苏州钜研精密模具钢材有限公司

热模具，特别是锻锤热成型模具，由于其高温、高负荷、高冲击、热腐蚀等复杂的服务条件，工作环境非常恶劣。因此，热锻模具经常出现磨损、开裂、疲劳、寿命低等缺陷，给锻造厂带来很大的麻烦和成本。目前，我公司生产的连杆使用H313锻锤模具.5kJ程控电液锤上锻造连杆，模具使用约2000~3000模具，模具模腔表面出现块、剥落，块尺寸直径约1mm，而且分散在不同的部位(图1)，由于表面脱落造成的模具失效，锻件的制造成本大大提高，因此，通过分析模具的化学成分、使用、模具加工和热处理，我公司发现了问题的原因，并制定了相应的解决方案。

图1 失效模具

1100~1150℃工件对模腔表面产生热腐蚀，模具在高冲击锻造力下受到金属流动的摩擦和冲击。为了冷却和润滑模具，使用石墨乳等润滑剂冷却模具腔。因此，模具反复冷却和加热，削弱了模具的疲劳强度。原材料特性H13(4Cr5MoSiV1)模具材料的化学成分如表1所示。原材料特性H13(4Cr5MoSiV1)模具材料化学成分具体如表1所示。工艺流程鉴于H锻模加工工艺流程为：下料→六面加工模块→粗加工仓部→调质处理→加工型腔→离子氮化→表面抛光。模具硬度用HR-150A模具表面和模腔基体分别对洛氏硬度计进行了硬度检测，检测结果如表2所示。模具表面为灰色，模具硬度和氮化层硬度均符合技术要求，无异常。

表1 H13模具材料化学成分(%)

表2 模具硬度检测结果

采用德国蔡司金相显微镜检测模块的非金属夹杂物、显微组织和模具表面脱碳情况，检测结果如下。非金属夹杂物模具基体金属夹杂物检测结果未发现异常情况，符合要求，如图2所示。

图2 金属夹杂物检测(放大倍数1000x)

显微组织H13模具钢通过(1020±20)℃淬火、600℃高温回火后，在500倍显微镜下观察其显微组织为回火索氏体加少量铁素体，如图3所示。其组织直接影响模具的机械性能和使用寿命。

图3 模具放大倍数为500x

表面脱碳检测对调质未氮化的模块基体进行了表面脱碳检测。检测结果如下:脱碳层深度全脱碳0.3～0.5mm。模具脱碳层较深。经检测，可以看出模具基体组织晶粒粗大，表面脱碳属于组织异常，是模具表面脱皮、脱块的主要原因。渗氮温度高，淬火温度高，晶粒粗大，氮化物沿晶界延伸，增加表面脆性，脱皮，降低耐磨疲劳强度。应对措施⑴改进热处理工艺。1)降低模具淬火的加热温度，将淬火温度从原来的1030降低℃降至1010℃，将淬火加热保温时间从30分钟减少到20分钟。2)在淬火炉中加入适量的抗氧化剂，防止工件在加热过程中氧化脱碳。3)加快淬火介质中工件的冷却速度，确保淬火后铁素体的产生最小化。4)在保证材料中成分奥氏体化的基础上，延缓模具中奥氏体晶粒的生长，减少表面脱碳。为进一步的氮化做好准备工作。⑵改进氮化工艺，将氮化温度从原来的510提高℃，提高到540℃，降低渗氮氮位。⑶降低模腔表面粗糙度。⑷确保模锻模在使用前充分预热至180~220℃，合理喷洒脱模剂，确保喷洒均匀，不会降低模具温度。⑸不同类型的锻造设备应选择不同的基体硬度、氮化层深度和硬度。

图4 改进后模腔表面

图5 模具显微组织工艺改进后

通过调整模具的质量调节工艺参数和氮化工艺参数，显微组织为回火索氏体，晶粒度在6级以上，模具基体的脱碳层控制在0.05mm。模具使用7000模具后，模腔表面不再脱皮块。这类问题可以通过上述技术措施来解决。结论模具的使用寿命不仅取决于模具的使用条件、模具材料等，还取决于金属流线、模具锻造次数、模具热处理条件，只有不断优化热处理工艺，使模具质量处理和模具氮化工艺有机结合，确保模具耐磨性、红硬，达到预期的使用效果。—— 来源:2020年第九期锻造冲压