合金工具鋼鍛造工藝的研討
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模具制造業(yè)是使用各種合金工具鋼最多最廣的領(lǐng)域。通常使用的有以下品種：碳素工具鋼、低合金工具鋼、基體鋼和中碳低合金鋼。
長期以來，國產(chǎn)模具壽命普遍偏低，與先進(jìn)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(fā)達(dá)國家的ｌ／３～１／２。主要差距表現(xiàn)在制摸材料、鍛坯質(zhì)量和制模工藝等方面。
２沖模鍛坯質(zhì)量
通常沖模的失效形式主要是磨損，其次是變形、疲勞和斷裂。磨損是最常見而又普遍的失效形式。通過對(duì)大量失效報(bào)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(nèi)在質(zhì)量密切相關(guān)。沖摸失效有以下了幾種情況：
（１）刃口過量磨損。這主要發(fā)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(guān)。因此，沖裁凸模、凹模鍛坯應(yīng)選用耐磨優(yōu)質(zhì)合金材料，采用改鍛工藝制坯；熱處理除需淬透外，對(duì)凸、凹模還要作氮化、軟氮化等表面強(qiáng)化處理。這樣模具硬度可達(dá)ＨRＣ６４以上，沖模壽命提高２?３倍。
（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(guān)外，與它們的橫斷面復(fù)雜也有重要關(guān)系。因此，要防止這類失效，不僅要提高模具鍛坯性能、強(qiáng)化表面，還應(yīng)在不影響沖件質(zhì)量的前提下，改善凸模橫斷面復(fù)雜形狀，消除諸如銳角、凹口、凸臺(tái)、齒形、細(xì)長懸臂等易造成應(yīng)力集中的因素。
（３）成形型腔磨損、局部壓塌、凸模鐓粗。這類失效主要發(fā)生在壓印、壓花、拉深、彎曲、壓波、沖擠、打扁、聚積、擠凸、凸肚和縮徑等成形沖模上。對(duì)這類失效除材料問題外，通過模腔表面強(qiáng)化處理、表面研磨拋光（Ｒａ＝０．１μｍ），再配以有效潤滑，就可以得到有效防止，模具壽命將會(huì)大幅提高。&nb sp;
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(xué)性能的高低，與沖模的使用和壽命息息相關(guān)。在國外常常通過改鍛來提高高合金工具鋼的力學(xué)性能，而國產(chǎn)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(jīng)改造，是不能滿足沖模需要的。因此，需采用先進(jìn)鍛造工藝進(jìn)行改鍛，以達(dá)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(nèi)部疏松、非氧化氣孔、細(xì)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(xué)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(gè)環(huán)節(jié)都有具體的要求。欲將其改鍛成高質(zhì)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(duì)原始毛坯的要求
模具制造大都是單件、小批量生產(chǎn)，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(yīng)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，推薦按下式確定毛坯長度尺寸：&n bsp;
２ｄ＜Ｌ＜３ｄ（圓坯料）
２Ａ＜Ｌ＜３Ａ（方坯料）式中：Ｌ?? ;毛坯長度；
ｄ?? 圓毛坯直徑；
Ａ??方毛坯邊長。
４．2鍛造 設(shè)備 噸位
高合金工具鋼在鍛造溫度下比普通碳鋼強(qiáng)度高、塑性差。為了更有利在接近終鍛溫度進(jìn)行鍛造，便于打碎鋼中碳化物，從而改善鋼的內(nèi)部組織，在鍛造高合金工具鋼時(shí)，其鍛造設(shè)備噸位應(yīng)選得高一點(diǎn)。
形狀、尺寸以及表面質(zhì)量符合要求，也要求改善其內(nèi)部質(zhì)量。迄今為止，后者仍然要靠鍛造的變形工步來達(dá)到。對(duì)于一般的碳鋼和低合金鋼，必須在始鍛溫度下，加大鍛造比，猛烈鍛打，使其鍛透，這就足以改善其內(nèi)部質(zhì)量。而高合金工具鋼，特別是低塑性合金鋼，因塑性太低，不能用自由鍛造方法鍛造。但當(dāng)它們處在全向不等值壓縮狀態(tài)下（即三向受壓應(yīng)力狀態(tài)），其塑性可得到提高。在擠壓筒中擠壓和閉式模腔中模鍛，屬于這種應(yīng)力狀態(tài)。
