口、國產沖模體會,提出合金工具鋼改鍛工藝技術及操作實施
要點。通過改變鍛造變形工步,來改善金屬內部組織,進一步細化芯晶碳化物顆粒并使其均
勻分布,經過改進鍛造工藝,使冷作模具鋼的使用壽命提高了30%~50%
關鍵詞機械制造合金工具鋼鍛造沖模1前言
模具制造業是使用各種合金工具鋼最多最廣的
領域。通常使用的有碳素工具鋼、低合金工具鋼、基體
鋼和中碳低合金鋼等。
長期以來,國產模具壽命普遍偏低,與先進水平
相比,相同制模材料、類似甚至完全相同的沖壓件,模
具壽命只有發達國家的l/3～1/2。主要差距表現在制
模材料、鍛坯質量和制模工藝等方面。
2沖模鍛坯質量
通過對大量失效報廢沖模的分析研究可知,無論
哪種失效形式都與沖模的凸模、凹模材料性能及其內
在質量密切相關。沖摸失效主要有以下了幾種情況:
(1)刃口磨損。這主要發生在沖裁模上,其凸、凹
模磨損與其制模材料性能和熱處理有關。
(2)凸模折斷。這種形式尤其在非圓形沖孔(或
落料)凸模上突出,這除與材料性能、熱處理有關外,
與它們的橫斷面復雜情況也有重要關系。
(3)成形型腔磨損、局部壓塌、凸模鐓粗。這類失
效主要發生在壓印、拉深、彎曲、沖擠、打扁等成形沖
模上。
3高合金工具鋼改鍛的意義
作為沖模常用材料的高合金工具鋼,其所有的力
學性能的高低,與沖模的使用和壽命息息相關。在國
外常常通過改鍛來提高高合金工具鋼的力學性能,而
國產高合金工具鋼,尤其是冷作模具用高合金工具鋼
(如Crl2,Crl2MoV),其共晶碳化物極不均勻,若不經
改造,是不能滿足沖模需要的。因此,需采用先進鍛造
工藝進行改鍛,以達到制模要求。
冷作模具高合金鋼的鍛造,不限于獲得理想的幾
何形狀、消除冶金缺陷(如鍛焊內部疏松、非氧化氣
孔、細化晶粒、緊密組織等),更重要的是通過合理的
鍛造操作,大幅度提高鋼的力學性能。
4改鍛的基本工藝要素
高合金工具鋼軋(鍛)材的改鍛與一般自由鍛有
別,各個環節都有具體的要求。欲將其改鍛成高質量
的沖凸模、凹模鍛坯,必須事先確定好以下一些基本
要素。
4.1對原始毛坯的要求
模具制造大都是單件、小批量生產,模具鍛坯的
原始毛坯下料主要采用鋸切割。要求兩端平整(傾角
小于10°),其毛坯尺寸還應考慮加工余量和火耗。為
了滿足首次鐓粗鍛造比,便于擊碎材料組織顆粒粗大
的碳化物。
4.2加熱規范
常用高合金工具鋼鍛造加熱規范見表1。
表1
4.3鍛造設備噸位
高合金工具鋼在鍛造溫度下比普通碳鋼強度高、
鋼號加
熱溫度
(℃)
鍛造溫度(℃)
始鍛終鍛
Cr12 1100~1150 1050~1100 850~900
Cr12Mo 1150~1180 1070~1120 840~880
Cr12MoV 1050~1100 1000~1050 840~880塑性差。為了更有利在接近終鍛溫度進行鍛造,便于
打碎鋼中碳化物,從而改善鋼的內部組織,在鍛造高
合金工具鋼時,其鍛造設備噸位應選得高一點。
4.4高合金工具鋼改鍛工步的選定
高合金工具鋼沖模鍛坯,要求其共晶碳化物顆粒
應細小而勻稱并均勻分布,無宏觀、微觀偏析。未經精
煉的國產高合金工具鋼軋(鍛)材,需進行改鍛才能改
變材料力學性能,滿足沖模鍛坯的要求。目前行之有
效的改緞方法有以下幾種。
4.4.1順纖維方向鐓拔3次以上。沿原始毛壞的纖維方
向(軸向),確保鍛造比>2,在一火內快速連續鐓拔3
次以上。這種方式適合高速鋼及小尺寸高合金工具鋼
鍛坯的改鍛。缺點是若鐓拔次數不足或鍛造比過小則
鍛不透,從而導致碳化物分布有明顯方向性,操作不
當時,還易出現空心裂紋。
4.4.2變向反復鐓拔3次以上。第一次順纖維鐓拔,第
二次垂直于纖維方向拔長再鐓粗。按此順序可分為單
十字、雙十字和多十字鐓拔。這種鐓拔工步要點:一火
內完成全部十字鐓拔;鍛造比>2,鐓粗前后鍛坯高度
相差一倍;為避免鐓粗凸肚裂紋,應采用傾斜旋轉多
次輕擊快打;拔長采用方→扁方→方走料。生產實踐
證明,經三種十字鐓拔,可以滿足多數80mm以下毛坯
軋(鍛)材各種鍛坯改鍛的需要。
雖然采用相同的變形工步,同樣的生產條件,但
由于鍛工操作技術水平不一,加之原始毛坯的內在質
量差異,改鍛后的效果,有時仍然會有較大差別。
5結束語
經改鍛后的Cr12MoV鋼鍛坯,其共晶碳化物的不
均勻度達到國標2級以上,有的也能達到l級,使原始
毛坯軋(鍛)材的碳化物不均勻度提高了4級以上。以
統計資料顯示,這種由改鍛高合金工具鋼制造的沖模,
其壽命均有大幅度提高(達30%-50%)。資料來源：
