1、熱擠壓模及中、小型機鍛模的工作條件與性能要求

   

熱擠壓模工作時，受到壓應力、彎曲應力和脫模的拉應力作用。所受的沖擊載荷比錘鍛模小，但與熾熱金屬接觸的時間比錘鍛模長，工作溫度較錘鍛模高，擠壓不同金屬時溫升也不同，最高可達800一85090。因急冷急熱造成的熱應力也大于錘鍛模，摩擦也更為劇烈。熱擠壓模的主要失效形式是模腔過量塑性變形，反復加熱冷卻而引起的疲勞破壞、熱磨損及表面氧化腐蝕。

   

中、小型機鍛模的工作條件與熱擠壓模相近，所不同的是所受到的沖擊載荷比熱擠壓模大。因此，中、小型機鍛模的失效形式也與熱擠壓模相近。因而，要求熱擠壓模及中、小型機鍛模具有較錘鍛模更高的耐熱疲勞性、熱穩定性和良好的耐磨性，以及較高的高溫強度和足夠的韌性。

   

2、熱擠壓模及中、小型機鍛模用鋼

   

常用的熱擠壓模具及中、小型機鍛模用鋼為鎢系熱作模具鋼和鉻系熱作模具鋼，還有鉻鑰系、鎢鋁系和鉻鉑鎢系等新型的熱作模具鋼以及基體鋼等。

   

(1)鎢系熱作模具鋼這類鋼的代表性鋼種為傳統的3Cr2W8V鋼，由于其耐熱疲勞性較差，在熱擠壓模方面的應用將會逐漸減少，但在壓鑄模方面的應用較多，故在壓鑄模用鋼中對其作詳細介紹。

 

(2)鉻系熱作模具鋼鉻系熱作模具鋼的代表性鋼種有4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1和4Cr5 W2VSi。前兩種相當于美國的H11和H13鋼，4Cr5W2VSi則由4Cr5MoSiV鋼演變而來，由。w二2%代替二Mo=1%O。這三種鋼碳的質量分數均為5%左右，屬于中碳中鉻鋼。

   

這類鋼的共同特性是:


①因含鉻量較多，具有較高的淬透性，如厚度為150mm的4Cr5MoSiV1鋼件可油冷淬透。而且這類鋼的過冷奧氏體在400一600℃之間具有很高的穩定性，可長時間保溫而不轉變，因而適合于分級淬火。


②耐熱疲勞性較好，這是因為鉻、硅提高了鋼的抗氧化性，所以鉻系鋼較能適應急冷急熱的工作條件。


③回火穩定性較高，如4Cr5MoSiV, 4Cr5W2VSi鋼的淬火硬度分別在1070℃和1200℃左右淬火時達到最大值。然后回火，其硬度隨回火溫度升高而幾乎保持不變，并在500一550℃出現二次硬化峰值，以后則迅速下降。


④與鎢系熱作模具鋼相比，有較高的韌性，但高溫強度不足，耐熱性稍差，工作溫度一般不超過6501


⑤這類鋼所含碳化物種類及數量大致相同.因而過熱敏感性也大致相同。


⑥鉻系熱作模具鋼熱塑性較高，變形抗力小，鍛造開裂傾向性較小，但鍛造溫度范圍稍窄，必須嚴格控制鍛打溫度。

   

(3)鉻鑰系鋼及鉻鎢鑰系鋼這類鋼包括4Cr3Mo3SiV(H10)、3Cr3Mo3VNb(HM3)、3Cr3Mo3W2V(HMI)、5Cr4W5Mo2V(RM2)、4Cr3 Mo3 W4 VNb(GR)等。

   

下面簡要介紹部分鋼種的性能特點與應用

   

1)3Cr3 Mo3 VNb(HM3)鋼:此鋼特點是含碳量較低，并加人少量鑰，故具有較高的耐熱疲勞性和強韌性，回火穩定性好，其他工藝性能也均優異。適于制造強烈水冷的壓力機成形模、輥鍛模、小型錘鍛模等，其工作壽命明顯高于5CrNiMo,4Cr5W2VSi, 3Cr2W8V鋼制造的模具。

   

2) 5Cr4W5Mo2V (RM2)鋼:該鋼碳的質量分數為0.5%左右，合金元素總質量分數為12%，使用狀態含碳化物較多，其中以M6C為主。因此，該鋼具有較高的回火抗力及熱穩定性，在硬度50HRC時的熱穩定性可達700cC，抗磨損性能也好。適于制作小截面熱擠、高速鍛模及輥鍛模具。

   

