劉紅燕
摘 要:本文在將65Mn鋼和常用合金鋼熱鍛造模材料成分進(jìn)行對比的基礎(chǔ)上,將65Mn鋼經(jīng)預(yù)先熱處理、重復(fù)淬火回火,達(dá)到重復(fù)利用的目的。經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐,該方法切實(shí)可行,有效節(jié)約鋼材材料,降低了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞:熱鍛造;重復(fù)利用;熱處理
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.17.030
由于熱鍛造模具通常要求其表面要有較高的硬度,而其內(nèi)部組織要有較好的韌性和抗沖擊能力,要有承受高低溫變化的能力,此外還要求具有較好的耐磨性。從被鍛造的工件材料來看,被鍛造的材料通常有合金鋼和碳素結(jié)構(gòu)鋼;而合金鋼的鍛造溫度較普通碳素結(jié)構(gòu)鋼高,鍛打的沖擊力大,對模具材料的沖擊韌性,高溫使用性能要求較高,因此國內(nèi)常用5CrMnMo、5CrNiMo作為合金鋼工件的熱鍛造模具材料。用這類材料制造的熱鍛造模具的使用壽命長,而對于碳素結(jié)構(gòu)鋼的工件可在相對溫度低的條件下鍛造,且鍛造的沖擊力較合金鋼小,對模具材料的表面硬度、耐磨性和抗高溫性的要求相對低些。通過比較兩類被鍛造材料對模具性能方面的要求,我們探索并尋找適合于碳素結(jié)構(gòu)鋼材料的最經(jīng)濟(jì)實(shí)用熱鍛造模具材料,我們試用65Mn彈簧鋼替代5CrMnMo、5CrNiMo制作碳素結(jié)構(gòu)鋼材料的熱鍛造模具,并將65Mn彈簧鋼應(yīng)用于汽車軸管法蘭盤鍛造獲得了成功。通過多年的試驗(yàn)和生產(chǎn)應(yīng)用,我們摸索并總結(jié)出65Mn鋼熱鍛造模具的熱處理工藝及該模具材料重復(fù)利用的方法。現(xiàn)將65Mn鋼熱鍛造模具的熱處理工藝及該模具材料重復(fù)利用的方法簡介如下,以供同行參考:
1 65Mn鋼與常用合金鋼熱鍛造模材料成分對比分析
65Mn鋼劃屬于彈簧鋼類,與常用的熱鍛造模具材料的化學(xué)成份非常迫近,二者的化學(xué)成分對比見下表:
從表中看出,65Mn與5CrMnMo這兩種材料含碳量都是在中碳鋼范圍,它保證了模具有較好的沖擊韌性、耐磨性和導(dǎo)熱性,其它成分中,Si、Mn含量也相當(dāng)接近。
5CrMnMo鋼經(jīng)常規(guī)淬火,并在500℃以上高溫回火后,其抗拉強(qiáng)度為1177~1373N/mm,硬度HRC43~48,沖擊值19.6~29.4j/cm.而65Mn彈簧鋼卻具有較高的彈性極限,抗拉強(qiáng)度也在1177N/mm以上,回火后的硬度HRC48~55,沖擊值為19.6~29.4j/cm。由此看來,65Mn與5CrMnMo這兩種材料的力學(xué)性能也基本相同;其主要區(qū)別是65Mn與5CrMnMo熱鍛造模具鋼中,碳化物形成元素較65Mn材料要多,細(xì)化了晶粒,提高了材料回火的穩(wěn)定性,同時(shí)5CrMnMo材料中含Cr量較高,因此模具材料的淬透性能較65Mn材料要好。
2 65Mn鋼熱鍛造模坯的預(yù)先熱處理
用65Mn鋼經(jīng)鍛造制成熱鍛造模具粗坯,模具在鍛造過程中,應(yīng)當(dāng)上下方向重復(fù)鐓拔2~3次,以消除不正常的纖維組織,鍛造后先緩冷,再空冷,之后再對粗坯在箱式爐中進(jìn)行退火處理,其退火的工藝曲線見圖1。
模具粗坯經(jīng)退火后,能有效消除模具材料內(nèi)部的鍛造應(yīng)力,降低模具芯部硬度,改善了模具的組織結(jié)構(gòu)和切削加工性能,并為最終熱處理提供方便。
3 65Mn材料熱鍛造模具的淬火、回火處理
65Mn材料熱鍛造模具采用中溫鹽浴爐加熱,雙液淬火冷卻,并在箱式電爐回火,經(jīng)處理后,模面硬度大于HRC48,其熱處理工藝曲線見圖2。
3.1 65Mn材料熱鍛造模具淬火加熱溫度及工藝過程
