高速钢W18Cr4V的锻造

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“当坯料加热到工艺要求的温度后，即开始锻造。锻造前，锤砧应预热到100～200°C，同时还要根据坯料横截面尺寸的大小，以及对零件的技术要求，采用最为合适的锻造工艺，即轴向反复镦粗拔长法、径向“十字”锻造法和三向镦拔锻造法。操作过程中应严格执行“两轻一重”的锻造方法,即当在高温段1100～1150°C时要轻击，以防止开裂；当锻造温度在1000～1050°C时要重击，以保证能打碎碳化物；当锻坯温度低于1000°C时要轻击，以防内裂纹出现；当锻坯温度降至900～950°C时停锻。”

　　高速钢W18Cr4V是典型的莱氏体钢，其特点是红硬性和耐磨性高，而且具有一定的韧性，因而常用来制作各种刃具和冷作模具。在使用中，导致刃具和冷作模具过早损坏的因素很多，但主要因素还是锻造工艺的不合理和热处理工艺的不合适。对于W18Cr4 V这种高碳高铬钢，碳化物的不均匀度是影响模具使用寿命的决定性因素。为此，改善W18Cr4 V钢中碳化物的分布状况是提高刃、模具使用寿命的关键措施。

　　一、W18Cr4V钢的性质

　　1.化学成分

　　W18Cr4V钢的化学成分：wC= 0. 7 %～0. 8 %；wSi≤0. 4 %；w Mn≤0. 8 %；wCr = 3. 8 %～4. 4 %；w Mo≤0. 3 %；wW= 17. 5 %～19 %；wV = 1. 0 %～1. 4 %。

　　2.成分特点

　　在钢中，碳主要与铬、钨、钼和钒(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及红硬性。钨是提高红硬性的主要元素，它在钢中形成碳化物。加热时，一部分碳化物溶入奥氏体，淬火后形成含有大量钨及其他合金元素、有很高回火稳定性的马氏体。在回火时，一部分钨以碳化物的形式弥散析出，造成二次硬化。在加热时，未溶的碳化物则起到阻止奥氏体晶粒长大的作用。
　　钒能显著地提高高速钢的红硬性、硬度及耐磨性。钒形成的碳化物在加热时，部分溶入奥氏体，回火时以细小的质点弥散析出，造成二次硬化而提高钢的红硬性。铬在高速钢中主要是增加其淬透性，同时还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。钴也能显著提高钢的红硬性及硬度。

　　3. W18Cr4V钢的组织结构

　　W18Cr4 V的铸态组织包括呈骨骼状的、碳化物片状与马氏体或屈氏体相间排列的莱氏体，以及黑色组织(δ偏析)和白色组织(马氏体和残余奥氏体)。高速钢的铸态组织和化学成分尤其不均匀，而且热处理也不能改变，因而必须进行压力加工，将粗大的共晶碳化物打碎，并使其均匀分布，然后再用以制造各种刃具及模具。

　　二、锻造工艺

　　高速钢加热时很容易发生过烧，接近此温度范围的锻造很容易出现碎裂，应严格控制其加热温度。

　　1.锻造温度范围

　　W18Cr4 V属于高合金钢，其特点是升温速度慢,锻造温度范围窄。始锻温度为1100～1150°C，终锻温度为900～950°C。
　　2.加热时间的确定

　　W18Cr4 V钢的导热性差，一般需分段加热。低温段加热温度为800～900°C，加热时间一般按1mi n/ mm计算。高温时快速加热，加热时间一般按0. 5mi n/ mm计算。加热时，为了防止过热或过烧，要严格控制上限温度。同时，炉内的坯料要装炉适量，还要不停地翻转，以使其内外温度均匀。
3.锻造比

　　钢锭在锻造过程中，其锻造比都在8以上，因而锻造比选在5～7之间即可。

　　4.加热火次的确定

　　W18Cr4 V钢的加热火次由镦拔次数、设备能量以及操作工人的熟练程度来确定。根据我们多年来的生产实践和对锻件的技术要求，前三火为三镦三拔，或前四火为四镦四拔，最后一火修整成形。火次不宜太多，在可能的情况下，应尽量减少火次，以免因锻造抗力过大而开裂。

　　三、操作过程

　　当坯料加热到工艺要求的温度后，即开始锻造。锻造前，锤砧应预热到100～200°C，同时还要根据坯料横截面尺寸的大小，以及对零件的技术要求，采用最为合适的锻造工艺，即轴向反复镦粗拔长法、径向“十字”锻造法和三向镦拔锻造法。操作过程中应严格执行“两轻一重”的锻造方法,即当在高温段1100～1150°C时要轻击，以防止开裂；当锻造温度在1000～1050°C时要重击，以保证能打碎碳化物；当锻坯温度低于1000°C时要轻击，以防内裂纹出现；当锻坯温度降至900～950°C时停锻。

　　为避免锻造时出现裂纹，镦粗阶段锤击不易太重,必要时可先将端部“铆锻”后再镦粗，镦粗后立即拔长。拔长时，送进量要控制在锻件高度的0. 6～0. 8倍的范围内。送进量过小锻不透，过大则会产生“十字”裂纹。镦粗时要避免单面变形或发生歪斜。拔长时翻转毛坯要均匀，拔圆时要先倒角，不要在同一地方多次锤击。当发现坯料出现细小的裂纹时，应及时加以铲除后再锻。

　　四、锻后冷却及退火

　　( 1)锻件锻后应立即放入白灰箱或干砂箱中严埋缓冷，不可有外露部分。锻件埋入前，白灰或干砂的温度以100～200°C为宜。小锻件锻后，可在炉内保温后随炉冷至50°C出炉空冷。

　　( 2)锻件冷却后应立即进行退火，退火的目的不仅是为了消除内应力、降低硬度以利于切削加工，同时也是为了以后的淬火准备较好的原始显微组织。W18Cr4V的退火工艺有普通退火和等温退火两种(见图1、图2)。

　　五、结语

　　通过对W18Cr4V钢的性能分析，进一步完善了锻造工艺，这不仅为刀具的热处理打下了良好的基础，而且改善了W18Cr4 V钢的综合力学性能，提高了刃、模具的使用寿命。近年来，生产的高速钢锻件，获得了用户的普遍赞誉。