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高碳高鉻鋼具有熱處理變形小、淬透性好、優(yōu)良的耐磨性和高韌性優(yōu)點(diǎn)，因而是制造冷作模應(yīng)用更多的鋼種。

此次以一制造發(fā)電設(shè)備廠商為例，他們的電機(jī)定轉(zhuǎn)子硅銅片沖模均使用了高碳高鉻鋼，其主要牌號(hào)有SKD11。

長(zhǎng)期以來(lái)，該廠硅鋼片沖模使用壽命普遍偏低，一般在沖剪10-20萬(wàn)片零件左右，與國(guó)外沖30-50萬(wàn)片零件的先進(jìn)水平相比，有較大差距。這一問(wèn)題直接影響著工廠的生產(chǎn)進(jìn)度和產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

 

在原材料中，鋼材內(nèi)部的碳化物形狀和分布往往是不符合要求的，其主要表現(xiàn)及危害如下：

1．碳化物大塊堆集，如出現(xiàn)在模具刃口部位，較易使模具造成脆性失效，如斷裂，剝落等。

2．網(wǎng)狀碳化物若鍛造中得不到擊碎，模具易斷裂。

3．鍛造使非金屬夾雜物及碳化物沿壓延方向伸展后，縱向力學(xué)性能優(yōu)于橫向。若流向與受力方向不一致時(shí)，沖模易斷裂失效和各向異性變形。

4．碳化物分布不均，會(huì)使金屬高溫時(shí)易過(guò)熱。

總而言之，碳化物在鋼組織內(nèi)部的分布不均勻，對(duì)模具的苊害是較為嚴(yán)重的。通過(guò)鍛造足夠的塑性變形使不均勻(網(wǎng)狀或聚集)的碳化物重新細(xì)化分布，從而提高模具壽命。

SKD11的鍛造

1．加熱

SKD11鋼由于合金元素種類和含量較多，故而導(dǎo)熱性能較差，溫度在700℃以下應(yīng)緩慢加熱，采用分段加熱規(guī)范。

但對(duì)直徑(或邊長(zhǎng))小于90mm的坯料，可不經(jīng)預(yù)熱直接放入高溫爐內(nèi)，加熱時(shí)間按每毫米0.8-1.2分計(jì)算。這樣由于加熱時(shí)間短，組織較細(xì)沿晶界上的碳化物來(lái)不及聚集長(zhǎng)大，從而減輕了鍛造過(guò)程中產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)。

SKD11鋼的共晶溫度僅1150℃，稍不注意就容易過(guò)燒。

Cr12型鋼在800～1100℃溫度范圍內(nèi)抗力較小，塑性較好。實(shí)踐證明，SKD11鋼始鍛溫度掌握在1050-1080℃，終鍛溫度控制在830-860℃較好。要注意的是終鍛溫不得高于1000℃，以免出現(xiàn)奈狀組織。

2．鍛造

高碳高鉻鋼鍛造的目的就在于擊碎粗大骨骼狀網(wǎng)狀碳化物，使其分布均勻。為了達(dá)到這個(gè)目的，往往需要大的變形量或多次反復(fù)鐓拔。

一般的鍛造方法歸納有軸向鐓拔，橫向鐓拔、三向鐓拔以及變向十字鐓拔法，前二者是一般廠家常采用的，但我們?nèi)咏鹣喾治龊?，認(rèn)為其雖然對(duì)鍛合坯料內(nèi)部疏松等缺陷有一定的作用，但對(duì)碳化物分布均勻度等級(jí)提高效果不大，并易在端部產(chǎn)生中心十字裂紋。

而后二者，特別是變向十字鐓拔法，效果較好，鍛件中心和邊緣碳化物偏析相差不大，沒(méi)有明顯的機(jī)械性能差異，但適用于對(duì)金屬組織要求方向性不嚴(yán)的鍛件，對(duì)于有嚴(yán)格流線方向要求的鍛件，比如沖頭則采用軸向反復(fù)鐓拔法。

