NAK80模具鋼冷作模具鋼的鍛造與熱處理技術(shù)
NAK80模具鋼冷作模具鋼的鍛造與熱處理技術(shù)
為了滿足冷作模具的性能要求，理想的組織應(yīng)該是在高硬度、高強(qiáng)韌性的基體上均勻彌散分布著圓形細(xì)粒狀硬質(zhì)相（一般為碳化物），因此必須進(jìn)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(dǎo)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(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的傾向較大，難于變形，易于鍛裂。故鍛造時(shí)應(yīng)注意以下要點(diǎn)：
1）鍛造加熱和冷卻要以緩慢而均勻的速度進(jìn)行。尺寸較大的坯料要預(yù)熱，加熱時(shí)要經(jīng)常翻動(dòng)，鍛后要置于干砂中冷卻
2）嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍低于終鍛溫度時(shí)必須立即返爐，溫度回升后再鍛時(shí)應(yīng)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(shí)，所用工具的圓角半徑應(yīng)大些，表面要光潔并進(jìn)行預(yù)熱，錘關(guān)與錘砧應(yīng)預(yù)熱至200~300 ℃
4）錘擊操作應(yīng)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(lǐng)以減少內(nèi)應(yīng)力。
5）鍛件要盡量避免沖孔和擴(kuò)孔，必須沖擴(kuò)孔時(shí)，沖頭錐度不宜過大。孔不能一次沖透需經(jīng)中部加熱后從反面將孔沖通。
控制高碳高合金鋼的鍛造質(zhì)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(zhì)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(fù)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(nèi)部及外部質(zhì)量要求很高的鍛件，如冷沖模、拉深?？刹捎檬昼吅腿蜱叞?。鐓拔的次數(shù)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(fù)鐓拔時(shí)的總鍛造比是各鍛造比之和，總鍛造比一般選取8~10，反復(fù)鐓拔時(shí)的每次鍛造比應(yīng)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(shí)變形金屬中形成纖維組織，力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性；鍛造比大于5后，則力學(xué)性能不再提高，各向異性則進(jìn)一步增加；為了使鍛造深透鍛錘噸位應(yīng)選擇得當(dāng)。噸位過小，變形中只在表面進(jìn)行，鍛坯心部質(zhì)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(shí)，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(jié)硬質(zhì)合金的鍛造
鋼結(jié)硬質(zhì)合金是較難改鍛的材料，在鍛造前需進(jìn)行球化退火，以消除殘余應(yīng)力，獲得球狀珠光體；另應(yīng)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(jīng)預(yù)熱。
2）鍛造加熱速度不宜過快，保溫時(shí)間不宜過長，坯料應(yīng)在爐中經(jīng)常用翻動(dòng)，確保加熱均勻
3）鋼結(jié)硬質(zhì)合金坯料加熱后需經(jīng)適當(dāng)預(yù)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(jié)硬質(zhì)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(jìn)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(shù)
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(qiáng)度和熱硬性，又要有適當(dāng)?shù)倪^剩碳化物，以細(xì)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(shí)間：生產(chǎn)中通常采用到溫入爐的方式加熱，其淬火保溫時(shí)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(shí)間。常用以下經(jīng)驗(yàn)公式確定： t=αD(α為加熱系數(shù))
3）合理選擇淬火冷卻介質(zhì)：高合金冷作模具鋼因淬透性好，可用較緩的冷卻介質(zhì)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(shí)減少淬火變形和防止開裂，常采用雙介質(zhì)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(zhì)，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(hù)措施：通常防止氧化、脫碳的方法有：裝箱保護(hù)法、涂料保護(hù)法、包裝保護(hù)法、鹽浴加熱法
2.冷作模具鋼的強(qiáng)韌化處理工藝包括：低淬低回、高淬高回、微細(xì)化處理、等溫和分級淬火等。
?。?）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(tǒng)淬火溫度進(jìn)行的淬火操作。實(shí)踐證明適當(dāng)?shù)亟档痛慊饻囟龋档陀捕?，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
?。?）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(yōu)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
