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Cr12MoV钢的锻造工艺详细讲解

作者:admin 发布时间: 2018-05-15 15:54

  为了减轻或消除Cr12MoV钢共晶碳化物分布不均匀性对模具机械性能和变形等方面的不良影响,需要对原材料进行锻造,要想不经过锻造,单纯从热处理上寻求改善碳化物分布不均匀性的不利影响是极为困难的。

  一、Cr12MoV钢的锻造工艺

  Cr12MoV钢合理的锻造工艺如下:

  预热温度:750~850℃;

  加热温度:1080~1120℃;

  始锻温度:1050~1100℃;

  终锻温度:850~900℃;

  冷却方式:缓冷(坑冷或砂冷)

  Cr12MoV钢种其导热性较差,因而在锻造过程中,加热和冷却的速度不宜过快,以免在模具坯料截面上造成温差过大而开裂。要严格控制锻造温度,如果停锻温度过高,引起晶粒长大粗化,发生碳化物聚集,则可能使钢的机械性能降低;而停锻温度过低,则因钢的塑性较差,应力增大,易导致坯料开裂而报废。

  为了改善Cr12MoV钢的碳化物分布不均匀性,在锻造过程中务必注意采用正确的方法。一般采用多方向、多次数的反复镦粗与拔长,例如三镦三拔或不少于三镦三拔的锻造方法,还有二轻一重、二均匀的锻造经验。二轻一重是指锻造开始时(1050℃以上范围)轻打,锤击力度要小,在中间温度段(950~1050℃)之间重打,以保证击碎碳化物,950℃以下再度轻打,以防止开裂。所谓的二均匀是指变形均匀、温度均匀。

  对于使用性能不同的模具,其锻造后所允许的碳化物分布不均匀性级别也有时不同。一般对冲击韧性和变形要求较高的模具,应控制在3级以下,若对硬度、强度、耐磨性、冲击韧性和变形均要求较高时,其碳化物分布不均匀性级别应严加控制,一般要求在2级以下,对冷挤压模最好控制在1~1.5级。

  二、Cr12MoV钢的锻造

  不能把锻造简单地理解为毛坯成形,锻造是提高钢材内在质量、延长模具使用寿命的重要关键。通过合理的锻造不但可以提高锻坯的致密度,将铸锭或型材中的气孔、疏松、缩孔、微裂纹焊合起来,而且可以碎化和细化共晶碳化物,将粗大的枝晶状共晶碳化物打散打碎,提高碳化物分布的均匀性,细化碳化物的粒度。

  1、Cr12MoV钢材料的锻造特点

  (1)钢的塑性差

  Cr12MoV钢属于莱氏体钢,钢中碳化物数量多,且硬而脆,可塑性极差,尤其当共晶碳化物枝晶非常发达、碳化物块度又很粗大时,最容易锻裂。

  (2)钢的变形抗力大

  由于钢中碳及合金元素含量高,奥氏体再结晶温度升高,其变形抗力比碳素工具钢要高2~3倍。

  (3)钢的导热性差

  由于钢的导热性能差,加热时必须分阶段预热,否则在加热时就会出现开裂。

  (4)加热时容易过烧

  未经锻造的钢中,共晶碳化物多呈堆集状、网状分布,该处熔点最低,很容易熔化,因此锻造加热温度不能太高。另一方面由于钢材变形抗力大,锻造加热温度又不能太低,因此锻造温度区间相对比较狭窄。

  2、六面锻造

  六面锻造是指三向镦粗和拔长的联合工艺,每次都要有一定的锻造比,才能使共晶碳化物逐步变成无规则均匀分布,或接近均匀分布。单方向拔长是实际生产中常用的方法,网状堆集分布的碳化物被锻成带状堆集分布,碳化物也有所碎化,这样的锻造工艺对长轴类工件尚属可行,但对于模具而言,单方向拔长就会出现明显的各向异性。大型模坯有时虽经合理锻造,但其中心组织仍难以得到重大改善。

  碳化物呈网状堆集碳化物呈带状堆集

  碳化物呈无规则均匀分布

  锻造镦拔次数应根据具体情况决定,但不得少于三镦三拔。

  (1)模具锻件的技术要求

  一般韧性要求较高的精密加工的小型模具,要求碳化物不均匀级别小于或等于2级,一般模具或大型模具可适当放宽要求。

  (2)原材料碳化物不均匀级别

  如若供应的钢材中碳化物不均匀级别较高,例如,未经开坯轧制的电渣钢锭,树枝状分布的碳化物非常发达,碳化物不均匀级别高,就必须反复镦拔锻造,即使如此,仍很难用锻造方法使碳化物分布全面改观。又如,大型模具所用的大尺寸钢材,虽经轧制,但钢材中心的碳化物多半仍保留网状堆集分布。对于此类大型模坯,必须进行合理的六面锻造,即使如此,碳化物不均匀级别往往也很难低于3级。

