摘要：分析Cr提出了優化鍛造方法、防止工作過程中出現裂紋的工藝措施。

　　關鍵詞:冷沖模；裂紋；鍛造工藝優化；

　　一、概述

　　Cr12鋼是典型的冷沖模具鋼，廣泛應用于冷沖模、拉拔模、螺旋滾模等。

　　湘潭家電廠采用吊風扇轉子硅鋼片沖模Cr12鋼。模具主要由600個凸凹模組成kN沖壓機床上的材料是D21，厚度為0.5mm硅鋼片沖壓成吊扇轉子片。

　　該模具的設計硬度為58~62HRC，實際測量的硬度為60~62HRC，模具一般可沖制20萬件以上，符合設計要求。然而，在模具使用不到9000次后，沖頭將模具槽的邊緣帶出坍塌。模具磨削后，坍塌繼續產生。在模具外緣，裂紋在連續沖壓過程中迅速膨脹，圖1所示形狀的裂紋形成不到2萬次，導致模具故障，無法使用。

　　圖1冷沖模裂紋

　　二、沖模熱處理及鍛造生產工藝

　　1.熱處理工藝

　　退火時，加熱至850~870℃保溫4h之后，隨爐冷至730~740℃，保溫4～5h之后，隨爐冷至5000℃空冷出爐。淬火加熱至980℃保溫后，油淬，180℃回火3h。

　　2.鍛造工藝

　　選用鍛造坯料φ120mm的軋材，在500kg在空氣錘上，始鍛溫度為1050℃，終鍛溫度為820℃。

　　在鍛造生產過程中，采用軸向鐓粗法，即沿鋼軸向不改變方向的往復鐓粗和拉長，工藝流程如圖2所示。

　　圖2 軸向抽頭示意圖

　　三、裂紋產生的機理分析

　　金相顯微分析(顯微組織見圖3、圖4、圖5)，發現材料顯微組織不理想，厚度不均勻的碳化物呈帶狀分布。正是這種帶狀分布的碳化物影響了材料的力學性能。首先，帶狀碳化物區是一個脆弱區，強度低，塑性韌性差，沖擊不大，容易產生裂紋。其次，一旦出現裂紋，沿帶狀碳化物區域很容易擴展。帶狀碳化物區域是裂紋擴張的根源，因為該區域脆性大，應力集中。這種裂紋的擴展是周期性的。當裂紋表面因滑動而變成疲勞裂紋時，裂紋的前端會再次變得鋒利，并在下次加載時繼續擴展。這樣，裂紋的持續加載和擴展最終導致模具報廢。

　　圖3裂紋端顯微組織(×200)

　　圖4裂紋中顯微組織(×200)

　　圖5裂紋末端顯微組織(×200)

　　這種帶狀碳化物的原因是Cr12鋼為萊氏體鋼，碳含量高，鋼含有大量合金碳化物，軋制廠軋制后，碳化物呈帶狀分布，軋制型材直徑越大，碳化物越厚，帶狀分布越嚴重。顯然，鍛造過程對改善帶狀組織起著決定性的作用。顯然，鍛造過程對改善帶狀組織起著決定性的作用。熱處理淬火采用一次性硬化法（即低溫淬火和低溫回火）。大量碳化物在淬火加熱溫度下不能溶解在奧氏體中，鍛造后的分布特性基本保留。因此，帶狀組織在熱處理過程中無法消除。

　　鍛造工藝分析：一是鍛造設備噸位不足，二是鍛造方法不合理。φ120mm直徑為500的坯料kg因為Cr12鋼含有大量的合金元素，變形溫度高，變形阻力大。鍛造錘一般相當于結構鋼噸位的兩倍。鍛錘噸位過小，沖擊力不足，表面只能發生變形，中心部分碳化物不能破碎。軸向提升法用于鍛造。這種提升方法的主要缺點是端部開裂傾向大。反復改進時，端面與砧面接觸時間長，冷卻速度快，拉長時容易開裂(如此時未發現裂紋，可能成為未來模具開裂的裂紋源)，而心臟金屬變形小，心臟組織改善不大。因此，模具開裂的根本原因是心臟組織的碳化物在鍛造過程中未能重新分布，軋制時仍保持分布。

　　四、優化鍛造工藝

　　1.選擇合適的坯料直徑和鍛錘噸位

　　坯料直徑越大，軋制過程中變形越小，碳化物偏析越嚴重，碳化物顆粒越粗，會變原φ120mm的坯料改用φ80mm，原碳化物分布均勻的坯料。

　　原空氣錘噸位過小，變形僅限于表面，應適當增加內部碳化物，可改為750kg空鋼價格氣錘，為鍛造，破碎中央碳化物。

　　2.采用多向桅桿法

　　如圖6所示，是獲得優質模具毛坯的更好鍛造方法。鍛造變形均勻，鍛造方便，組織可全面改善，碳化物分布均勻，完全消除軋制過程中形成的帶狀組織。

　　圖6 多向標題圖

　　3.適當提高鍛造比

　　適當提高鍛造比可以降低碳化物的不均勻性。采用多向標桿法，總標桿次數應為6~8次。總鍛造比不少于15。

　　4.避免鍛造裂紋

　　鍛造時不宜過重，以免鍛造變形時產生鍛造裂紋而形成裂紋源。為避免溫差和附加應力引起角裂，應經常倒角。另外，鍛造時要仔細觀察。如發現裂紋，應及時清除，以消除裂紋源。