减少或消除Cr12MoV钢共晶碳化物分布不均匀对模具机械性能和变形的不利影响需要锻造原材料。如果没有锻造,很难简单地从热处理中寻求改善碳化物分布不均匀性的不利影响。
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℃;
1050~1100℃;
850~900℃;
冷却方式:缓冷(坑冷或砂冷)
Cr12MoV钢材导热性差,锻造过程中加热冷却速度不宜过快,以免模具坯截面温差过大开裂。锻造温度应严格控制。如果停锻温度过高,晶粒生长粗化,碳化物聚集,钢的力学性能可能会降低;如果停锻温度过低,由于钢塑性差,应力增大,容易导致坯料开裂报废。
改进Cr12MoV钢碳化物分布不均匀,锻造时必须注意正确的方法。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℃轻中间温度段(950~1050℃)为了保证碳化物的破碎,950℃以下再次轻打,防止开裂。二均匀是指变形均匀,温度均匀。
对于性能不同的模具,锻造后允许的碳化物分布不均匀有时会有所不同。一般来说,对冲击韧性和变形要求较高的模具应控制在3级以下。如果硬度、强度、耐磨性、冲击韧性和变形要求较高,应严格控制碳化物分布不均匀水平,一般要求低于2级,冷挤压模具应控制在1~1.5级。
二、Cr12MoV钢的锻造
锻造不能简单地理解为空白成型。锻造是提高钢材内部质量、延长模具使用寿命的重要关键。通过合理的锻造,不仅可以提高锻坯的密度,还可以焊接铸锭或型材中的气孔、松散、缩孔和微裂纹,破碎和细化共晶碳化物**分枝晶状共晶碳化物分散破碎,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,碳化物数量多,硬脆,可塑性差,特别是当共晶碳化物枝晶非常发达,碳化物块度非常高**锻裂最容易。
(2)钢变形抗力大
由于钢中碳和合金元素含量高,奥氏体再结晶温度升高,其变形阻力是碳工具钢的2~3倍。
(3)钢的导热性差
由于钢的导热性差,加热时必须分阶段预热,否则加热时会开裂。
(4)加热时容易过热
在未锻造的钢中,共晶碳化物大多堆积在网状分布中,熔点最低,容易熔化,因此锻造加热温度不宜过高。另一方面,由于钢变形阻力大,锻造加热温度不宜过低,锻造温度范围相对较窄。
二、六面锻造
六面锻造是指三向镦粗和拉长的联合工艺,每次都要有一定的锻造比,使共晶碳化物逐渐成为不规则均匀分布或接近均匀分布。单向拉伸是实际生产中常用的方法。网状堆放分布的碳化物锻造成带状堆放分布,碳化物破碎。这种锻造工艺对长轴工件仍然可行,但对于模具,单向拉伸会有明显的各向异性。虽然大模坯有时锻造合理,但中心组织仍难以大大改善。
碳化物呈网状堆积,碳化物呈带状堆积
碳化物不规则均匀分布
锻造镦拔次数应根据具体情况确定,但不得少于三镦三拔。
(1)模具锻件的技术要求
精密加工的小模具一般韧性要求较高,碳化物不均匀等级小于或等于2级,一般模具或大模具可适当放宽要求。
(2)原料碳化物水平不均匀
如果供应的钢中碳化物的不均匀水平较高,例如,未开坯轧制的电渣锭和分支分布的碳化物非常发达,碳化物的不均匀水平较高,则必须反复锻造。即便如此,仍然很难通过锻造方法全面改善碳化物的分布。另一个例子是,虽然大型模具中使用的大型钢已经轧制,但钢中心的大多数碳化物仍然保持网状堆积分布。对于这种大型空白,必须进行合理的六面锻造。即便如此,碳化物的不均匀水平往往很难低于3级。
即使模具经过良好的六面锻造,碳化物仍或多或少有方向分布,因此应首先考虑模具的长边应与轧制方向一致,以充分利用其高纵向性能和碳化物分布均匀的外部金属,孔和磨损最大的部分,应尽量避免最差的中心部分,因为碳化物最不容易均匀化。
