NAK80模具鋼冷作模具鋼的鍛造與熱處理技術
NAK80模具鋼冷作模具鋼的鍛造與熱處理技術
為了滿足冷作模具的性能要求，理想的組織應該是在高硬度、高強韌性的基體上均勻彌散分布著圓形細粒狀硬質相（一般為碳化物），因此必須進行合理的鍛造及熱處理。
一、冷作模具鋼的鍛造：鍛造對于冷作模具鋼的組織影響主要是提高材料的致密度和均勻性，以及形成合理的流線分布。
1.高碳高合金鋼的鍛造： 高碳高合金鋼的導熱性差，塑性低，變形抗力大，鍛造溫度范圍窄（200℃左右），故在鍛造過程中產生內應力的傾向較大，難于變形，易于鍛裂。故鍛造時應注意以下要點：
1）鍛造加熱和冷卻要以緩慢而均勻的速度進行。尺寸較大的坯料要預熱，加熱時要經常翻動，鍛后要置于干砂中冷卻
2）嚴格控制鍛造溫度范圍低于終鍛溫度時必須立即返爐，溫度回升后再鍛時應減輕錘擊，并力爭一火錘成，終鍛溫度不要高于1000℃，以免鍛后晶粒粗大。
3）鍛造時，所用工具的圓角半徑應大些，表面要光潔并進行預熱，錘關與錘砧應預熱至200~300 ℃
4）錘擊操作應掌握“二輕一重”（先后輕打，中間可重打）和兩均勻（各部分溫度均勻、變形均勻）的操作要領以減少內應力。
5）鍛件要盡量避免沖孔和擴孔，必須沖擴孔時，沖頭錐度不宜過大。孔不能一次沖透需經中部加熱后從反面將孔沖通。
控制高碳高合金鋼的鍛造質量，還要注意鍛造方法的選擇。一般來說，對于較小鍛件，或心部質量要求不很高的模具鍛件，如沖頭、滾絲模、圓剪刀 等可采用軸向反復鐓拔；對于工作部位在心部的某些模具鍛件，如冷鐓凹模，可以采用徑向鐓拔；對于內部及外部質量要求很高的鍛件，如冷沖模、拉深模可采用十字鐓和三向鐓拔。鐓拔的次數取決于碳化物不均勻的級別和對碳化物不均勻度級別的要求，一般每鐓拔三次可提高1~2級。反復鐓拔時的總鍛造比是各鍛造比之和，總鍛造比一般選取8~10，反復鐓拔時的每次鍛造比應為2左右，不宜太大 注：鍛造比：鍛造比通常用拔長的變形程度來衡量，即拔長前的橫截面積 與拔長后的橫截面積之比。一般鍛造比為2~5時變形金屬中形成纖維組織，力學性能呈現各向異性；鍛造比大于5后，則力學性能不再提高，各向異性則進一步增加；為了使鍛造深透鍛錘噸位應選擇得當。噸位過小，變形中只在表面進行，鍛坯心部質量得不到改善。噸位過大，打擊過重，容易鍛裂。鍛造高合金鋼時，噸位的選擇可參照下表。鍛造低合金工具鋼或碳素工具鋼，鍛件的尺寸或重量可加大一倍
2.鋼結硬質合金的鍛造
鋼結硬質合金是較難改鍛的材料，在鍛造前需進行球化退火，以消除殘余應力，獲得球狀珠光體；另應將退火后的鍛坯上的尖角和棱角磨成圓角。
1）錘頭、錘砧、工具和胎模等使用前需經預熱。
2）鍛造加熱速度不宜過快，保溫時間不宜過長，坯料應在爐中經常用翻動，確保加熱均勻
3）鋼結硬質合金坯料加熱后需經適當預冷，待其溫度降低大約50 ℃后開始鍛造。變形量不宜過大，終鍛溫度控制在900 ℃為宜
4）鋼結硬質合金鍛造的最初1~3火一般是鐓粗和拔長。拔長宜盡量在V型鐵砧或胎模中進行。待鍛透后再逐步改變坯料的形狀和尺寸
二、冷作模具熱處理技術
1.淬火：
1）合理選擇淬火加熱溫度：既要使奧氏體中固溶一定的碳和合金元素，以保證淬透性、淬硬性、強度和熱硬性，又要有適當的過剩碳化物，以細化晶粒，提高模具的耐磨性和保證模具具有一定的韌性
2）合理選擇淬火保溫時間：生產中通常采用到溫入爐的方式加熱，其淬火保溫時間是指儀表指示到給定的淬火溫度算起，到工件出爐所需時間。常用以下經驗公式確定： t=αD(α為加熱系數)
