锤锻模及大型机锻模用钢与热处理

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1.锤锻模和大型机锻模的工作条件及性能要求
    锤锻模在工作中受到高温、高压、高冲击负荷的作用。模具型腔与高温金属坯料(钢铁坯料为1001〕一1200cC)相接触产生强烈的摩擦，使模具本身温度高达400一600c;锻件取出后模腔还要用水、油或压缩空气进行冷却，如此受到反复加热和冷却，使模具表面产生较大的热应力。大型机锻模的工作条件有所不同，如成形速度较慢，单件滞模时间长，模腔表面温升比锤锻模要高。
    锤锻模和大型机锻模的主要失效形式是氧化磨损、断裂、热疲劳裂纹等。
    因此，锤锻模和大型机锻模应具有较高的高温强度和韧性、良好的耐磨性和耐热疲劳性。对于大型机锻模更易发生由于心部韧性不足而造成断裂失效，所以必须保证模具心部的高韧性;对于锤锻模，燕尾处常因韧性不足而开裂，所以燕尾处的硬度要求比模面低。此外，锤锻模和大型机锻模的尺寸比较大，还应具有高的淬透性。
    2.锤锻模及大型机锻模用钢
    (1)常用钢种及化学成分此类钢具有中碳、多元低合金化特点。常用的传统钢种有:5CrNiMo, 5CrMnMo钢;近年来研制的新钢种有4CrMnSiMoV, 5Cr2NiMoVSi, 45Cr2NiMoVSi等。
    (2)典型钢种的性能特点5CrNiMo钢以良好的综合力学性能和良好的淬透性而著称。淬火后，经500一600℃回火，硬度达40一48 HRC，抗拉强度达1200一1400MPa，冲击韧度为40一70J/c扩，而且第二类回火脆性不敏感。该钢的不足之处是工作温度稍低，锻坯中易产生白点。5CrNiMo钢适合于制造形状复杂、冲击负荷大、要求高强度和较高韧性的中大型锤锻模。
    5CrMnM。钢的性能同5 CrNiMo钢相比，它们的硬度和强度相当，但在相同硬度下5CrMnMo钢的冲击韧度低于5CrNiM。钢。5CrMnM。钢的淬透性、耐热疲劳性也稍差，并且热处理时过热倾向较大。因此，5 CrMnMo钢适合于制造受力较轻的中小型锤锻模。
    4CrMnSiMoV钢的强度、热稳定性、淬透性均高于5CrNiMo钢，冲击韧度与5CrNiMo钢接近，可用于制造中、大型或特大型锤锻模及机锻模。
    45Cr2NiMoVSi是新型热作模具钢，成分与5CrNiMo相比，碳含量稍低，提高了Cr和M。的含量，并加人了适量的V和Si，回火时析出MZC, MC型碳化物，使钢具有二次硬化效应。该钢与5CrNiM。相比，有如下优点:①淬透性明显提高。②热稳定性比5 CrNiMo钢高150Cp③具有高的强韧性。④抗热疲劳和热磨损性能较高，具有优良的使用性能。从加工方面看，热加工时锻造及热处理的加热温度范围宽，开裂倾向小，锻造工艺及热处理工艺易于掌握，冷加工时较5CrNiMo钢切削略困难些。该钢适用于制造高强韧性大截面锤锻模和机锻模用钢，其模具使用寿命较目前应用的国内外锤锻模钢种均有明显提高。
    5Cr2NiMoVSi与45Cr2NiMoVSi仅碳的质量分数差0.05%，所以，两者的力学性能、工艺性能相近，同样适合制作大截面锤锻模和大型机锻模用钢。
    (3)锤锻模与大型机锻模的选材根据模具的工作条件、失效形式和性能要求，一般中小型( < 3t)锤锻模选用5CrMnMo钢;大型(> 3t)及复杂锤锻模选用 5CrNiMo.4CrMnSiMoV钢;大型、重载锤锻模及机锻模选用5Cr2NiMoVSi, 45Cr2NiMoVSi和4Cr5 MoSiVI等钢。
    3.锤锻模及大型机锻模的热处理
    该类模具的制造工艺路线一般为:下料、锻造、退火*机械粗加工*探伤、机械加工或电火花加工成形一淬、回火一钳修*抛光。
    各热加工工序的工艺方法及特点介绍如下:
    (1)锻造锤锻模及大型机锻模用钢出厂时，虽然是经轧制和退火的钢材，但因锻模的尺寸较大，且大型轧材又具有各向异性，为了使其性能尽可能地均匀并获得所需要的形状，必须进行锻造。锻造加热温度为1100一11509C，始锻温度1050一110090，终锻温度800一85090 ,锻后应缓冷至150一200℃后再空冷，以防止产生白点。
    (2)退火锻后模块内存较大的内应力和组织不均匀性，必须进行退火，典型锤锻模及大型机锻模具钢的退火工艺见表34。退火后的组织由珠光体和铁素体组成，硬度为197~241HBW.
    锤锻模因磨损造成尺寸超差，可以翻新。为了便于进行加工，需翻新的锻模应进行软化处理，软化处理工艺以常规退火为宜，但应注意对燕尾的保护，以防止氧化脱碳。
    (3)淬火与回火锻模尺寸大，大多采用箱式电阻炉加热，为了防止模具表面氧化和脱碳，应将模面向下放人装有保护剂(铸铁屑和木炭等)的铁盘中，然后用黄泥或耐火泥密封，燕尾部分也采用保护剂及黄泥封盖加以保护。大型或形状复杂的锻模淬火加热时一般需经一次预热，预热温度为550 -60090。
    锻模的淬火加热温度选择，主要是考虑保证模具获得较高的冲击韧度，具体推荐淬火温度如下:5CrMnMo钢为830一8509C, 5CrNiMo钢为830一860%, 4CrMnSiMoV钢为860-88090，45Cr2NiMoVSi钢为960一98090，5Cr2NiMoVSi为960一101090。
    淬火加热保温时间的确定，是以人炉到温(仪表开始断电控制)或观察模具的加热颜色与炉内颜色一致时开始计算。一般，箱式电阻炉加热系数为2一3min/mm，盐浴炉加热系数为1 min/mm,
    锻模的淬火可以采用多种冷却方式，如油淬、分级淬火或等温淬火。其中最常用的是油淬。为了减少淬火变形，生产中常在出炉后先在空气中预冷至750一780℃再淬火。淬火时，必须防止应力过大而开裂，为此应尽量使油循环(油温为40一709C )，特别是要控制锻模的出油温度在150 -20090，此时表面油渍只冒青烟而不着火，出油温度也可根据在油中的停留时间来控制，一般小型锻模为15一20min，中型锻模为25一45 min，大型锻模为45-70min，模具出油后应尽快回火，不允许冷到室温再回火，否则易开裂。分级淬火主要适于小型锻模，可将注塑加工件预冷后淬人160一180℃硝盐，停留适当时间(按0.3一0.5min/mm计算)后取出立刻回火。
    锻模的回火包括模腔和燕尾两个部分的回火，由于燕尾直接与锤头接触，www.vtoall.com它的硬度不应高于锤头，此外，燕尾的根部易引起应力集中，因而硬度也不宜太高，通常，燕尾的硬度应低于模面的硬度。
    燕尾可采用单独加热回火和自行回火的方法。单独加热回火是在保证模腔达到硬度要求后，再用专用电炉或用盐浴炉来对燕尾部分单独进行回火加热。自行回火方法是将淬火加热后的锻模整体淬人油中一段时间后把燕尾提出油面停留一段时间，依靠其本身的热量使温度回升，如此反复操作3一5次即可。