冷作模具钢的锻造与热处理技术

为了满足冷作模具的性能要求，理想的组织应该是在高硬度、高强韧性的基体上均匀弥散分布着圆形细粒状硬质相（一般为碳化物），因此必须进行合理的锻造及热处理。

一、冷作模具钢的锻造：锻造对于冷作模具钢的组织影响主要是提高材料的致密度和均匀性，以及形成合理的流线分布。

1.高碳高合金钢的锻造： 高碳高合金钢的导热性差，塑性低，变形抗力大，锻造温度范围窄（200℃左右），故在锻造过程中产生内应力的倾向较大，难于变形，易于锻裂。故锻造时应注意以下要点：

1）锻造加热和冷却要以缓慢而均匀的速度进行。尺寸较大的坯料要预热，加热时要经常翻动，锻后要置于干砂中冷却

2）严格控制锻造温度范围低于终锻温度时必须立即返炉，温度回升后再锻时应减轻锤击，并力争一火锤成，终锻温度不要高于1000℃，以免锻后晶粒粗大。

3）锻造时，所用工具的圆角半径应大些，表面要光洁并进行预热，锤关与锤砧应预热至200~300 ℃

4）锤击操作应掌握“二轻一重”（先后轻打，中间可重打）和两均匀（各部分温度均匀、变形均匀）的操作要领以减少内应力。

5）锻件要尽量避免冲孔和扩孔，必须冲扩孔时，冲头锥度不宜过大。孔不能一次冲透需经中部加热后从反面将孔冲通。

  控制高碳高合金钢的锻造质量，还要注意锻造方法的选择。一般来说，对于较小锻件，或心部质量要求不很高的模具锻件，如冲头、滚丝模、圆剪刀 等可采用轴向反复镦拔；对于工作部位在心部的某些模具锻件，如冷镦凹模，可以采用径向镦拔；对于内部及外部质量要求很高的锻件，如冷冲模、拉深模可采用十字镦和三向镦拔。镦拔的次数取决于碳化物不均匀的级别和对碳化物不均匀度级别的要求，一般每镦拔三次可提高1~2级。反复镦拔时的总锻造比是各锻造比之和，总锻造比一般选取8~10，反复镦拔时的每次锻造比应为2左右，不宜太大    注：锻造比：锻造比通常用拔长的变形程度来衡量，即拔长前的横截面积 与拔长后的横截面积之比。一般锻造比为2~5时变形金属中形成纤维组织，力学性能呈现各向异性；锻造比大于5后，则力学性能不再提高，各向异性则进一步增加；为了使锻造深透锻锤吨位应选择得当。吨位过小，变形中只在表面进行，锻坯心部质量得不到改善。吨位过大，打击过重，容易锻裂。锻造高合金钢时，吨位的选择可参照下表。锻造低合金工具钢或碳素工具钢，锻件的尺寸或重量可加大一倍

2.钢结硬质合金的锻造

  钢结硬质合金是较难改锻的材料，在锻造前需进行球化退火，以消除残余应力，获得球状珠光体；另应将退火后的锻坯上的尖角和棱角磨成圆角。

1）锤头、锤砧、工具和胎模等使用前需经预热。

2）锻造加热速度不宜过快，保温时间不宜过长，坯料应在炉中经常用翻动，确保加热均匀

3）钢结硬质合金坯料加热后需经适当预冷，待其温度降低大约50 ℃后开始锻造。变形量不宜过大，终锻温度控制在900 ℃为宜

4）钢结硬质合金锻造的最初1~3火一般是镦粗和拔长。拔长宜尽量在V型铁砧或胎模中进行。待锻透后再逐步改变坯料的形状和尺寸

二、冷作模具热处理技术

1.淬火：

1）合理选择淬火加热温度：既要使奥氏体中固溶一定的碳和合金元素，以保证淬透性、淬硬性、强度和热硬性，又要有适当的过剩碳化物，以细化晶粒，提高模具的耐磨性和保证模具具有一定的韧性

2）合理选择淬火保温时间：生产中通常采用到温入炉的方式加热，其淬火保温时间是指仪表指示到给定的淬火温度算起，到工件出炉所需时间。常用以下经验公式确定： t=αD(α为加热系数)

3）合理选择淬火冷却介质：高合金冷作模具钢因淬透性好，可用较缓的冷却介质淬火，如气冷、油冷、盐浴分级淬火等；碳素工具金刚和低合金钢模具，为了保证足够的淬硬层深度，同时减少淬火变形和防止开裂，常采用双介质淬火，如水—油、盐水—油、油—空气、硝盐—空气等。还可采用一些新型的淬火冷却介质，如三硝水溶液、氯化锌—碱溶液、氯化钙水溶液等。

4）采用合适的淬火加热保护措施：通常防止氧化、脱碳的方法有：装箱保护法、涂料保护法、包装保护法、盐浴加热法

2.冷作模具钢的强韧化处理工艺包括：低淬低回、高淬高回、微细化处理、等温和分级淬火等。

（1）冷作模具钢的低温淬火工艺： 所谓低温淬火是指低于该钢的传统淬火温度进行的淬火操作。实践证明适当地降低淬火温度，降低硬度，提高韧性，无论是碳素工具钢、合金工具钢还是高速钢都可以不同程度地提高韧性和冲击疲劳抗力，降低冷作模具脆断、脆裂的倾向性

（2）冷作模具钢的高温淬火工艺： 对于一些低淬透性的冷作模具钢，为了提高淬硬层厚度，常常采用提高淬火温度的方法。如T7~T10A钢制￠25~50mm的模具，淬火温度可提高到830~860℃；GCr15(或Cr2)钢的淬火温度可由原来的860 ℃提高到900~920 ℃，模具的使用寿命可提高一倍以上。一些抗冲击冷作模具钢，采用高温淬火，具有较高断裂韧性、冲击韧性和优良的耐磨性。如60Si2Mn钢采用920~950 ℃淬火，铬钨系钢采用950~980 ℃淬火，模具寿命都有大幅度提高

（3）冷作模具钢的微细化处理：微细化处理包括钢中基体组织的细化和碳化物的细化两个方面。基体组织的细化可提高钢的的强韧性，碳化物的细化不仅有利于增加钢的强韧性，而且增加钢的耐磨性。