浅谈热作模具钢锻造加工的缺陷及预防

【摘 要】热作模具在制造过程必须进行锻造处理，才能满足模具的使用要求。所以模具一般都能承受机械负荷与热负荷，出现模具的失效的情况非常多，工作环境不好是一个重要的形式，失效的情况主要表现在早期断裂、疲劳断裂、热疲劳、形腔堆塌和磨损，这些失效的原因主要和制造磨具的材料有着密切的关系，原材料存在的缺陷有密切的关系。本文主要介绍这些加工缺陷以及预防的措施。

【关键词】模具钢锻造；加工缺陷；原材料；预防

热作模具在制造过程要进行锻造处理，才能满足需要，常见的模具有才能满足模具的使用要求。常见的压铸模具模仁、型芯，主要的材质为SKD61、H13。成型模、压型模和收口模具，主要材质为 5CrMnMo，这些都是典型的热作模具。都工作中都需要承受机械负荷与热负荷，出现失效的形式有早期断裂、疲劳断裂、热疲劳、形腔堆塌和磨损；这些失效与模具钢的原材料存在的缺陷有密切的关系。对于模具毛坯的锻造的加工方式，需要锻造成适当的几何图形，消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线。

1.热作模具钢裂纹的缺陷产生原因

模具钢在锻造进行制造的时候，需要承受一定的受拉应力、切应力和附加拉应力，在这样的作用力下就产生一定的裂纹，对于模具比较薄的地区是承受力最大的地区，也是很容易被破坏的地区，在坯料表面和内部的微裂纹、坯料内部本身存在组织缺陷、在进行热处理的时候、热处理不当使材料塑性下降、变形超过模具钢允许的塑性指标等，则在撤粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲和挤压等工序中均会产生裂纹缺陷。这些现象的产生严重影响了模具钢的使用性能，这些现象的出现需要进行有效的预防。

2.模具裂纹产生的防治措施

2.1提高锻造加工时静水压力

裂纹的产生与模具钢的受力情况和模具钢的塑性有关，塑性是材料的一种特性，主要取决变形物体的结构和物体的外部条件，其中应力状态的变化可以增大静水压力，抵消由于不均匀变形引起的附加拉应力，减轻其中的作用，温度和应变速度变化也是一定的，在应用过程中，从而减轻了附加拉应力所造成的拉裂作用。当温度和应变速度一定时，由拉应力引起的三向等压应力不会使裂纹扩展，在利用锻压变形中存在微小的未被氧化的裂纹，在高的三向压应力作用下，完全合一实现完全可以锻合。对于低塑性材料采用反推力挤压及带套激粗都是用采用提高静水压力的数值来防止开裂。挤压和拔长时减少附加拉应力，是防止开裂最有效的办法。

2.2对材料的变形温度进行有效控制

对材料的变形温度进行控制，能够促使严格控制材料变形温度提高材料温度促使材料塑性提高，塑性成形性能得到改善。将变形温度升高到再结晶温度以上时，对材料的加工需要消除结晶软化，一方面要提高金属的塑性形成，不要出现热度过高的现象，对于材料的晶粒急剧长大，出现材料塑性降低的情况，在这种状态下，产生接近熔点就会产生“过烧”现象，材料晶界氧化甚至熔化导致塑性变形能力完全消失，坯料甚至产生报废。出现温度过低，容易产生冷变形硬化，在塑性的情况下，出现温度过高的现象，就很容易过烧，造成模具出现变形的状态。

2.3控制材料的变形速度

对材料的变形速度进行有效控制，所谓的变形速度是指单位时间内变形程度的大小。出现变形速度越大，金属在出冷变形的强度很严重，会产生热效应，出现不能及时散发热量的情况，造成温度过高的现象，在出现锻压加工塑性较差的合金钢或大截面锻件时，必须采用较需要采用变形速度小的，如果不这样就会出现变形不均匀的现象，产生裂纹。在实际操作中要选用适合的材料进行设备的锻造，热作用模具在静电压力机上变形时再结晶温度为500℃ 以上，而在冲压机下需在750℃以上变形才能获得完全的再结晶组织。这是模具制造过程的重要内容，涉及的方面也很多。

2.4必要时需进行中间退火

如果在制造过程中，模具的变形速度不能够得到有效的控制，就会产生一定的裂缝，一般都采用中间退火的方式进行防治，但是这种措施在应用中会对模具造成一定的缺陷，一般在制造过程中不会采用这种方式进行防治。

2.5采用热压变形的方式

如果在制造过程中，材料再结晶过程不能够有效的进行，就会产生的裂纹，针对这种情况需要采用热压变形工艺方式，这种方式一方面能够消除出现的变形引起的模具具有一定缺陷。另一方面还能够提高材料的塑性，实现更好的制造过程。

2.6改善坯料的组织

这种方式的应用需要在组织上应避免出现结晶温度的上限的时候，低熔点物质和脆性化合物，在其中加入适当铬、钒等元素，提高材料的高塑性和有用性。

2.7采用高温均匀化的形式

一般材料要进行高温均匀化，利用这种方式能够有效的改善材料组织的不均匀性，一方面有效提高材料的塑性，另一方面，降低材料产生裂纹的可能性。

3.制造的过程中减少金属杂质物出现

模具在制造的过程中要减少非金属杂质的量，这些非金属杂质能够使模具锻件性能降低、并且产生裂纹。其中杂质的大小、分布情况对锻件的影响最大。出现的锻件断裂处都会有一些链状和条状的物质，这些物质具有很大的危害性，都分布在坯料底部的负偏析区。所以要在锻造的过程中需要降低非金属杂质的含量。

降低非金属杂质的具体措施主要有以下几点：

（1）对于锻压应力，要求在规定的数值中，不能超过这个数值。

（2）进行变形处理的时候，最好采用满砧送料和“宽砧”锻造这两种方式。

（3）选用合理的镦粗比和锻造比，需要进行有效的控制。

（4）在设备的工艺参数和锻造过程，需要进行合理的选择。

（5）在水口端和帽口端留有足够的加工余量。

（6）在坯料加热时进行高温扩散退火。

4.锻造过程消除锻件粗晶及防止锻件出现白点

对于锻造过程，需要在锻造挤压过程中，金属与锻造模之间产生的摩擦就会产生粗晶。这些材料的颗粒比较大，对筒壁有一定的影响，在温度比较低的情况需要挤压时未能完全再结晶，防止表层形成了粗晶环，出现粗晶环的坯料锻造时容易开裂。在锻造过程中需要防止锻件出现白点，合金结构钢很容易产生白点缺陷，钢材的力学性能会急剧下降。

5.其他的改进措施

在生产过程中，可能会产生网状碳化物，这些物质的特点是有的硬度过高或硬度不够、硬度不均、锻件流线分布不顺。出现这种现象的主要防治措施是，需要加热炉体结构和烧嘴高低位置使喷出火焰分散。注意装炉位置是否合理。

6.结束语

上文中介绍了有关模具锻造过程会出现的缺陷以及防治办法，在制造过程中需要制定合理的锻造工艺，采用正确的锻造方法是保证模具毛坯质量，一方面提高模具使用寿命，另一方面，要降低生产成本的一个重要环节。 [科]

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