  模坯即使经过良好的六面锻造,碳化物仍然或多或少存在着方向性分布,因此在下料时就要先考虑模具的长边应与轧制方向一致,以便充分利用其较高的纵向性能和碳化物分布比较均匀的外缘部分金属,而孔型和磨损最大的部分,应尽可能避开坯料质量最差的中心部位,因为该处的碳化物最不容易均匀化。

  三、锻造余热淬火-双细化工艺

  在锻造过程中有两个相互矛盾的因素在起作用:一方面是锻造的锤击作用,它使碳化物被击散打碎、奥氏体严重变形;另一方面是锻造温度较高,形变后的奥氏体在锤击的间隙中立即进行回复和再结晶,紧接着就开始长大。而被击碎的碳化物也利用锤击间隙重新聚集长大,并逐步角状化。温度的作用是连续的,锤击的细化作用是断续的。如果锻造比不够,停锻温度太高,火次太多,则晶粒就会粗化,碳化物也会粗大而多角,工件断口呈粗晶,易崩角脆裂,这就是锻造过热现象。

  停锻缓冷时,碳化物还会长大,奥氏体中的碳不断析出,碳化物逐步角状化,或者说碳化物角状化多半是在停锻缓冷过程中形成的。停锻温度愈高,锻后冷速愈慢,奥氏体晶粒和碳化物的粗化及角状化就愈严重。碳化物锋利的的尖角是应力集中的焦点,是工模具早期脆裂失效的断裂源。改变碳化物的分布和形态,可使工模具的使用寿命延长。

  设想如果在停锻后稍作停留,让奥氏体得到回复并开始再结晶,然后立即淬火,既可抑制奥氏体晶粒的长大,也可抑制碳化物的重新集聚和角状化,可获得比较满意的碳化物粒度和形态,这就是锻造余热淬火工艺的理论根据。如果再配合适宜的火次和锻造比,就可探讨摸索出最佳的锻造余热淬火工艺方案,获得碳化物和奥氏体晶粒双细化的效果。锻造余热淬火以后,立即将毛坯在750℃左右进行高温回火2h,然后就可以进行机械加工,无须再进行球化退火。锻造余热淬火工艺实际上就是高温形变热处理,在提高工件内在质量的同时缩短了常规退火时间代之以短时间的高温回火,因而节约了能源,缩短了生产周期。

  国内有关部门对锻造余热淬火与常规锻造工艺进行了对比试验,采用下面方式进行:将Cr12MoV钢材一分为四,分别进行不同方式的锻造,然后进行最终热处理。其中,采用常规处理的试样经常规锻造后进行球化退火,即850~870℃加热保温2~3h,冷却到720~750℃,等温4h左右,炉冷到500℃出炉。

  采用锻造余热淬火试样,再以750℃高温回火2h。

  最终热处理的工艺都相同,即980℃加热油冷淬火,200℃回火。

  对比试验结果如下:

  1、直接取样,未经锻造材料,最终热处理后检测,碳化物不均匀分布,网系为6级,晶粒度为8.5级。

  2、常规锻造,两火成形(拔长),试样截面积变化由20cm2→12cm2→5.3cm2,锻后空冷,常规等温球化退火,最终热处理后检测,碳化物不均匀分布为带系为4级,比未经锻造降低2级。晶粒度为10级,比未经锻造细化1.5级。

  常规锻造热处理,碳化物带系4级常规锻造热处理,晶粒度10级

  3、锻造余热淬火,两火成形,单向拔长。试样截面积变化由20cm2→12cm2→7cm2,锻后油冷淬火,高温回火,最终热处理后检测。碳化物不均匀度为带系2级,比常规锻造降低2级,比未经锻造降低4级。晶粒度为11级,比常规锻造细化1级,比未经锻造细化2.5级。

  碳化物分布带系2级,晶粒度11级 4、加大最后一次变形量的锻造余热淬火,两火成形,单向拔长。截面积变化由20cm2→12cm2→5.3cm2,油冷淬火,高温回火,最终热处理后检测。碳化物不均匀分布降到1.5级,接近均匀分布,晶粒度为12级。

  碳化物不均匀分布1.5级晶粒度12级

  从试验结果可以看出:常规锻造一般可使原材料中的碳化物不均匀分布的级别降低2级左右,一般大中型工件毛坯经常规锻造以后,碳化物不均匀分布的级别最多可改善1~1.5级左右。但利用锻造余热淬火工艺,可以大幅度降低碳化物不均匀分布的级别,特别是在加大最后一次变形量以后,锻造余热淬火工艺已能使小试样的碳化物基本均匀分布。锻造余热淬火以后,碳化物粒度变细,棱角变圆,奥氏体晶粒度达到超细化。这种双细化效果,可使工件的塑性和韧性同步上升,工模具使用寿命可以成倍提高,同时还能节约能源,缩短生产周期。