摘要：分析Cr提出了優(yōu)化鍛造方法、防止工作過(guò)程中出現(xiàn)裂紋的工藝措施。

　　一、概述

　　Cr12鋼是典型的冷沖模具鋼，廣泛應(yīng)用于冷沖模、拉拔模、螺旋滾模等。

　　湘潭家電廠采用吊風(fēng)扇轉(zhuǎn)子硅鋼片沖模Cr12鋼。模具主要由600個(gè)凸凹模組成kN沖壓機(jī)床上的材料是D21，厚度為0.5mm硅鋼片沖壓成吊扇轉(zhuǎn)子片。

　　該模具的設(shè)計(jì)硬度為58~62HRC，實(shí)際測(cè)量的硬度為60~62HRC，模具一般可沖制20萬(wàn)件以上，符合設(shè)計(jì)要求。然而，在模具使用不到9000次后，沖頭將模具槽的邊緣帶出坍塌。模具磨削后，坍塌繼續(xù)產(chǎn)生。在模具外緣，裂紋在連續(xù)沖壓過(guò)程中迅速膨脹，圖1所示形狀的裂紋形成不到2萬(wàn)次，導(dǎo)致模具故障，無(wú)法使用。

　　二、沖模熱處理及鍛造生產(chǎn)工藝

　　1.熱處理工藝

　　退火時(shí)，加熱至850~870℃保溫4h之后，隨爐冷至730~740℃，保溫4～5h之后，隨爐冷至5000℃空冷出爐。淬火加熱至980℃保溫后，油淬，180℃回火3h。

　　2.鍛造工藝

　　選用鍛造坯料φ120mm的軋材，在500kg在空氣錘上，始鍛溫度為1050℃，終鍛溫度為820℃。

　　在鍛造生產(chǎn)過(guò)程中，采用軸向鐓粗法，即沿鋼軸向不改變方向的往復(fù)鐓粗和拉長(zhǎng)，工藝流程如圖2所示。

　　三、裂紋產(chǎn)生的機(jī)理分析

　　金相顯微分析(顯微組織見(jiàn)圖3、圖4、圖5)，發(fā)現(xiàn)材料顯微組織不理想，厚度不均勻的碳化物呈帶狀分布。正是這種帶狀分布的碳化物影響了材料的力學(xué)性能。首先，帶狀碳化物區(qū)是一個(gè)脆弱區(qū)，強(qiáng)度低，塑性韌性差，沖擊不大，容易產(chǎn)生裂紋。其次，一旦出現(xiàn)裂紋，沿帶狀碳化物區(qū)域很容易擴(kuò)展。帶狀碳化物區(qū)域是裂紋擴(kuò)張的根源，因?yàn)樵搮^(qū)域脆性大，應(yīng)力集中。這種裂紋的擴(kuò)展是周期性的。當(dāng)裂紋表面因滑動(dòng)而變成疲勞裂紋時(shí)，裂紋的前端會(huì)再次變得鋒利，并在下次加載時(shí)繼續(xù)擴(kuò)展。這樣，裂紋的持續(xù)加載和擴(kuò)展終導(dǎo)致模具報(bào)廢。

　　這種帶狀碳化物的原因是Cr12鋼為萊氏體鋼，碳含量高，鋼含有大量合金碳化物，軋制廠軋制后，碳化物呈帶狀分布，軋制型材直徑越大，碳化物越厚，帶狀分布越嚴(yán)重。顯然，鍛造過(guò)程對(duì)改善帶狀組織起著決定性的作用。顯然，鍛造過(guò)程對(duì)改善帶狀組織起著決定性的作用。熱處理淬火采用一次性硬化法(即低溫淬火和低溫回火)。大量碳化物在淬火加熱溫度下不能溶解在奧氏體中，鍛造后的分布特性基本保留。因此，帶狀組織在熱處理過(guò)程中無(wú)法消除。

　　鍛造工藝分析：一是鍛造設(shè)備噸位不足，二是鍛造方法不合理。φ120mm直徑為500的坯料kg因?yàn)镃r12鋼含有大量的合金元素，變形溫度高，變形阻力大。鍛造錘一般相當(dāng)于結(jié)構(gòu)鋼噸位的兩倍。鍛錘噸位過(guò)小，沖擊力不足，表面只能發(fā)生變形，中心部分碳化物不能破碎。軸向提升法用于鍛造。這種提升方法的主要缺點(diǎn)是端部開(kāi)裂傾向大。反復(fù)改進(jìn)時(shí)，端面與砧面接觸時(shí)間長(zhǎng)，冷卻速度快，拉長(zhǎng)時(shí)容易開(kāi)裂(如此時(shí)未發(fā)現(xiàn)裂紋，可能成為未來(lái)模具開(kāi)裂的裂紋源)，而心臟金屬變形小，心臟組織改善不大。因此，模具開(kāi)裂的根本原因是心臟組織的碳化物在鍛造過(guò)程中未能重新分布，軋制時(shí)仍保持分布。

　　四、優(yōu)化鍛造工藝

　　1.選擇合適的坯料直徑和鍛錘噸位

　　坯料直徑越大，軋制過(guò)程中變形越小，碳化物偏析越嚴(yán)重，碳化物顆粒越粗，會(huì)變?cè)?phi;120mm的坯料改用φ80mm，原碳化物分布均勻的坯料。

　　原空氣錘噸位過(guò)小，變形僅限于表面，應(yīng)適當(dāng)增加內(nèi)部碳化物，可改為750kg空鋼價(jià)格氣錘，為鍛造，破碎中央碳化物。

　　2.采用多向桅桿法

　　如圖6所示，是獲得優(yōu)質(zhì)模具毛坯的更好鍛造方法。鍛造變形均勻，鍛造方便，組織可全面改善，碳化物分布均勻，完全消除軋制過(guò)程中形成的帶狀組織。

　　3.適當(dāng)提高鍛造比

　　適當(dāng)提高鍛造比可以降低碳化物的不均勻性。采用多向標(biāo)桿法，總標(biāo)桿次數(shù)應(yīng)為6~8次。總鍛造比不少于15。

　　4.避免鍛造裂紋

　　鍛造時(shí)不宜過(guò)重，以免鍛造變形時(shí)產(chǎn)生鍛造裂紋而形成裂紋源。為避免溫差和附加應(yīng)力引起角裂，應(yīng)經(jīng)常倒角。另外，鍛造時(shí)要仔細(xì)觀察。如發(fā)現(xiàn)裂紋，應(yīng)及時(shí)清除，以消除裂紋源。

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