锻造

liaoxuanhai

提供两篇文章，不知论坛有没有发过。

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合金工具钢锻造工艺的研讨
摘　要：根据冲压工作经验和使用进口、国产冲模体会，提出合金工具钢改锻工艺技术及操作实施要点。
关键词：机械制造：合金工具钢；锻造；冲模
1 前言
模具制造业是使用各种合金工具钢最多最广的领域。通常使用的有以下品种：碳素工具钢、低合金工具钢、基体钢和中碳低合金钢。
长期以来，国产模具寿命普遍偏低，与先进水平相比，相同制模材料、类似甚至完全相同的冲压件，模具寿命只有发达国家的l/3～1/2。主要差距表现在制摸材料、锻坯质量和制模工艺等方面。
2 冲模锻坯质量
通常冲模的失效形式主要是磨损，其次是变形、疲劳和断裂。磨损是最常见而又普遍的失效形式。通过对大量失效报废冲模的分析研究可知，无论哪种失效形式都与冲模的凸模、凹模材料性能及其内在质量密切相关。冲摸失效有以下了几种情况：
(1)刃口过量磨损。这主要发生在冲裁模上，其凸、凹模磨损与其制模材料性能和热处理有关。因此，冲裁凸模、凹模锻坯应选用耐磨优质合金材料，采用改锻工艺制坯；热处理除需淬透外，对凸、凹模还要作氮化、软氮化等表面强化处理。这样模具硬度可达ＨRC６4以上，冲模寿命提高2-3倍。
(2)凸模折断。这种形式尤其在非圆形冲孔(或落料)凸模上突出，这除与材料性能、热处理有关外，与它们的横断面复杂也有重要关系。因此，要防止这类失效，不仅要提高模具锻坯性能、强化表面，还应在不影响冲件质量的前提下，改善凸模横断面复杂形状，消除诸如锐角、凹口、凸台、齿形、细长悬臂等易造成应力集中的因素。
(3)成形型腔磨损、局部压塌、凸模镦粗。这类失效主要发生在压印、压花、拉深、弯曲、压波、冲挤、打扁、聚积、挤凸、凸肚和缩径等成形冲模上。对这类失效除材料问题外，通过模腔表面强化处理、表面研磨抛光(Ra=0.1μm)，再配以有效润滑，就可以得到有效防止，模具寿命将会大幅提高。
3 高合金工具钢改锻的意义
     作为冲模常用材料的高合金工具钢，其所有的力学性能的高低，与冲模的使用和寿命息息相关。在国外常常通过改锻来提高高合金工具钢的力学性能，而国产高合金工具钢，尤其是冷作模具用高合金工具钢(如Crl2，Crl2MoV)，其共晶碳化物极不均匀，若不经改造，是不能满足冲模需要的。因此，需采用先进锻造工艺进行改锻，以达到制模要求。
    冷作模具高合金钢的锻造，不限于获得理想的几何形状、消除冶金缺陷(如锻焊内部疏松、非氧化气孔、细化晶粒、紧密组织等)，更重要的是通过合理的锻造操作，大幅度提高钢的力学性能。
4 改锻的基本工艺要素
    高合金工具钢轧(锻)材的改锻与一般自由锻有别，各个环节都有具体的要求。欲将其改锻成高质量的冲凸模、凹模锻坯，必须事先确定好以下一些基本要素。
4.1 对原始毛坯的要求
    模具制造大都是单件、小批量生产，模具锻坯的原始毛坯下料主要采用锯切割。要求两端平整(倾角小于10°)，其毛坯尺寸还应考虑加工余量和火耗。为了满足首次镦粗锻造比，便于击碎材料组织颗粒粗大的碳化物，推荐按下式确定毛坯长度尺寸：
2d大于3d(圆坯料)
2A大于3A(方坯料)
式中：L--毛坯长度；
d--圆毛坯直径；
A--方毛坯边长。
4.2 加热规范
常用高合金工具钢锻造加热规范见表1。
常用高合金工具钢锻造加热规范见表1
钢号    加热温度℃    锻造温度℃
始 锻    终 锻
Cr12    1100-1150    1050-1100    850-900
Cr12Mo    1150-1180    1070-1120    840-880
Cr12MoV    1050-1100    1000-1050    840-880
Cr12V    1080-1100    1020-1050    800-850
Cr6WV    1100-1150    1050-1100    800-850
CrWMn    1100-1150    1050-1100    800-850