3) 4Cr3Mo2W4VTiNb (GR)鋼:該鋼是在鎢鑰系熱作模具鋼中加人少量妮，而獲得高回火穩定性和高的熱強性。其耐熱疲勞性、熱穩定性、耐磨性及高溫強度明顯高于3Cr2W8V鋼。該鋼經1160一1200℃油淬，630一600℃回火2次，每次lh的處理，其硬度可達50一55HRC，抗拉強度可達188OMPa，沖擊韌度為17J/cm2。該鋼的淬透性、冷熱加工性均好，適于制造熱徽、精鍛、高速鍛等熱鍛模具。

   

4)基體鋼基體鋼中有多個鋼種可以兼作冷作模具用鋼和熱作模具用鋼，如6W8Cr4VTi (LM1 ), 6Cr5Mo3W2VSiTi (LM2)和6Cr4Mo3Ni2WV (CG-2)等，其中5Cr4Mo3SiMnVAI (012A1)鋼較多地用于熱擠壓模具，如軸承熱擠壓沖頭、傳動桿熱徽模等，其使用壽命比傳統熱作模具鋼3Cr2W8V有較大幅度的提高。

   

3.熱擠壓模具及中、小型機鍛模的材料選用

   

選擇熱擠壓模具加工材料時，主要應根據被擠壓金屬的種類及其擠壓溫度來決定，其次也應考慮到擠壓比、擠壓速度和潤滑條件等因素，以提高模具的使用壽命。表3一所示為熱擠壓模具加工材料的選用情況。中、小型機鍛模具的選材主要考慮鍛壓材料種類和生產批量，其次也要考慮模具尺寸、變形速度和潤滑條件對模具壽命的影響。

   

4.熱擠壓模及中、小機鍛模的熱處理

   

這類模具的制造工藝路線一般為:下料*鍛造、預先熱處理*機械加工成形，淬、回火、精加工。

   

下面分析各熱加工工序的工藝特點。

   

(1)鍛造工藝熱擠壓模及中、小機鍛模用鋼多為高合金鋼，所以模坯需經良好的鍛造，尤其是含鋁的熱作模具鋼，要注意鍛造加熱溫度和保溫時間的控制，以避免嚴重脫碳導致模具早期失效。

   

(2)預備熱處理

1)退火。熱擠壓模具中、小機鍛模的退火工藝主要在于正確地選擇退火溫度，保持充分的保溫時間，并以合適的冷卻速度冷卻。另外，為了確保良好的耐磨性，在淬火后需保留一定數量的碳化物，由于碳化物的形狀對鋼的韌性有很大影響，因此還應注意退火后的碳化物形狀。一般希望獲得圓而細小的碳化物。

   

2)高溫調質。為了使鍛后毛坯的力學性能(特別是斷裂韌度)得到改善，常常采用鍛后調質的方法進行毛坯的預處理。此種熱處理方法是將鍛后的模具毛坯加熱到高溫淬火，再經高溫回火。


經此處理，可使碳化物均勻分布，且形狀圓而細小，不僅改善了鋼的性能，而且還縮短了預處理周期。調質處理的淬火加熱溫度可根據不同的鋼種而定，如3Cr3Mo3 W2V鋼為120090，同常規淬火溫度相近。高溫回火溫度一般在700一750℃之間。

   

3)鍛后正火。對于鍛后出現明顯沿晶鏈狀碳化物的模坯，須正火予以消除后再進行球化退火。因為這種鏈狀碳化物直接退火是難以消除的。

   

4)淬、回火對于常用熱擠壓模具鋼及中、小機鍛模用鋼，選擇淬火溫度時，主要考慮的是奧氏體晶粒尺寸的大小和沖擊韌度的高低，其次還要考慮模具的工作條件、結構形狀、失效形式對性能的要求。

   

對于悴火保溫時間的選擇，主要考慮要能完成組織轉變，使碳及合金元素充分固溶，以保證獲得高的回火抗力及熱硬性。淬火保溫時間系數一般鹽浴爐取0.5一1 min/mm，尺寸愈小系數愈大。

   

熱擠壓模具鋼及中、小機鍛模用鋼屬于高合金鋼，淬透性較好，淬火冷卻可采用油冷，也可采用空冷。對要求變形小的模具還可采用等溫淬火或分級淬火。回火工藝的正確與否，對模具的失效形式有很重要的作用。選擇回火溫度的原則是，在不影響模具抗脆斷能力的前提下，盡可能提高模具的硬度，這需要根據模具的具體失效形式來確定回火參數。淬火后的模具都應盡快進行回火，特別是形狀復雜的模具，當模面溫度低于80℃時，回火就得進行。為了避免殘留應力的產生，在回火加熱和冷卻時都應緩慢進行。回火一般進行兩次，回火時間可按3min/mm計算，但不應低于2h。第二次回火溫度可比第一次低10一20CC。


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