?。?）冷作模具鋼的微細(xì)化處理：微細(xì)化處理包括鋼中基體組織的細(xì)化和碳化物的細(xì)化兩個(gè)方面?；w組織的細(xì)化可提高鋼的的強(qiáng)韌性，碳化物的細(xì)化不僅有利于增加鋼的強(qiáng)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(yīng)該是在高硬度、高強(qiáng)韌性的基體上均勻彌散分布著圓形細(xì)粒狀硬質(zhì)相（一般為碳化物），因此必須進(jìn)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(dǎo)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(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的傾向較大，難于變形，易于鍛裂。故鍛造時(shí)應(yīng)注意以下要點(diǎn)：
1）鍛造加熱和冷卻要以緩慢而均勻的速度進(jìn)行。尺寸較大的坯料要預(yù)熱，加熱時(shí)要經(jīng)常翻動(dòng)，鍛后要置于干砂中冷卻
2）嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍低于終鍛溫度時(shí)必須立即返爐，溫度回升后再鍛時(shí)應(yīng)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(shí)，所用工具的圓角半徑應(yīng)大些，表面要光潔并進(jìn)行預(yù)熱，錘關(guān)與錘砧應(yīng)預(yù)熱至200~300 ℃
4）錘擊操作應(yīng)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(lǐng)以減少內(nèi)應(yīng)力。
5）鍛件要盡量避免沖孔和擴(kuò)孔，必須沖擴(kuò)孔時(shí)，沖頭錐度不宜過大。孔不能一次沖透需經(jīng)中部加熱后從反面將孔沖通。
控制高碳高合金鋼的鍛造質(zhì)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(zhì)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(fù)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(nèi)部及外部質(zhì)量要求很高的鍛件，如冷沖模、拉深?？刹捎檬昼吅腿蜱叞?。鐓拔的次數(shù)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(fù)鐓拔時(shí)的總鍛造比是各鍛造比之和，總鍛造比一般選取8~10，反復(fù)鐓拔時(shí)的每次鍛造比應(yīng)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(shí)變形金屬中形成纖維組織，力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性；鍛造比大于5后，則力學(xué)性能不再提高，各向異性則進(jìn)一步增加；為了使鍛造深透鍛錘噸位應(yīng)選擇得當(dāng)。噸位過小，變形中只在表面進(jìn)行，鍛坯心部質(zhì)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(shí)，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(jié)硬質(zhì)合金的鍛造
鋼結(jié)硬質(zhì)合金是較難改鍛的材料，在鍛造前需進(jìn)行球化退火，以消除殘余應(yīng)力，獲得球狀珠光體；另應(yīng)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(jīng)預(yù)熱。
2）鍛造加熱速度不宜過快，保溫時(shí)間不宜過長，坯料應(yīng)在爐中經(jīng)常用翻動(dòng)，確保加熱均勻
3）鋼結(jié)硬質(zhì)合金坯料加熱后需經(jīng)適當(dāng)預(yù)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(jié)硬質(zhì)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(jìn)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(shù)
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(qiáng)度和熱硬性，又要有適當(dāng)?shù)倪^剩碳化物，以細(xì)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(shí)間：生產(chǎn)中通常采用到溫入爐的方式加熱，其淬火保溫時(shí)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(shí)間。常用以下經(jīng)驗(yàn)公式確定： t=αD(α為加熱系數(shù))
3）合理選擇淬火冷卻介質(zhì)：高合金冷作模具鋼因淬透性好，可用較緩的冷卻介質(zhì)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(shí)減少淬火變形和防止開裂，常采用雙介質(zhì)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(zhì)，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(hù)措施：通常防止氧化、脫碳的方法有：裝箱保護(hù)法、涂料保護(hù)法、包裝保護(hù)法、鹽浴加熱法
2.冷作模具鋼的強(qiáng)韌化處理工藝包括：低淬低回、高淬高回、微細(xì)化處理、等溫和分級淬火等。
?。?）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(tǒng)淬火溫度進(jìn)行的淬火操作。實(shí)踐證明適當(dāng)?shù)亟档痛慊饻囟龋档陀捕?，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
?。?）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(yōu)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
?。?）冷作模具鋼的微細(xì)化處理：微細(xì)化處理包括鋼中基體組織的細(xì)化和碳化物的細(xì)化兩個(gè)方面?；w組織的細(xì)化可提高鋼的的強(qiáng)韌性，碳化物的細(xì)化不僅有利于增加鋼的強(qiáng)韌性，而且增加鋼的耐磨性。
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