3）合理選擇淬火冷卻介質：高合金冷作模具鋼因淬透性好，可用較緩的冷卻介質淬火，如氣冷、油冷、鹽浴分級淬火等；碳素工具金剛和低合金鋼模具，為了保證足夠的淬硬層深度，同時減少淬火變形和防止開裂，常采用雙介質淬火，如水—油、鹽水—油、油—空氣、硝鹽—空氣等。還可采用一些新型的淬火冷卻介質，如三硝水溶液、氯化鋅—堿溶液、氯化鈣水溶液等。
4）采用合適的淬火加熱保護措施：通常防止氧化、脫碳的方法有：裝箱保護法、涂料保護法、包裝保護法、鹽浴加熱法
2.冷作模具鋼的強韌化處理工藝包括：低淬低回、高淬高回、微細化處理、等溫和分級淬火等。
（1）冷作模具鋼的低溫淬火工藝： 所謂低溫淬火是指低于該鋼的傳統淬火溫度進行的淬火操作。實踐證明適當地降低淬火溫度，降低硬度，提高韌性，無論是碳素工具鋼、合金工具鋼還是高速鋼都可以不同程度地提高韌性和沖擊疲勞抗力，降低冷作模具脆斷、脆裂的傾向性
（2）冷作模具鋼的高溫淬火工藝： 對于一些低淬透性的冷作模具鋼，為了提高淬硬層厚度，常常采用提高淬火溫度的方法。如T7~T10A鋼制￠25~50mm的模具，淬火溫度可提高到830~860℃；GCr15(或Cr2)鋼的淬火溫度可由原來的860 ℃提高到900~920 ℃，模具的使用壽命可提高一倍以上。一些抗沖擊冷作模具鋼，采用高溫淬火，具有較高斷裂韌性、沖擊韌性和優良的耐磨性。如60Si2Mn鋼采用920~950 ℃淬火，鉻鎢系鋼采用950~980 ℃淬火，模具壽命都有大幅度提高
（3）冷作模具鋼的微細化處理：微細化處理包括鋼中基體組織的細化和碳化物的細化兩個方面。基體組織的細化可提高鋼的的強韌性，碳化物的細化不僅有利于增加鋼的強韌性，而且增加鋼的耐磨性。
為了滿足冷作模具的性能要求，理想的組織應該是在高硬度、高強韌性的基體上均勻彌散分布著圓形細粒狀硬質相（一般為碳化物），因此必須進行合理的鍛造及熱處理。
一、冷作模具鋼的鍛造：鍛造對于冷作模具鋼的組織影響主要是提高材料的致密度和均勻性，以及形成合理的流線分布。
1.高碳高合金鋼的鍛造： 高碳高合金鋼的導熱性差，塑性低，變形抗力大，鍛造溫度范圍窄（200℃左右），故在鍛造過程中產生內應力的傾向較大，難于變形，易于鍛裂。故鍛造時應注意以下要點：
1）鍛造加熱和冷卻要以緩慢而均勻的速度進行。尺寸較大的坯料要預熱，加熱時要經常翻動，鍛后要置于干砂中冷卻
2）嚴格控制鍛造溫度范圍低于終鍛溫度時必須立即返爐，溫度回升后再鍛時應減輕錘擊，并力爭一火錘成，終鍛溫度不要高于1000℃，以免鍛后晶粒粗大。
3）鍛造時，所用工具的圓角半徑應大些，表面要光潔并進行預熱，錘關與錘砧應預熱至200~300 ℃
4）錘擊操作應掌握“二輕一重”（先后輕打，中間可重打）和兩均勻（各部分溫度均勻、變形均勻）的操作要領以減少內應力。
5）鍛件要盡量避免沖孔和擴孔，必須沖擴孔時，沖頭錐度不宜過大。孔不能一次沖透需經中部加熱后從反面將孔沖通。
控制高碳高合金鋼的鍛造質量，還要注意鍛造方法的選擇。一般來說，對于較小鍛件，或心部質量要求不很高的模具鍛件，如沖頭、滾絲模、圓剪刀 等可采用軸向反復鐓拔；對于工作部位在心部的某些模具鍛件，如冷鐓凹模，可以采用徑向鐓拔；對于內部及外部質量要求很高的鍛件，如冷沖模、拉深模可采用十字鐓和三向鐓拔。鐓拔的次數取決于碳化物不均勻的級別和對碳化物不均勻度級別的要求，一般每鐓拔三次可提高1~2級。