運(yùn)用快速加熱法,先將爐溫升至900℃以上,將烘干的熱鍛造模整體放入鹽浴中,待加熱一段時(shí)間后,將鍛模提出液面,在820℃保溫加熱,保溫后提起整個(gè)鍛模在空氣中預(yù)冷1~2min,讓模具的表面溫度冷至780~800℃時(shí)再進(jìn)行淬火處理。
(1)保溫時(shí)間。通常加熱保溫時(shí)間與模具的高度有關(guān),通常以淬硬層厚度達(dá)到5~10mm能夠滿足其鍛造性能確定保溫時(shí)間,保溫時(shí)間在2-3小時(shí)較為合適。
(2)冷卻方法。65Mn熱鍛模采用雙液淬火,鍛模出爐后,首先淬入5%的鹽水中冷卻,在冷卻過程中,應(yīng)仔細(xì)觀察水汽和水聲,在顫動(dòng)聲剛好消失后,將熱鍛造模具轉(zhuǎn)入油中冷卻到室溫,對少數(shù)有保留棱角要求的鍛模,在油中適當(dāng)冷卻后,應(yīng)及時(shí)轉(zhuǎn)入箱式回火爐回火,以防止棱角崩角、開裂。
(3)回火參數(shù)?;鼗鸸に噮?shù)決定于回火后的硬度要求及模具的結(jié)構(gòu)變化,因65Mn鋼合金元素量含量較低,熱疲勞性能和紅硬性不及5CrMnMo材料模具鋼高,為此,我們選定在350~370℃回火,回火后快速空冷,回火時(shí)間約2~3h。
回火后的組織為回火屈氏體,有較好的韌性,較高的硬度。對模面進(jìn)行逐個(gè)檢查,硬度在HRC48~55即可使用。
對于模具底座,則可在鹽浴中單獨(dú)進(jìn)行回火,回火溫度在500℃左右,經(jīng)局部回火后,模具底座硬度小于HRC35,回火的參數(shù)應(yīng)根據(jù)模具的受力情況和工作條件確定。
4 65Mn鋼制鍛造模具的重復(fù)利用
65Mn鋼制鍛造模具經(jīng)較長時(shí)間使用后,硬度降低,模面局部磨損,影響鍛件的尺寸和形狀,我們就可以對這種舊鍛模進(jìn)行處理了。具體
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處理辦法是:模具重新退火→重新機(jī)加工模腔→重新淬火、回火。
模具經(jīng)過多次重復(fù)處理加工使用,會(huì)引起晶粒粗大,同時(shí)由于模具表面產(chǎn)生過熱、過燒,模具表面硬度會(huì)降低很多,所以只能重復(fù)利用3~4次。
4.1 重復(fù)退火
退火加熱時(shí),速度要慢,加熱溫度略低,其退火工藝見圖3。
我們曾對65Mn鋼制鍛造模具重新退火后的組織進(jìn)行金相分析,退火后的組織與淬火前的組織基本相似,但晶粒較退火前有長大。
4.2 重新淬、回火
與模具首次淬回火工藝相同,重新淬火加熱速度不能過高,加熱溫度取下限,820℃左右,避免奧氏體晶粒過快長大,以防止殘余奧氏體量增加,影響鍛造模具的表面硬度。
4.3 應(yīng)用效果及注意的問題
(1)65Mn鋼熱鍛模,可用于鍛造碳素鋼件,使用效果和壽命與5CrMnMo材料模具鋼相當(dāng)接近。
(2)65Mn鋼熱鍛??芍貜?fù)使用3~4次而不影響使用效果,在新模制作時(shí),應(yīng)在模具高度上留有適當(dāng)?shù)亩啻渭庸び嗔俊?/p>
(3)重復(fù)利用的舊模進(jìn)行多次加工時(shí),應(yīng)保證舊模具加工后模具表面無脫酸層存在。
(4)重復(fù)利用的模具在再次使用過程中,應(yīng)加強(qiáng)冷卻,給模腔適當(dāng)涂擦潤滑油,防止模具的早期損壞。
(5)采用65Mn鋼熱鍛模,代替其它熱作模具鋼模鍛,可節(jié)約鋼材、降低成本。
(6)65Mn鋼熱鍛造模具結(jié)構(gòu)簡單,因此應(yīng)用這種模具的材料來源廣,價(jià)格低,減少了鍛件的加工成本;可連續(xù)鍛造工件200h以上。在重復(fù)利用的過程中,使用性能變化不大,可廣泛應(yīng)用于沖擊力小、鍛造溫度要求不高的碳素結(jié)構(gòu)鋼材料。
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課題:湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目成果“熱鍛造模具壽命的影響因素及提升措施研究”編號:16C0257