Cr12钢冷冲模锻造工艺的优化

　　摘要：分析Cr提出了优化锻造方法、防止工作过程中出现裂纹的工艺措施。

　　一、概述

　　Cr12钢是典型的冷冲模具钢，广泛应用于冷冲模、拉拔模、螺旋滚模等。

　　湘潭家电厂采用吊风扇转子硅钢片冲模Cr12钢。模具主要由600个凸凹模组成kN冲压机床上的材料是D21，厚度为0.5mm硅钢片冲压成吊扇转子片。

　　该模具的设计硬度为58~62HRC，实际测量的硬度为60~62HRC，模具一般可冲制20万件以上，符合设计要求。然而，在模具使用不到9000次后，冲头将模具槽的边缘带出坍塌。模具磨削后，坍塌继续产生。在模具外缘，裂纹在连续冲压过程中迅速膨胀，图1所示形状的裂纹形成不到2万次，导致模具故障，无法使用。

　　二、冲模热处理及锻造生产工艺

　　1.热处理工艺

　　退火时，加热至850~870℃保温4h之后，随炉冷至730~740℃，保温4～5h之后，随炉冷至5000℃空冷出炉。淬火加热至980℃保温后，油淬，180℃回火3h。

　　2.锻造工艺

　　选用锻造坯料φ120mm的轧材，在500kg在空气锤上，始锻温度为1050℃，终锻温度为820℃。

　　在锻造生产过程中，采用轴向镦粗法，即沿钢轴向不改变方向的往复镦粗和拉长，工艺流程如图2所示。

　　三、裂纹产生的机理分析

　　金相显微分析(显微组织见图3、图4、图5)，发现材料显微组织不理想，厚度不均匀的碳化物呈带状分布。正是这种带状分布的碳化物影响了材料的力学性能。首先，带状碳化物区是一个脆弱区，强度低，塑性韧性差，冲击不大，容易产生裂纹。其次，一旦出现裂纹，沿带状碳化物区域很容易扩展。带状碳化物区域是裂纹扩张的根源，因为该区域脆性大，应力集中。这种裂纹的扩展是周期性的。当裂纹表面因滑动而变成疲劳裂纹时，裂纹的前端会再次变得锋利，并在下次加载时继续扩展。这样，裂纹的持续加载和扩展终导致模具报废。

　　这种带状碳化物的原因是Cr12钢为莱氏体钢，碳含量高，钢含有大量合金碳化物，轧制厂轧制后，碳化物呈带状分布，轧制型材直径越大，碳化物越厚，带状分布越严重。显然，锻造过程对改善带状组织起着决定性的作用。显然，锻造过程对改善带状组织起着决定性的作用。热处理淬火采用一次性硬化法(即低温淬火和低温回火)。大量碳化物在淬火加热温度下不能溶解在奥氏体中，锻造后的分布特性基本保留。因此，带状组织在热处理过程中无法消除。

　　锻造工艺分析：一是锻造设备吨位不足，二是锻造方法不合理。φ120mm直径为500的坯料kg因为Cr12钢含有大量的合金元素，变形温度高，变形阻力大。锻造锤一般相当于结构钢吨位的两倍。锻锤吨位过小，冲击力不足，表面只能发生变形，中心部分碳化物不能破碎。轴向提升法用于锻造。这种提升方法的主要缺点是端部开裂倾向大。反复改进时，端面与砧面接触时间长，冷却速度快，拉长时容易开裂(如此时未发现裂纹，可能成为未来模具开裂的裂纹源)，而心脏金属变形小，心脏组织改善不大。因此，模具开裂的根本原因是心脏组织的碳化物在锻造过程中未能重新分布，轧制时仍保持分布。

　　四、优化锻造工艺

　　1.选择合适的坯料直径和锻锤吨位

　　坯料直径越大，轧制过程中变形越小，碳化物偏析越严重，碳化物颗粒越粗，会变原φ120mm的坯料改用φ80mm，原碳化物分布均匀的坯料。

　　原空气锤吨位过小，变形仅限于表面，应适当增加内部碳化物，可改为750kg空钢价格气锤，为锻造，破碎中央碳化物。

　　2.采用多向桅杆法

　　如图6所示，是获得优质模具毛坯的更好锻造方法。锻造变形均匀，锻造方便，组织可全面改善，碳化物分布均匀，完全消除轧制过程中形成的带状组织。

　　3.适当提高锻造比

　　适当提高锻造比可以降低碳化物的不均匀性。采用多向标杆法，总标杆次数应为6~8次。总锻造比不少于15。

　　4.避免锻造裂纹

　　锻造时不宜过重，以免锻造变形时产生锻造裂纹而形成裂纹源。为避免温差和附加应力引起角裂，应经常倒角。另外，锻造时要仔细观察。如发现裂纹，应及时清除，以消除裂纹源。

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