熱模具，特別是鍛錘熱成型模具，由于其高溫、高負(fù)荷、高沖擊、熱腐蝕等復(fù)雜的服務(wù)條件，工作環(huán)境非常惡劣。因此，熱鍛模具經(jīng)常出現(xiàn)磨損、開裂、疲勞、壽命低等缺陷，給鍛造廠帶來很大的麻煩和成本。目前，我公司生產(chǎn)的連桿使用H313鍛錘模具.5kJ程控電液錘上鍛造連桿，模具使用約2000~3000模具，模具模腔表面出現(xiàn)塊、剝落，塊尺寸直徑約1mm，而且分散在不同的部位(圖1)，由于表面脫落造成的模具失效，鍛件的制造成本大大提高，因此，通過分析模具的化學(xué)成分、使用、模具加工和熱處理，我公司發(fā)現(xiàn)了問題的原因，并制定了相應(yīng)的解決方案。

圖1 失效模具

1100~1150℃工件對(duì)模腔表面產(chǎn)生熱腐蝕，模具在高沖擊鍛造力下受到金屬流動(dòng)的摩擦和沖擊。為了冷卻和潤(rùn)滑模具，使用石墨乳等潤(rùn)滑劑冷卻模具腔。因此，模具反復(fù)冷卻和加熱，削弱了模具的疲勞強(qiáng)度。原材料特性H13(4Cr5MoSiV1)模具材料的化學(xué)成分如表1所示。原材料特性H13(4Cr5MoSiV1)模具材料化學(xué)成分具體如表1所示。工藝流程鑒于H鍛模加工工藝流程為：下料→六面加工模塊→粗加工倉(cāng)部→調(diào)質(zhì)處理→加工型腔→離子氮化→表面拋光。模具硬度用HR-150A模具表面和模腔基體分別對(duì)洛氏硬度計(jì)進(jìn)行了硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。模具表面為灰色，模具硬度和氮化層硬度均符合技術(shù)要求，無異常。

表1 H13模具材料化學(xué)成分(%)

表2 模具硬度檢測(cè)結(jié)果

采用德國(guó)蔡司金相顯微鏡檢測(cè)模塊的非金屬夾雜物、顯微組織和模具表面脫碳情況，檢測(cè)結(jié)果如下。非金屬夾雜物模具基體金屬夾雜物檢測(cè)結(jié)果未發(fā)現(xiàn)異常情況，符合要求，如圖2所示。

圖2 金屬夾雜物檢測(cè)(放大倍數(shù)1000x)

顯微組織H13模具鋼通過(1020±20)℃淬火、600℃高溫回火后，在500倍顯微鏡下觀察其顯微組織為回火索氏體加少量鐵素體，如圖3所示。其組織直接影響模具的機(jī)械性能和使用壽命。

圖3 模具放大倍數(shù)為500x

表面脫碳檢測(cè)對(duì)調(diào)質(zhì)未氮化的模塊基體進(jìn)行了表面脫碳檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果如下:脫碳層深度全脫碳0.3～0.5mm。模具脫碳層較深。經(jīng)檢測(cè)，可以看出模具基體組織晶粒粗大，表面脫碳屬于組織異常，是模具表面脫皮、脫塊的主要原因。滲氮溫度高，淬火溫度高，晶粒粗大，氮化物沿晶界延伸，增加表面脆性，脫皮，降低耐磨疲勞強(qiáng)度。應(yīng)對(duì)措施⑴改進(jìn)熱處理工藝。1)降低模具淬火的加熱溫度，將淬火溫度從原來的1030降低℃降至1010℃，將淬火加熱保溫時(shí)間從30分鐘減少到20分鐘。2)在淬火爐中加入適量的抗氧化劑，防止工件在加熱過程中氧化脫碳。3)加快淬火介質(zhì)中工件的冷卻速度，確保淬火后鐵素體的產(chǎn)生最小化。4)在保證材料中成分奧氏體化的基礎(chǔ)上，延緩模具中奧氏體晶粒的生長(zhǎng)，減少表面脫碳。為進(jìn)一步的氮化做好準(zhǔn)備工作。⑵改進(jìn)氮化工藝，將氮化溫度從原來的510提高℃，提高到540℃，降低滲氮氮位。⑶降低模腔表面粗糙度。⑷確保模鍛模在使用前充分預(yù)熱至180~220℃，合理噴灑脫模劑，確保噴灑均勻，不會(huì)降低模具溫度。⑸不同類型的鍛造設(shè)備應(yīng)選擇不同的基體硬度、氮化層深度和硬度。

圖4 改進(jìn)后模腔表面

圖5 模具顯微組織工藝改進(jìn)后

通過調(diào)整模具的質(zhì)量調(diào)節(jié)工藝參數(shù)和氮化工藝參數(shù)，顯微組織為回火索氏體，晶粒度在6級(jí)以上，模具基體的脫碳層控制在0.05mm。模具使用7000模具后，模腔表面不再脫皮塊。這類問題可以通過上述技術(shù)措施來解決。結(jié)論模具的使用壽命不僅取決于模具的使用條件、模具材料等，還取決于金屬流線、模具鍛造次數(shù)、模具熱處理?xiàng)l件，只有不斷優(yōu)化熱處理工藝，使模具質(zhì)量處理和模具氮化工藝有機(jī)結(jié)合，確保模具耐磨性、紅硬，達(dá)到預(yù)期的使用效果?！?nbsp;來源:2020年第九期鍛造沖壓