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4.3 锻造设备吨位
    高合金工具钢在锻造温度下比普通碳钢强度高、塑性差。为了更有利在接近终锻温度进行锻造，便于打碎钢中碳化物，从而改善钢的内部组织，在锻造高合金工具钢时，其锻造设备吨位应选得高一点。根据锻件重量设备参见表2。
表2　锻锤吨位选用推荐表
    锻造重量/kg    大于1    大于2    大于3    大于4    大于6    大于10    大于15    大于20
    锻锤吨位/kg    65    150    200    250    400    500    750    1000
    形状、尺寸以及表面质量符合要求，也要求改善其内部质量。迄今为止，后者仍然要靠锻造的变形工步来达到。对于一般的碳钢和低合金钢，必须在始锻温度下，加大锻造比，猛烈锻打，使其锻透，这就足以改善其内部质量。而高合金工具钢，特别是低塑性合金钢，因塑性太低，不能用自由锻造方法锻造。但当它们处在全向不等值压缩状态下(即三向受压应力状态)，其塑性可得到提高。在挤压筒中挤压和闭式模腔中模锻，属于这种应力状态。
     用自由锻工艺锻造高合金工具钢时，若采用方一扁方一方拔长的锻造工步，则锻坯受力状态可看作近似的三向压力状态，可更好锻透并挖掘材料塑性潜力。
4.4 高合金工具钢改锻工步的选定
    高合金工具钢冲模锻坯，要求其共晶碳化物颗粒应细小而匀称并均匀分布，无宏观、微观偏析。未经精炼的国产高合金工具钢轧(锻)材，需进行改锻才能改变材料力学性能，满足冲模锻坯的要求。目前行之有效的改缎方法有以下几种：
    (1)顺纤维方向镦拔3次以上。沿原始毛坏的纤维方向(轴向)，确保锻造比大于2，在一火内快速连续镦拔3次以上。这种方式适合高速钢及小尺寸高合金工具钢锻坯的改锻。缺点是若镦拔次数不足或锻造比过小则锻不透，从而导致碳化物分布有明显方向性：操作不当时，还易出现空心裂纹。
    (2)变向反复镦拔3次以上。第一次顺纤维镦拔，第二次垂直于纤维方向拔长再镦粗。按此顺序可分为单十字、双十字和多十字镦拔。这种镦拔工步要点：一火内完成全部十字镦拔；锻造比大于2，镦粗前后锻坯高度相差一倍；为避免镦粗凸肚裂纹，应采用倾斜旋转多次轻击快打；拔长采用方一扁方一方走料。生产实践证明，经三种十字镦拔，可以满足多数８0mm以下毛坯轧(锻)材各种锻坯改锻的需要。
     虽然采用相同的变形工步，同样的生产条件，但由于锻工操作技术水平不一，加之原始毛坯的内在质量差异，改锻后的效果，有时仍然会有较大差别。结束语：经改锻后的Ｇr12MoV钢锻坯，其共晶碳化物的不均匀度达到国标2级以上，有的也能达到l级，使原始毛坯轧(锻)材的碳化物不均匀度提高了4级以上。以统计资料显示，这种由改锻高合金工具钢制造的冲模，其寿命均有大幅度提高(达30％-50％)。

猛虎

MB2镁合金锻造工艺研究
1 引言

镁合金是实用金属中密度最低的金属，具有比强度高、刚度好、抗震减噪性能好等特点，是较为理想的结构金属材料，在航空、航天、汽车、3C产品以及军工等领域具有广泛的应用前景和巨大的应用潜力。过去，镁合金主要应用于冶炼行业，而在结构材料方面的应用仅限于航空航天方面的少量需求。近年来，随着镁生产技术的发展，镁合金作为结构材料的应用得到了极大关注。资料显示，日本、新加坡和中国台湾等在镁合金的技术开发和产业化应用方面取得了较大的进展。

在开发某设备瞄镜时，原设计中瞄镜外壳的材料采用的是普通碳钢，质量达7.8kg，由于其悬臂安装在主机上，且要承受很大的冲击振动，工作时由于冲击振动的惯性作用，很容易发生变形直至失效。为了减轻瞄镜壳体重量，且保证其强度要求，经充分论证最终选用了MB2镁合金锻造毛坯。为确定该合金在普通设备上直接锻造时的工艺参数，开展了MB2镁合金的锻造工艺试验研究。

