高速鋼模具鍛造和淬火裂紋分析與消除措施

1、高速鋼模具鍛造和淬火裂紋分析與消除措施高速鋼模具鍛造和淬火裂紋分析與消除措施王榮濱(南彎工具廠江西南昌330002)【摘要】現(xiàn)代熱處理新技術(shù)新工藝快速發(fā)展，高速鋼不僅廣泛應(yīng)用于冷作模具，在熱作模具上的應(yīng)用日益成熟。對高速鋼原材料進行鍛造，變鋼中共晶碳化物脆性相為強化相，可顯著提高模具使用壽命。關(guān)鍵詞:高速鋼；鍛造裂紋；淬火裂紋；分析；消除措施1高速鋼冶金缺陷引起鍛造裂紋高速鋼屬萊氏體鋼，含有大量合金元素，形成大量共晶碳化物和二次碳化物。

2、不良碳化物硬而脆，是脆性相。共晶碳化物呈粗大骨骼狀或樹枝狀分布于基體，破壞了組織連續(xù)性。鋼錠雖經(jīng)開坯壓延和軋制，碳化物有一定程度碎化，但碳化物偏析依然嚴重，沿軋制方向呈帶狀、網(wǎng)狀、大顆粒狀和堆集狀分布。碳化物不均勻度隨原材料直徑和厚度增加而嚴重。共晶碳化物相當(dāng)穩(wěn)定，常規(guī)熱處理無法消除，導(dǎo)致鍛造時應(yīng)力集中，成為裂紋源。原材料存在組織疏松、縮孔、氣泡、白點、粗晶、內(nèi)裂和非金屬夾雜，急劇降低鋼材熱塑性和強韌性，加之，高速鋼導(dǎo)熱性差，僅為碳鋼的

3、三分之一，因熱塑性差，變形抗力大，鍛造第一錘重擊即可碎裂。措施。嚴格原材料入庫和投產(chǎn)前材質(zhì)檢驗，合格鋼材方可投產(chǎn)；選用小鋼錠開坯軋制各種規(guī)格原材料，選用二次精煉電渣重熔鋼錠，具有純度高，雜質(zhì)少，晶粒細，碳化物小，無偏析，等向性能優(yōu)，化學(xué)成分和組織均勻等特點，對原材料進行科學(xué)合理鍛造，擊碎不均勻共晶碳化物脆性相，使之≤3級，變不均勻共晶碳化物脆性相為強化相，發(fā)生質(zhì)的飛躍；鍛坯應(yīng)充分預(yù)熱，均勻加熱，充分透燒，勤翻動坯料和采用輕——重——輕雙

4、十字形變向鐓拔鐓造法，先鐓后拔次序操作等措施，有效避免鍛造碎裂。2對角線鍛裂和過熱淬火裂紋因原材料有中心疏松和碳化物剝落等缺陷聚集擴展形成粗糙對角線裂口；鍛坯加熱溫度過高，出現(xiàn)粗晶組織，降低鋼材強韌性。鍛坯溫度過低，材料熱塑性差，變形抗力大；拔長操作時送進量過大，引起鍛件橫向展寬塑性變形過度等因素，引發(fā)鍛件對角線裂紋。高速鋼過熱、過燒組織引發(fā)淬火裂紋——因晶粒顯著粗化，出現(xiàn)碳化物粘連、角狀和拖尾狀及沿晶界呈全網(wǎng)狀、半網(wǎng)狀和連續(xù)網(wǎng)狀分布；

5、鋼組織內(nèi)部局部熔化，出現(xiàn)黑色組織或共晶萊氏體，形成過熱組織，顯著降低鋼的強韌性，易應(yīng)力集中，是引起淬火裂紋的主要因素。、碳化物剝落和嚴重偏析；鐓拔過程重擊、連擊和大變形量引起“熱效應(yīng)”，使鍛件心部溫度急劇升高，導(dǎo)致組織過熱、過燒、晶粒粗大，急劇降低材料強韌性，增加脆性；鍛坯端面接觸下砧時間過長，表面溫度降至相變溫度以下，熱塑性差，變形抗力大等因素，將導(dǎo)致鍛件端面裂紋形成。當(dāng)模具設(shè)計不良，厚薄懸殊不均勻，有棱角銳邊、尖角、切槽、凸臺等形狀

6、突變，易產(chǎn)生切口效應(yīng)；冷切削加工表面粗糙，刀紋較深、碰傷和打印記等處，均會導(dǎo)致淬火時應(yīng)力集中，從而誘發(fā)淬火裂紋；淬火前冷加工時存在較大內(nèi)應(yīng)力，尤其是經(jīng)磨削加工模具有較大內(nèi)應(yīng)力未消除和淬火加熱與冷卻時形成多種應(yīng)力迭加，當(dāng)應(yīng)力超過該材料強度極限時，便形成淬火裂紋。措施。材料入庫和投產(chǎn)前進行化學(xué)成分和低倍組織檢查，合格鋼材方可投產(chǎn)；依據(jù)鍛坯熱塑性變形溫度，調(diào)整打擊力和打擊頻率，避免“熱效應(yīng)”反應(yīng)；鍛坯端面與下砧接觸時間不宜過長，防止降溫至鍛造

7、溫度以下；由鐓粗改為拔長時，先從坯料接上砧的端面開始，若發(fā)現(xiàn)端面有裂紋應(yīng)立即磨去后續(xù)鍛等措施，能有效避免鍛件端面裂紋。改進設(shè)計，形狀盡量對稱，布局應(yīng)合理，避免應(yīng)力集中，適于淬火和防止模具畸變；模具壁厚均勻化，厚處設(shè)工藝孔，薄處增加筋條，變化懸殊處制成斜坡；棱角、直角、尖角和銳邊制成圓弧形，孔隙出口和入口倒角，變不勻稱為勻稱，變不對稱為對稱；冷切削加工應(yīng)達到設(shè)計要求表面粗糙度，避免粗糙刀紋與打印記，以萬能筆書寫代打印記，模具最終淬火前退火

8、，消除冷加工內(nèi)應(yīng)力，采用分級淬火、等溫淬火等工藝措施，有效避免因設(shè)計不當(dāng)產(chǎn)生的淬火裂紋和畸變。5鍛件表面與內(nèi)部橫向裂紋及氫脆裂紋鍛件冷卻最快的棱角多發(fā)生方向與縱軸呈垂直分布表面橫向裂紋。因原材料表面有凹坑、氣孔、結(jié)疤、孔隙、折迭引起；錘砧圓角半徑過小，拔長時在側(cè)面形成清角錘痕在棱角處重合，則在棱角處形成橫向裂紋。當(dāng)拔長進給量過小而壓下量過大，易在表面形成折迭裂紋。鍛件內(nèi)部橫向裂紋靠近縱軸，方向與縱軸呈垂直分布，因拔長送進長度與鍛件厚度之