反復鐓拔時的總鍛造比是各鍛造比之和，總鍛造比一般選取8~10，反復鐓拔時的每次鍛造比應為2左右，不宜太大 注：鍛造比：鍛造比通常用拔長的變形程度來衡量，即拔長前的橫截面積 與拔長后的橫截面積之比。一般鍛造比為2~5時變形金屬中形成纖維組織，力學性能呈現各向異性；鍛造比大于5后，則力學性能不再提高，各向異性則進一步增加；為了使鍛造深透鍛錘噸位應選擇得當。噸位過小，變形中只在表面進行，鍛坯心部質量得不到改善。噸位過大，打擊過重，容易鍛裂。鍛造高合金鋼時，噸位的選擇可參照下表。鍛造低合金工具鋼或碳素工具鋼，鍛件的尺寸或重量可加大一倍
2.鋼結硬質合金的鍛造
鋼結硬質合金是較難改鍛的材料，在鍛造前需進行球化退火，以消除殘余應力，獲得球狀珠光體；另應將退火后的鍛坯上的尖角和棱角磨成圓角。
1）錘頭、錘砧、工具和胎模等使用前需經預熱。
2）鍛造加熱速度不宜過快，保溫時間不宜過長，坯料應在爐中經常用翻動，確保加熱均勻
3）鋼結硬質合金坯料加熱后需經適當預冷，待其溫度降低大約50 ℃后開始鍛造。變形量不宜過大，終鍛溫度控制在900 ℃為宜
4）鋼結硬質合金鍛造的最初1~3火一般是鐓粗和拔長。拔長宜盡量在V型鐵砧或胎模中進行。待鍛透后再逐步改變坯料的形狀和尺寸
二、冷作模具熱處理技術
1.淬火：
1）合理選擇淬火加熱溫度：既要使奧氏體中固溶一定的碳和合金元素，以保證淬透性、淬硬性、強度和熱硬性，又要有適當的過剩碳化物，以細化晶粒，提高模具的耐磨性和保證模具具有一定的韌性
2）合理選擇淬火保溫時間：生產中通常采用到溫入爐的方式加熱，其淬火保溫時間是指儀表指示到給定的淬火溫度算起，到工件出爐所需時間。常用以下經驗公式確定： t=αD(α為加熱系數)
3）合理選擇淬火冷卻介質：高合金冷作模具鋼因淬透性好，可用較緩的冷卻介質淬火，如氣冷、油冷、鹽浴分級淬火等；碳素工具金剛和低合金鋼模具，為了保證足夠的淬硬層深度，同時減少淬火變形和防止開裂，常采用雙介質淬火，如水—油、鹽水—油、油—空氣、硝鹽—空氣等。還可采用一些新型的淬火冷卻介質，如三硝水溶液、氯化鋅—堿溶液、氯化鈣水溶液等。
4）采用合適的淬火加熱保護措施：通常防止氧化、脫碳的方法有：裝箱保護法、涂料保護法、包裝保護法、鹽浴加熱法
2.冷作模具鋼的強韌化處理工藝包括：低淬低回、高淬高回、微細化處理、等溫和分級淬火等。
（1）冷作模具鋼的低溫淬火工藝： 所謂低溫淬火是指低于該鋼的傳統淬火溫度進行的淬火操作。實踐證明適當地降低淬火溫度，降低硬度，提高韌性，無論是碳素工具鋼、合金工具鋼還是高速鋼都可以不同程度地提高韌性和沖擊疲勞抗力，降低冷作模具脆斷、脆裂的傾向性
（2）冷作模具鋼的高溫淬火工藝： 對于一些低淬透性的冷作模具鋼，為了提高淬硬層厚度，常常采用提高淬火溫度的方法。如T7~T10A鋼制￠25~50mm的模具，淬火溫度可提高到830~860℃；GCr15(或Cr2)鋼的淬火溫度可由原來的860 ℃提高到900~920 ℃，模具的使用壽命可提高一倍以上。一些抗沖擊冷作模具鋼，采用高溫淬火，具有較高斷裂韌性、沖擊韌性和優良的耐磨性。如60Si2Mn鋼采用920~950 ℃淬火，鉻鎢系鋼采用950~980 ℃淬火，模具壽命都有大幅度提高
（3）冷作模具鋼的微細化處理：微細化處理包括鋼中基體組織的細化和碳化物的細化兩個方面。基體組織的細化可提高鋼的的強韌性，碳化物的細化不僅有利于增加鋼的強韌性，而且增加鋼的耐磨性。
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