萊氏體鋼采用反復(fù)鐓拔工藝，其總鍛造比等于各次拔長(zhǎng)的鍛造比之和。

3．冷卻與退火

SKD11鋼鍛后冷卻過(guò)快時(shí)，由于應(yīng)力較大，易開裂，因此鍛后應(yīng)緩慢和均勻地冷卻。

冷卻方式：小型灰砂冷，中型灰砂或爐冷，大型爐冷。灰砂或白灰更好保持150℃左右溫度，且不要通風(fēng)。

為了去除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，獲得較細(xì)小的晶粒，其鍛后必須退火。

一般退火工藝有普通退火和等溫退火，如圖1，圖2所示。

 

 

4.鍛造中容易產(chǎn)生的幾種缺陷和解決方法

在鍛SKD11鋼時(shí)，有裂紋等缺陷是常見(jiàn)的，尤其是變形程度大時(shí)，這些缺陷更易出現(xiàn)，往往造成報(bào)廢。而這不一定全是鍛工問(wèn)題，也有原材料本身因素。

1）縱向裂紋(圖3)

縱向裂紋往往是鍛坯接觸到砧面，兩端溫度下降很快，而鍛坯中間又處于激烈的變形，使四周金屬受到很大的脹力而引起了表面脹裂。

要避免縱向裂紋，首先要使變形溫度均勻，變形均勻。在墩粗時(shí)，應(yīng)先使兩頭變形，使鼓形不明顯。此外，在操作中如發(fā)現(xiàn)溫度不均勻時(shí)，應(yīng)立即使低溫區(qū)先變形，提高該處溫度。再者要預(yù)熱工具和上下鐵砧。

 

2)中心裂紋

 

在鍛造中產(chǎn)生中心開裂主要是原材料中心疏松(如圖4)。

可采取如下措施：

(i)開始拔長(zhǎng)時(shí)，采用兩端頭用較小的送進(jìn)量、大的壓下量壓成縮口狀(圖5)，然后再漸進(jìn)。這樣又使縱向的拉應(yīng)力增大，減小橫向拉應(yīng)力，從而使中心開裂的剪切應(yīng)力 減小，致使中心開裂的可能性減小。

 

(ii)采取改變應(yīng)力狀態(tài)的方法(圖6)

 

(iii)嚴(yán)格翻轉(zhuǎn)90度，避免打棱角，如果翻轉(zhuǎn)不是90度，那么就會(huì)產(chǎn)生棱形，在較大對(duì)角線上，就會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力，導(dǎo)致產(chǎn)生中心開裂的可能性(圖7)。

 

如已產(chǎn)生棱形，切不可重?fù)粜Ｕ駝t會(huì)造成開裂和加大開裂的可能性?？刹捎孟葥舯夥皆俜D(zhuǎn)90度，打成正方形的方法進(jìn)行校正。

3）鍛溫過(guò)高裂紋

有的鍛體整個(gè)表面觀察不出裂紋，但其中心開裂。這除了原材料本身疏松外，在鍛造時(shí)中心溫度過(guò)高也產(chǎn)生內(nèi)部中心開裂。

原因是SKD11鋼由于沿晶界和晶內(nèi)有大量堅(jiān)硬的碳化物存在，鍛造時(shí)熱效應(yīng)比較顯著，加之共晶溫度低。

因此，在鍛造過(guò)程中容易過(guò)熱或過(guò)燒，這樣要求操作嚴(yán)格執(zhí)行“兩輕一重”原則，即鍛體出爐始鍛要輕錘快打，不要急求大的變形量，隨后才重鍛，更后在接近終鍛時(shí)輕錘慢打，避免變形速度過(guò)快而產(chǎn)生脆性裂紋。

科學(xué)合理的高碳高鉻鋼鍛造工藝，對(duì)提高鍛體質(zhì)量是十分有益的，經(jīng)實(shí)施，效果較為明顯。