前言
本文通过对热作模具钢角裂问题分析，研究其锻造工艺，提高热作模具钢表面质量，节约生产成本。热作模具钢具有较高的淬透性和抗热裂能力、耐磨性和耐热性好、综合力学性能优良和较高的抗回火稳定性等特点，主要用于制造冲击载荷大的锻模、热挤压模、精锻模和合金压铸模，在汽车、电子、家电等行业得到广泛应用。随着市场需求及竞争日益激烈，对产品质量及生产成本控制提出了更高的要求。
热作模具钢在锻造时一般采取两次镦粗拔长的方式，锻造为成品后易在面与面的交界处产生角裂，需要后续加工去除，这就造成了生产成本的浪费。
热作模具钢角裂问题分析
热作模具钢完成两次镦粗拔长的主变形后，成品火次（指锻造过程中最后一火）厚度方面预留变形量一般为150～200mm，成品火次锻造时，先拔长电渣锭启动端至工艺尺寸，再利用天车和操作车进行调头，掉头后再锻造电渣锭非启动端至工艺尺寸。经统计，生产产品50%以上存在角裂（图1）问题，需要进行加工去除，造成原材料和人力成本的极大浪费。
图1 热作模具钢出现角裂现象
缺陷位置金相检测分析
利用显微镜对典型缺陷位置进行金相检测，发现缺陷均为裂纹（图2），在缺陷位置并未见冶炼凝固缺陷，因此，我们认为由裂纹造成的角裂是锻造过程所致。
图2 缺陷位置金相照片
产品表面质量统计分析
通过对典型产品表面质量情况进行统计，发现角部裂纹均发生在电渣锭非启动端位置，最大角裂尺寸约为50mm×50mm×5mm，数据统计见表1。
表1 角裂数据统计
生产过程参数分析
通过对热作模具钢生产过程进行多次现场跟踪，统计成品锻造火次的锻造温度，在锻造电渣锭启动端时锻造温度一般在900～1050℃范围内，调头锻造电渣锭非启动端时锻造温度一般在800～950℃。
综上所述，并结合该类材质合金成分较高、锻造温度范围窄的特性，得出结论，造成热作模具钢对应电渣锭非启动端角裂的主要原因为成品火次锻造温度低，锻件被低温锻造成形。
改进工艺方案设计
结合上述情况分析，从如何提高电渣锭成品火次锻造温度制订了有利于改善角裂的四项工艺措施：
⑴将热作模具钢成品火次加热温度由1200℃调整至1220℃；
⑵将热作模具钢成品锻造火次终锻温度由800℃调整至860℃；
⑶为保证锻造温度，将成品火次分为两阶段锻造，即首先拔长电渣锭启动端至成品尺寸后返炉保温1小时，然后出炉继续拔长电渣锭非启动端至工艺尺寸；
⑷为防止成品火次边角降温过快，在主变形完成后对边角进行倒小角处理。
效果验证
经过以上改进工艺措施，后续生产的热作模具钢表面角裂得到了有效的控制，生产的产品95%以上没有肉眼可见的角裂缺陷，个别仍旧存在角裂的产品其缺陷尺寸均控制在10mm×10mm×3mm以内，改进后生产产品如图3所示。
图3 工艺改进后生产的热作模具钢
结束语
在对热作模具钢锻造工艺的改进中，我们提高了坯料锻造变形过程边角的温度，避免了锻件低温锻造。热作模具钢改进工艺措施实施后，使得锻件的材料变形塑性得到提高，有效避免了热作模具钢角裂现象的发生，缩短了产品产出周期，节省了生产成本，为我司带来了明显的经济效益。
—— 来源：《锻造与冲压》 2019年第5期
閱讀更多 鍛造與衝壓 的文章