2 锻造镁合金的特性

金属镁具有密集六方晶格结构，室温下只有基面{0001}产生滑移，因此镁合金在室温下容易脆裂；在200℃以上时第1类角锥面{1011}产生滑移，塑性因此有所提高；在225℃以上时第2类角锥面{1012}也可能产生滑移，塑性提高更大。因此镁合金宜在200℃以上进行成形加工。 热点模具网

MB2为Mg-Al-Zn系列不可热处理强化的变形镁合金，在热态下具有较高的塑性，甚至在不利的应力应变状态下也可以变形。但在较高温度(尤其在400℃以上)下，MB2镁合金很容易发生氧化，表面会瞬时形成一层银白色、稍发灰且很薄的氧化膜，且与冷模接触时，极易产生裂纹，因而其锻造温度范围很窄。

3锻造试验

3.1试验目的

通过对MB2镁合金棒材在锻造时炉膛保温时间、锻床夹板温度、锻打时间等工艺参数的对比分析，为制订该合金的锻造工艺提供依据。

3.2试验材料及设备

(1)根据产品生产要求：选用Φ50mm×35mm棒材改锻成Φ98mm×18mm毛坯；(2)锻造设备：C41—560B锻锤；(3)加热设备：H30型箱式电炉(电子电位控温)；(4)测温设备：红外测温仪；3.3工艺流程棒材→加热→一次镦粗→毛坯。

3.4试验设计

资料显示，MB2镁合金的锻造温度范围应在350℃～400℃，根据经验，影响锻件质量的有炉膛保温时间、锻床夹板温度、锻打时间3个主要因素。为使试验次数最少，把锻造时间控制在资料推荐范围之内，把另外3个主要影响因素分别划分了如表1所示的3个水平，参照正交试验设计方法，设计了如表2所示的9次试验。

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Mg-Al-Zn系合金一般属于中等强度、塑性较高的变形材料。由于原材料来源广泛，生产成本低，因此被广泛用于制备镁合金锻件。按照ASTM标准，该系中常用于锻造的镁合金有AZ31B、AZ61A、AZ80A，我国与此相当的牌号分别是MB2、MB5、MB7。但是，Mg-Al-Zn系合金铸件的实际晶粒尺寸不适于铸造后直接锻造，因此锻造前有必要对铸锭进行预挤压，以获得合乎要求的细晶组织，提高合金的可锻性。早在上世纪90年代李相容基于MB2制订出了镁合金的合理锻造工艺规范，随后国内很少有利用该系镁合金研制或生产镁锻件的报道。据悉俄罗斯已拥有用成套镁合金熔炼锻造生产线专利及专有技术，进行MA2-1(相当于我国牌号的MB3)镁合金锻造汽车轮毂和摩托车轮毂生产。

Mg-Zn-Zr系一般属于高强度材料，变形能力不如MgAl系合金。按照ASTM标准，Mg-Zn-Zr系常用的牌号有ZK21A和ZK60A，我国目前只有MB15一个牌号，是工业变形镁合金中强度最高、综合性能最好、应用最广泛的结构合金。该系合金由于Zr的存在及细化作用，其镁合金铸锭可以直接进行锻造，改变了传统的采用一次挤压坯料来生产锻件的工艺流程，从而简化制备镁合金锻件的生产工艺，降低消耗。目前，国内Mg-Zn-Zr系镁合金锻件的研制都是基于MB15合金的。1996年，关学丰通过向MB15合金(与美国的ZK60A相当)中联合添加稀土元素钕与钇进行变质处理以改善合金铸锭的组织和性能、细化铸锭晶粒，研究用铸锭直接锻得性能合格的镁锻件的方法。1997年，我国航空工业总公司的研究者尝试了以MB26(由MB15添加稀土元素钇而成)高强度稀土镁合金铸锭直接锻制装机零件来改变传统挤压棒材的模锻新工艺，结果表明，用该合金铸锭直接锻制飞机零件，无论从工艺角度、力学性能角度和实际应用角度看都是完全可行的，而且效果较佳。