模具鋼鍛造對熱擠壓模具失效有哪些影響及解決方法是什么？

　　沖壓廠常用的各種沖壓鍋模、沖壓鍋沖頭(材質為3Cr2W8V、H13)、成型模、壓制模、閉合模(材質為5CrMnMo)都是典型的熱擠壓模具。這種模具在工作中同時承受機械載荷和熱載荷，其失效形式和影響因素復雜。它們的工作條件和失效模式與錘鍛模相似，如早期斷裂、疲勞斷裂、熱疲勞、空穴塌陷和磨損。但熱擠壓模具在工作過程中，坯料的變形速率遠大于錘鍛，模具長時間工作在高溫區，壓力大，摩擦劇烈。因此，塑性變形、磨損和疲勞斷裂是熱擠壓模具最常見的失效模式。

　　模具毛坯鍛造是模具加工中重要的熱成形工藝。不僅僅局限于獲得理想的幾何形狀，消除冶金缺陷(如鍛造焊接中的內部疏松、非氧化氣孔、晶粒細化、組織致密)，更重要的是通過合理的鍛造操作可以大大提高鋼材的力學性能。它是改善模具材料原始狀態，提高模具材料性能，從而延長模具壽命的重要手段。因此，了解和掌握模具鋼鍛造易產生的缺陷，正確鍛造模具毛坯，對防止模具失效具有重要意義。多年來，在熱擠壓模具毛坯的鍛造中，我對鍛造過程中容易產生的缺陷和模具毛坯的鍛造有了一些認識和經驗。

　　1.模具毛坯的鍛造缺陷

　　毛坯的鍛造質量和缺陷與模具鋼的材質、鍛造加熱、鍛造方法和鍛后冷卻有關。不僅有鍛造的常見缺陷，還有碳化物形狀和分布不均勻、流線方向和分布不均勻等。由不正確的鍛造工藝造成。

　　一、鍛造的一般缺陷

　　鍛件常見的表面缺陷有裂紋、氧化皮、凹坑、折疊等。常見的內部缺陷有過熱、過燒、疏松、組織偏析、流線分布不良等。特別是熱作模具鋼塑性低、變形抗力大、導熱性差、鍛造溫度范圍窄、組織缺陷多、內應力大等特點，容易造成鍛造缺陷。這些缺陷要么會造成模具斷裂的裂紋源，要么會影響模具的熱處理，最終影響模具的使用壽命。

　　如果鍛件表面缺陷的深度在加工余量范圍內，經過加工和去除后，不會對模具質量產生明顯影響。但存在表面裂紋深、過燒等不可修復的缺陷，鍛件只能報廢。鍛件內部的一些缺陷，如碳化物偏析嚴重、流線分布不合理等，需要通過進一步鍛造來改善。

　　(2)碳化物的形態和分布不均勻

　　合理的鍛造工藝，如大鍛比反復鐓拔，正確控制停鍛溫度和鍛后冷卻溫度，可以細化鋼中碳化物，改善碳化物分布的均勻性，降低偏析程度。而大、中截面高合金鋼模具碳化物偏析嚴重，鍛造難度大。鍛造后，碳化物的形態和分布均勻性可能仍然較差，這將影響模具的內部質量。因此，應根據模具的具體情況，提高鍛造比，以改善重要模具的碳化物不均勻性水平，如沖頭、凸模等。

　　(3)流線的方向和分布不合理

　　在鋼的鍛造過程中，內部非金屬夾雜物隨著金屬的塑性流動而擴展，在其宏觀組織中形成明顯的流線型。流線會造成模鍛坯料的各向異性，即沿流線方向的力學性能明顯高于橫向。對于重型模具，如果其承受的最大拉應力方向與流線方向垂直，則容易導致早期劈裂失效。就熱擠壓重載模具而言，流線方向和分布的合理性比碳化物更不均勻，會使模具更不均勻。和流線帶狀碳化物一樣，也會造成淬火變形的不均勻性。如3Cr2W8V、H13、5CrMnMo等熱作模具鋼制成的模具，經淬火回火后，其延伸率較小或有向流線和帶狀碳化物方向縮短的趨勢，這對模具的變形控制非常不利。