用自由鍛工藝鍛造高合金工具鋼時(shí)，若采用方一扁方一方拔長的鍛造工步，則鍛坯受力狀態(tài)可看作近似的三向壓力狀態(tài)，可更好鍛透并挖掘材料塑性潛力。
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(yīng)細(xì)小而勻稱并均勻分布，無宏觀、微觀偏析。未經(jīng)精煉的國產(chǎn)高合金工具鋼軋（鍛）材，需進(jìn)行改鍛才能改變材料力學(xué)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：
（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(nèi)快速連續(xù)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(diǎn)是若鐓拔次數(shù)不足或鍛造比過小則鍛不透，從而導(dǎo)致碳化物分布有明顯方向性：操作不當(dāng)時(shí)，還易出現(xiàn)空心裂紋。
（２）變向反復(fù)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(diǎn)：一火內(nèi)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(yīng)采用傾斜旋轉(zhuǎn)多次輕擊快打；拔長采用方一扁方一方走料。生產(chǎn)實(shí)踐證明，經(jīng)三種十字鐓拔，可以滿足多數(shù)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(chǎn)條件，但由于鍛工操作 技術(shù) 水平不一，加之原始毛坯的內(nèi)在質(zhì)量差異，改鍛后的效果，有時(shí)仍然會(huì)有較大差別。結(jié)束語：經(jīng)改鍛后的Ｇｒ１２ＭｏＶ鋼鍛坯，其共晶碳化物的不均勻度達(dá)到國標(biāo)２級(jí)以上，有的也能達(dá)到ｌ級(jí)，使原始毛坯軋（鍛）材的碳化物不均勻度提高了４級(jí)以上。以統(tǒng)計(jì)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(dá)３０％?５０％）。
１前言 模具制造業(yè)是使用各種合金工具鋼最多最廣的領(lǐng)域。通常使用的有以下品種：碳素工具鋼、低合金工具鋼、基體鋼和中碳低合金鋼。 長期以來，國產(chǎn)模具壽命普遍偏低，與先進(jìn)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(fā)達(dá)國家的ｌ／３～１／２。主要差距表現(xiàn)在制摸材料、鍛坯質(zhì)量和制模工藝等方面。 ２沖模鍛坯質(zhì)量 通常沖模的失效形式主要是磨損，其次是變形、疲勞和斷裂。磨損是最常見而又普遍的失效形式。通過對(duì)大量失效報(bào)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(nèi)在質(zhì)量密切相關(guān)。沖摸失效有以下了幾種情況： （１）刃口過量磨損。這主要發(fā)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(guān)。因此，沖裁凸模、凹模鍛坯應(yīng)選用耐磨優(yōu)質(zhì)合金材料，采用改鍛工藝制坯；熱處理除需淬透外，對(duì)凸、凹模還要作氮化、軟氮化等表面強(qiáng)化處理。這樣模具硬度可達(dá)ＨRＣ６４以上，沖模壽命提高２?３倍。 （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(guān)外，與它們的橫斷面復(fù)雜也有重要關(guān)系。因此，要防止這類失效，不僅要提高模具鍛坯性能、強(qiáng)化表面，還應(yīng)在不影響沖件質(zhì)量的前提下，改善凸模橫斷面復(fù)雜形狀，消除諸如銳角、凹口、凸臺(tái)、齒形、細(xì)長懸臂等易造成應(yīng)力集中的因素。 （３）成形型腔磨損、局部壓塌、凸模鐓粗。這類失效主要發(fā)生在壓印、壓花、拉深、彎曲、壓波、沖擠、打扁、聚積、擠凸、凸肚和縮徑等成形沖模上。對(duì)這類失效除材料問題外，通過模腔表面強(qiáng)化處理、表面研磨拋光（Ｒａ＝０．１μｍ），再配以有效潤滑，就可以得到有效防止，模具壽命將會(huì)大幅提高。&nb 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(xué)性能的高低，與沖模的使用和壽命息息相關(guān)。