锻造余热淬火-双细化工艺
锻造过程中有两个矛盾因素:一方面是锻造锤,使碳化物分散破碎,奥氏体严重变形;另一方面,锻造温度较高,变形后的奥氏体立即在锤间隙中回复和再结晶,然后开始生长。破碎的碳化物也利用锤间隙再次聚集和生长,并逐渐变形。温度的作用是连续的,锤的细化是连续的。如果锻造比不够,停止锻造温度过高,火太多,晶粒就会粗化,碳化物也会**而多角,工件断口为粗晶,易崩角脆裂,这是锻造过热现象。
停锻缓冷时,碳化物会生长,奥氏体中的碳会不断沉淀,碳化物会逐渐角状化,或者碳化物的角状化大多是在停锻缓冷过程中形成的。停锻温度越高,锻后冷速越慢,奥氏体晶粒和碳化物的粗化和角状化越严重。碳化物锋利的尖角是应力集中的焦点,是工模早期脆性裂纹失效的断裂源。改变碳化物的分布和形式可以延长工模的使用寿命。
想象一下,如果你在停止锻造后停留一点,让奥氏体回复并开始再结晶,然后立即淬火,它不仅可以抑制奥氏体晶粒的生长,还可以抑制碳化物的再聚集和角形化,并获得令人满意的碳化物粒度和形式,这是锻造余热淬火过程的理论基础。如果结合适当的火次和锻造比,可以探索最佳的锻造余热淬火工艺方案,获得碳化物和奥氏体晶粒的双细化效果。锻造余热淬火后,立即将空白处理750℃高温回火左右进行2h,然后机械加工,无需球化退火。锻造余热淬火工艺实际上是高温变热处理。在提高工件内部质量的同时,缩短了传统退火时间的高温回火时间,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和常规锻造工艺进行了比较试验,采用以下方法:Cr12MoV钢材分为四种,以不同的方式锻造,然后进行最终的热处理。其中,常规锻造后采用常规处理样品进行球化退火,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。
锻造余热淬火试样750℃高温回火2h。
最终的热处理过程是相同的,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,两火成型(拉长)、样品截面积变化20cm2→12cm2→5.3cm2,锻造后空冷,常规等温球化退火,热处理后检测,碳化物分布不均匀为4级,比未锻造低2级。晶粒度为10级,比未锻造细化1.5级。
常规锻造热处理,碳化物带4级常规锻造热处理,晶粒度10级
3.锻造余热淬火,两火成型,单向拉长。样品截面积的变化是由20cm2→12cm2→7cm2,锻造后,油冷淬火,高温回火,最终热处理后检测。碳化物的不均匀性为带系2级,比传统锻造低2级,比未锻造低4级。晶粒度为11级,比传统锻造细化1级,比未锻造细化1级2.5级。
碳化物分布带系2级,晶粒度11级 4,锻造余热淬火,增加最后一次变形,两火成型,单向拉长。截面积面积的变化20cm2→12cm2→5.3cm2,油冷淬火,高温回火,热处理后检测。碳化物的不均匀分布降低到1.5晶粒度为12级,接近均匀分布。
碳化物分布不均匀1.5级晶粒度12级
从试验结果可以看出,常规锻造一般可以将原料中碳化物分布不均匀的水平降低2级左右。常规锻造后,碳化物分布不均匀的水平最多可提高1~1.5等级左右。然而,锻造余热淬火工艺可以大大降低碳化物分布不均匀的水平,特别是在增加最后一次变形后,锻造余热淬火工艺可以使小样品的碳化物基本均匀分布。锻造余热淬火后,碳化物粒度变薄,棱角变圆,奥氏体粒度超细。这种双细化效果可以同时提高工件的塑性和韧性,提高工具模具的使用寿命,节约能源,缩短生产周期。
来源:加工朋友
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