　　因此，合理的流線方向和分布也應通過鍛造來實現，應根據模腔的受力情況，使流線方向與最大拉應力方向一致，并沿模腔表面連續分布，不被切斷；對于精密模具，應通過鍛造使流線均勻分布而不定向，使熱處理變形均勻，易于控制。

　　二、避免模具毛坯鍛造缺陷的對策

　　為了避免鍛造缺陷，保證鍛造毛坯的質量，模具毛坯的鍛造工藝應注意以下幾個方面

　　(1)原材料的質量檢驗和準備

　　不合格的原材料難以保證鍛造質量，將直接導致鍛件的廢品。因此，必須要求鋼表面無裂紋和褶皺，內部無氣孔、疏松和裂紋，并評定碳化物和非金屬夾雜物的分布。備料應使長徑比L/D ≤ 2.5 ~ 3。在鋸切和熱切割過程中，截面應該是平的，以避免新的表面損傷。

　　(2)鍛錘噸位的選擇

　　鍛錘噸位的選擇應與模具毛坯的重量和模具材料的變形相適應。鍛錘噸位太小，鍛造不深，核心結構得不到改善。噸位太大的話，容易被撞得太狠，導致錘裂。鍛造熱擠壓模具毛坯時，鍛錘的噸位要大一些。

　　(3)鍛造溫度范圍和鍛造后的冷卻。

　　應根據模具材料的成分合理選擇坯料的鍛造溫度范圍和鍛造后的冷卻方式。初鍛溫度應使坯料具有高塑性和低塑性變形抗力，但溫度不能過高，以免過燒和過熱。終鍛溫度不宜過低，因為不會引起鍛造裂紋或過大的內應力，但終鍛溫度過高會引起晶粒長大等缺陷。

　　原則上，鍛后模具的冷卻既要防止冷卻過慢，又要防止冷卻過快造成內應力過大甚至開裂。因此，鍛造后應及時將鍛件埋入熱沙或灰坑中，以減緩冷卻。

　　(4)模具毛坯的鍛造方法

　　1.基本鍛造方法

　　為了提高模坯中碳化物的均勻性和流線分布的合理性，應采用軸向鐓粗、橫向鐓粗和多向鐓粗。

　　軸向鐓粗拔長是指沿鋼材軸向反復鐓粗拔長橋墩。這種方法是在鐓粗和拉拔后，顯微組織最細的鋼材表面仍在圓周面上，適用于工作部件沿圓周分布的重型模具。但芯部金屬流動較少，微觀組織改善效果較差。

　　橫向鐓粗是指將鋼材沿圓周方向鐓粗拉伸，然后轉向90度方向，沿垂直于流線的方向鐓粗拉伸若干次的過程。這種鍛造方法是鋼的原始表層在模具的端面上，改善型芯結構的效果好，適用于工作部分在端面上的模具，如壓凸模。

　　多頭鍛造結合了軸向鍛造和橫向鍛造的優點，是在三維空間內反復翻轉鋼材方向的鍛造。這種方法是獲得高質量模具毛坯的最佳途徑，因為它易于對鋼鐵材料進行徹底鍛造，均勻變形，細化碳化物，改善顯微組織。這也是沖頭、合模等鍛模最常用的方法。

　　2.熱擠壓模具的鍛造特點

　　熱擠壓模具承受很大的機械載荷。這類模具的鍛造目的之一是熱處理后獲得高強度和韌性。因此，應使用能量充足的鍛錘，使模坯的基本組織致密，碳化物顆粒細小均勻。同時應合理分布流線，使鋼材表層布置在工作位置，流線方向垂直于易斷面，流線沿型腔(體)表面連續分布。

　　用于工作部分在圓周面上的模具，如各種沖壓杯、閉合模、成型模等。，鍛造時應細化表面一定深度處的組織和碳化物，使流線沿鍛造毛坯的軸向或徑向分布，以提高工作零件的強度，減少淬火時外圓和內孔的變形。

　　對于工作部分在端面上的沖壓沖頭等各種模具，通過改變端面鍛造或反復鐓粗、水平拉拔，使鋼的表層變為模具的端部。同時，流線沿型腔輪廓呈環狀分布，以提高模具的強度和韌性。

　　綜上所述，制定合理的鍛造工藝，采用正確的鍛造方法，是保證模具毛坯質量，提高模具使用壽命，降低生產成本的重要環節。