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

　　關(guān)鍵詞:冷沖模；裂紋；鍛造工藝優(yōu)化；

　　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)沖壓過程中迅速膨脹，圖1所示形狀的裂紋形成不到2萬次，導(dǎo)致模具故障，無法使用。

　　圖1冷沖模裂紋

　　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。

　　圖2 軸向抽頭示意圖

　　三、裂紋產(chǎn)生的機(jī)理分析

　　金相顯微分析(顯微組織見圖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)展最終導(dǎo)致模具報(bào)廢。

　　圖3裂紋端顯微組織(×200)

　　圖4裂紋中顯微組織(×200)

　　圖5裂紋末端顯微組織(×200)

　　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，鍛造過程對(duì)改善帶狀組織起著決定性的作用。顯然，鍛造過程對(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程中無法消除。

　　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)容易開裂(如此時(shí)未發(fā)現(xiàn)裂紋，可能成為未來模具開裂的裂紋源)，而心臟金屬變形小，心臟組織改善不大。因此，模具開裂的根本原因是心臟組織的碳化物在鍛造過程中未能重新分布，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，完全消除軋制過程中形成的帶狀組織。

　　圖6 多向標(biāo)題圖

　　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。