合金工具钢锻造工艺的研讨
摘要根据冲压工作经验和使用进口、国产冲模体会,提出合金工具钢改锻工艺技术及操作实施
要点。通过改变锻造变形工步,来改善金属内部组织,进一步细化芯晶碳化物颗粒并使其均
匀分布,经过改进锻造工艺,使冷作模具钢的使用寿命提高了30%~50%
关键词机械制造合金工具钢锻造冲模1前言
模具制造业是使用各种合金工具钢最多最广的
领域。通常使用的有碳素工具钢、低合金工具钢、基体
钢和中碳低合金钢等。
长期以来,国产模具寿命普遍偏低,与先进水平
相比,相同制模材料、类似甚至完全相同的冲压件,模
具寿命只有发达国家的l/3～1/2。主要差距表现在制
模材料、锻坯质量和制模工艺等方面。
2冲模锻坯质量
通过对大量失效报废冲模的分析研究可知,无论
哪种失效形式都与冲模的凸模、凹模材料性能及其内
在质量密切相关。冲摸失效主要有以下了几种情况:
(1)刃口磨损。这主要发生在冲裁模上,其凸、凹
模磨损与其制模材料性能和热处理有关。
(2)凸模折断。这种形式尤其在非圆形冲孔(或
落料)凸模上突出,这除与材料性能、热处理有关外,
与它们的横断面复杂情况也有重要关系。
(3)成形型腔磨损、局部压塌、凸模镦粗。这类失
效主要发生在压印、拉深、弯曲、冲挤、打扁等成形冲
模上。
3高合金工具钢改锻的意义
作为冲模常用材料的高合金工具钢,其所有的力
学性能的高低,与冲模的使用和寿命息息相关。在国
外常常通过改锻来提高高合金工具钢的力学性能,而
国产高合金工具钢,尤其是冷作模具用高合金工具钢
(如Crl2,Crl2MoV),其共晶碳化物极不均匀,若不经
改造,是不能满足冲模需要的。因此,需采用先进锻造
工艺进行改锻,以达到制模要求。
冷作模具高合金钢的锻造,不限于获得理想的几
何形状、消除冶金缺陷(如锻焊内部疏松、非氧化气
孔、细化晶粒、紧密组织等),更重要的是通过合理的
锻造操作,大幅度提高钢的力学性能。
4改锻的基本工艺要素
高合金工具钢轧(锻)材的改锻与一般自由锻有
别,各个环节都有具体的要求。欲将其改锻成高质量
的冲凸模、凹模锻坯,必须事先确定好以下一些基本
要素。
4.1对原始毛坯的要求
模具制造大都是单件、小批量生产,模具锻坯的
原始毛坯下料主要采用锯切割。要求两端平整(倾角
小于10°),其毛坯尺寸还应考虑加工余量和火耗。为
了满足首次镦粗锻造比,便于击碎材料组织颗粒粗大
的碳化物。
4.2加热规范
常用高合金工具钢锻造加热规范见表1。
表1
4.3锻造设备吨位
高合金工具钢在锻造温度下比普通碳钢强度高、
钢号加
热温度
(℃)
锻造温度(℃)
始锻终锻
Cr12 1100~1150 1050~1100 850~900
Cr12Mo 1150~1180 1070~1120 840~880
Cr12MoV 1050~1100 1000~1050 840~880塑性差。为了更有利在接近终锻温度进行锻造,便于
打碎钢中碳化物,从而改善钢的内部组织,在锻造高
合金工具钢时,其锻造设备吨位应选得高一点。
4.4高合金工具钢改锻工步的选定
高合金工具钢冲模锻坯,要求其共晶碳化物颗粒
应细小而匀称并均匀分布,无宏观、微观偏析。未经精
炼的国产高合金工具钢轧(锻)材,需进行改锻才能改
变材料力学性能,满足冲模锻坯的要求。目前行之有
效的改缎方法有以下几种。
4.4.1顺纤维方向镦拔3次以上。沿原始毛坏的纤维方
向(轴向),确保锻造比>2,在一火内快速连续镦拔3
次以上。这种方式适合高速钢及小尺寸高合金工具钢
锻坯的改锻。缺点是若镦拔次数不足或锻造比过小则
锻不透,从而导致碳化物分布有明显方向性,操作不
当时,还易出现空心裂纹。
4.4.2变向反复镦拔3次以上。第一次顺纤维镦拔,第
二次垂直于纤维方向拔长再镦粗。按此顺序可分为单
十字、双十字和多十字镦拔。这种镦拔工步要点:一火
内完成全部十字镦拔;锻造比>2,镦粗前后锻坯高度
相差一倍;为避免镦粗凸肚裂纹,应采用倾斜旋转多
次轻击快打;拔长采用方→扁方→方走料。生产实践
证明,经三种十字镦拔,可以满足多数80mm以下毛坯
轧(锻)材各种锻坯改锻的需要。
虽然采用相同的变形工步,同样的生产条件,但
由于锻工操作技术水平不一,加之原始毛坯的内在质
量差异,改锻后的效果,有时仍然会有较大差别。
5结束语
经改锻后的Cr12MoV钢锻坯,其共晶碳化物的不
均匀度达到国标2级以上,有的也能达到l级,使原始
毛坯轧(锻)材的碳化物不均匀度提高了4级以上。以
统计资料显示,这种由改锻高合金工具钢制造的冲模,
其寿命均有大幅度提高(达30%-50%)。
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