大型Cr12MoV鋼鍛件的鍛造工藝分析

呂玉榮

（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院交通與材料工程學(xué)院，河南 鶴壁 458030）

Cr12MoV鋼具有高硬度、高耐磨性的優(yōu)點(diǎn)，是我國(guó)最常用的冷作模具鋼之一，因此被廣泛用于高精度、高負(fù)荷、高壽命的冷變形模具[1-3]。但它的缺點(diǎn)也不容忽視，由于其變形抗力大，塑性變形能力差，鍛造溫度范圍區(qū)間小，因此大型鍛件的鍛造工藝十分復(fù)雜，鍛造時(shí)難度較大，很難保證大型鍛件的質(zhì)量[4-5]。

本文對(duì)大型Cr12MoV鋼錠的鍛造工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并總結(jié)出了大型鍛件的鍛造要點(diǎn)。

1 Cr12MoV鋼的化學(xué)成分及各成分作用

1.1 化學(xué)成分

Cr12MoV鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 Cr12MoV鋼的化學(xué)成分 （%）

1.2 各成分作用

C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，硬度和耐磨性越大，而Cr12MoV鋼的C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.45%~1.70%，屬于高碳鋼，因此其硬度和耐磨性都高。Cr元素可以增加鋼的淬透性，提高其回火的穩(wěn)定性，并且還會(huì)使其產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象。Mo元素可以使鋼的淬透性增加，同時(shí)還可以細(xì)化晶粒，從而起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用。V元素既能細(xì)化晶粒、提高韌性，又能形成高硬度的碳化釩（VC），從而進(jìn)一步提高鋼的耐磨性[6-8]。

2 大型Cr12MoV鋼鍛件的鍛造工藝分析

2.1 鍛前準(zhǔn)備

由于鋼錠本身就存在各種不同程度的鑄造缺陷，因此加熱前需要清除相關(guān)缺陷，如鋼錠表層的氧化皮和表面裂紋等。

采用切削加工后，還要對(duì)鋼錠進(jìn)行磁力探傷，保證鋼錠內(nèi)部不能有殘留的裂紋。

2.2 鍛造所用鋼錠選擇

試驗(yàn)所用鋼錠質(zhì)量及相關(guān)鍛造工序、總鍛比見(jiàn)表2。

表2 鍛件工序安排

2.3 鍛造特點(diǎn)

由于Cr12MoV鋼的C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和Cr元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)都很高，并且所含合金元素也多，因此其晶體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；又由于金相組織中的萊氏體脆性大，因此Cr12MoV鋼很難進(jìn)行塑性變形。

基于Cr12MoV鋼的金相組織及性能分析，需要嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍。鍛造時(shí)，試驗(yàn)采取的始鍛溫度在1 100~1 150℃之間，終鍛溫度在900~950℃之間。

具體保溫時(shí)間根據(jù)工件大小進(jìn)行合理選擇，選擇原則是既要保證鍛件熱透，又要防止鍛件內(nèi)部的晶粒長(zhǎng)大，還要防止鍛件發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象或過(guò)燒現(xiàn)象。如果鍛件發(fā)生了過(guò)熱現(xiàn)象，其組織會(huì)過(guò)分長(zhǎng)大，從而降低其力學(xué)性能；如果發(fā)生了過(guò)燒現(xiàn)象，嚴(yán)重的可能會(huì)出現(xiàn)鍛件的報(bào)廢，無(wú)法保證試驗(yàn)的順利進(jìn)行。

此外，由于Cr12MoV鋼的鍛造溫度范圍區(qū)間較小，只有100~200℃，而鍛件又屬于大型鍛件，一次加熱后的鍛造時(shí)間較短，到終鍛溫度時(shí)鍛件還沒(méi)完全鍛好，因此需要多次加熱鍛件、多次鍛壓，才能完成鍛造工作。

3 大型Cr12MoV鋼鍛件的鍛造要點(diǎn)

通過(guò)對(duì)大型Cr12MoV鋼錠的鍛造工藝進(jìn)行分析，得出如下鍛造要點(diǎn)。

1）鍛造時(shí)首先鍛透鑄錠冒口，以鑄錠冒口為夾鉗口，其具體鍛造尺寸應(yīng)方便后續(xù)鍛件的滾動(dòng)及鍛打。但冒口處空心嚴(yán)重，缺陷較多，故可塑性很差，因此在壓冒口時(shí)，一定要注意不要把冒口壓斷，以免影響鍛造正常進(jìn)行。

2）去除料頭工序必須單獨(dú)進(jìn)行，其溫度應(yīng)控制在1 100~1 120℃之間。

3）大型鍛件的鍛壓設(shè)備最好采用液壓機(jī)進(jìn)行鍛造，在首次鍛壓時(shí)，壓頭的工作行程不宜超過(guò)15 mm，以后各次的工作行程只要不超過(guò)30~50 mm即可。

4）由于鍛造溫度范圍區(qū)間小，因此鍛造時(shí)需要多次加熱、多次鍛打。

5）由于大型鍛件不宜一次鍛壓成形，因此鍛造時(shí)一般需要進(jìn)行多次滾壓，該試驗(yàn)中6個(gè)大型鍛件各進(jìn)行了3道滾壓工序。鍛造比可逐次增加，以此來(lái)選擇鋼錠的直徑。

6）如果需要進(jìn)行鐓粗或沖孔工序，必須加鐓粗環(huán)。

7）C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，塑性越低；同一C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，在一定溫度范圍內(nèi)，塑性隨著溫度的增加而升高，具體見(jiàn)圖1。

圖1 鍛件塑性與溫度的關(guān)系

圖1可以作為鍛造溫度的選擇依據(jù)。通過(guò)試驗(yàn)可知：加熱溫度應(yīng)在1 180~1 200℃之間，始鍛溫度為1 120~1 140℃，終鍛溫度不能低于900℃，入爐溫度為20~40℃。

8）為了消除鍛造應(yīng)力、細(xì)化組織、均勻化組織、降低硬度，每次鍛打后都要進(jìn)行退火處理。Cr12MoV鋼的退火曲線見(jiàn)圖2。

圖2 Cr12MoV鋼的退火曲線

圖中：1段、3段加熱速率為100~120℃/h；2段隨爐冷卻到650℃，爐底移出；4段冷卻速率為20~30℃/h；5段冷卻速率為10℃/h，然后移至空氣中。

4 結(jié)論

1）由于Cr12MoV鋼大型鍛件的鍛打難度大，如果在鍛打過(guò)程中產(chǎn)生了缺陷，會(huì)很難清除，進(jìn)而會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，因此在鍛打時(shí)切記不要粗心大意。

2）通過(guò)鍛造工藝分析得出，只要嚴(yán)格遵守以上鍛造要點(diǎn)，鍛件的成品率可以超過(guò)80%。