在國外常常通過改鍛來提高高合金工具鋼的力學(xué)性能，而國產(chǎn)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(jīng)改造，是不能滿足沖模需要的。因此，需采用先進(jìn)鍛造工藝進(jìn)行改鍛，以達(dá)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(nèi)部疏松、非氧化氣孔、細(xì)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(xué)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(gè)環(huán)節(jié)都有具體的要求。欲將其改鍛成高質(zhì)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(duì)原始毛坯的要求 模具制造大都是單件、小批量生產(chǎn)，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(yīng)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，推薦按下式確定毛坯長度尺寸：&n ２ｄ＜Ｌ＜３ｄ（圓坯料） ２Ａ＜Ｌ＜３Ａ（方坯料）式中：Ｌ?? ｄ?? Ａ??方毛坯邊長。 ４．2鍛造 設(shè)備 設(shè)備 噸位 高合金工具鋼在鍛造溫度下比普通碳鋼強(qiáng)度高、塑性差。為了更有利在接近終鍛溫度進(jìn)行鍛造，便于打碎鋼中碳化物，從而改善鋼的內(nèi)部組織，在鍛造高合金工具鋼時(shí)，其鍛造設(shè)備噸位應(yīng)選得高一點(diǎn)。 形狀、尺寸以及表面質(zhì)量符合要求，也要求改善其內(nèi)部質(zhì)量。迄今為止，后者仍然要靠鍛造的變形工步來達(dá)到。對(duì)于一般的碳鋼和低合金鋼，必須在始鍛溫度下，加大鍛造比，猛烈鍛打，使其鍛透，這就足以改善其內(nèi)部質(zhì)量。而高合金工具鋼，特別是低塑性合金鋼，因塑性太低，不能用自由鍛造方法鍛造。但當(dāng)它們處在全向不等值壓縮狀態(tài)下（即三向受壓應(yīng)力狀態(tài)），其塑性可得到提高。在擠壓筒中擠壓和閉式模腔中模鍛，屬于這種應(yīng)力狀態(tài)。 用自由鍛工藝鍛造高合金工具鋼時(shí)，若采用方一扁方一方拔長的鍛造工步，則鍛坯受力狀態(tài)可看作近似的三向壓力狀態(tài)，可更好鍛透并挖掘材料塑性潛力。 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(yīng)細(xì)小而勻稱并均勻分布，無宏觀、微觀偏析。未經(jīng)精煉的國產(chǎn)高合金工具鋼軋（鍛）材，需進(jìn)行改鍛才能改變材料力學(xué)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： （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(nèi)快速連續(xù)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(diǎn)是若鐓拔次數(shù)不足或鍛造比過小則鍛不透，從而導(dǎo)致碳化物分布有明顯方向性：操作不當(dāng)時(shí)，還易出現(xiàn)空心裂紋。 （２）變向反復(fù)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(diǎn)：一火內(nèi)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(yīng)采用傾斜旋轉(zhuǎn)多次輕擊快打；拔長采用方一扁方一方走料。生產(chǎn)實(shí)踐證明，經(jīng)三種十字鐓拔，可以滿足多數(shù)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(chǎn)條件，但由于鍛工操作 技術(shù) 技術(shù) 水平不一，加之原始毛坯的內(nèi)在質(zhì)量差異，改鍛后的效果，有時(shí)仍然會(huì)有較大差別。結(jié)束語：經(jīng)改鍛后的Ｇｒ１２ＭｏＶ鋼鍛坯，其共晶碳化物的不均勻度達(dá)到國標(biāo)２級(jí)以上，有的也能達(dá)到ｌ級(jí)，使原始毛坯軋（鍛）材的碳化物不均勻度提高了４級(jí)以上。以統(tǒng)計(jì)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(dá)３０％?５０％）。
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