锻模的热处理变形和预防

技术协作信息

（作者单位：1.沈阳万恒锻造有限公司；2.沈阳市汽车工程学校）技术探讨与推广锻件产品缺陷分析及防止方法，按其产生于哪个过程来区分，可分为：原材料生产过程产生的缺陷、锻造过程产生的缺陷和热处理过程产生的缺陷。按照锻造过程中各工序的顺序，还可将锻造过程中产生的缺陷，细分为以下几类：由下料产生的缺陷、由加热产生的缺陷、由锻造产生的缺陷、由冷却产生的缺陷和由清理产生的缺陷等。锻件产品缺陷分析及防止方法◎高杰1王本昊2为了保证质量，对于金属锻件必须进行质量检验。对检验出有缺陷的锻件，根据使用要求（检验标准）和缺陷的程度确定其合格、或报废、或经过修补后使用。一、自由锻件常见缺陷及其原因和防止方法（一）裂纹1.表面裂纹。（1）表面横向裂纹。锻造时坯料表面出现横向较浅的裂纹，是由于钢锭皮下气泡暴露于表面不能锻合而形成的，其深度可达10mm以上；或者操作时送进量过大，在塑性较差的金属坯料上也会出现这种缺陷。锻造时坯料坯料表面出现横向较深的裂纹，是由于钢锭浇注和脱模后冷却不当等多种原因引起的，严重时由于浇注中断而造成横断成两截，成为无法挽救的废品。表面横向裂纹往往在第1火次锻造中出现。一经发现，大型锻件可用火焰吹氧清理去掉，小锻件可用小剁刀剁除，以免裂纹在锻造时继续扩大。防止方法是控制和保证钢锭的质量，改善钢锭起模后的冷却工艺，并控制操作时坯料的送进量。（2）表面纵向裂纹。在第一次加热后鐓拔长或粗时，产生在坯料表面上的纵向裂纹，时由于钢锭模内壁缺陷或浇注操作不当或起模后冷却不当，以及钢锭倒棱时压下量过大，或者钢坯在扎制时就产生有纵向划痕造成的。锻造时一经发现纵向裂纹应立即消除，以免缺陷继续扩大。防止的方法是：提高钢锭质量；保证浇注操作的正确性；起模时控制冷却工艺；钢锭倒棱时控制压下量；对钢坯表面划痕较多的禁止使用，等等。2.内部裂纹。（1）内部横向裂纹。这是不能从锻件外表看见的缺陷，只能通过磁力探伤、超声波检查发现。产生的原因是：冷钢锭在加热过程中，低温区的加热速度过快，或者塑性较差的高碳钢、高合金钢在锻造操作时相对送进量L/D（或L/H）小于0.5。防止的方法是控制冷钢锭的加热速度，特别是在低温区；还有就是控制锻造操作时的相对送进量。（2）内部纵向裂纹。锻件内部可能产生3种纵向裂纹：①在坯料冒口端中心附近因存在残余缩孔或二次缩孔，锻后引起纵向内裂纹。这时钢锭凝固时收缩孔未集中于冒口部分，或者锻造时冒口端的切头量过少造成的。②在坯料内部出现空心纵向裂纹，这是用上下平砧拔长圆形坯料时，中心部分金属因受过大的拉应力作用而产生的。③在坯料非端部区域的附近出现纵向裂纹。其原因是：坯料在加热不均匀、内部未热透和温度较低的情况下进行锻造，或者V形砧的角度过大，以及用上下平砧拔长圆形坯料。防止方法：控制锻造时冒口端的切头量；控制上下平砧拔长圆形坯料的变形拉力；保证坯料加热均匀，缩小V形砧的角度等。（二）粗晶粗晶即锻件表面和内部局部区域晶粒度粗大现象。对于结构钢来说，是由于钢中残余铝的含量不够，使钢的本质晶粒度粗大，或者加热时温度过高，锻造比又较小，也可能出现这种缺陷。对于奥氏体钢来说，锻造变形不均匀，工具预热过低，以及坯料与工具间的摩擦过大等因素也会出现晶粒度局部粗大的缺陷。防止方法：控制结构钢中铝的含量；严格控制加热温度和锻造比，按制定的工艺执行；对工具的预热温度到位等。（三）表面折叠锻件表面的折叠缺陷是由于砧子的形状不适当、圆角半径过小、或者操作时坯料的送进量小于压下量等原因所致。防止方法：改进砧子的形状，增大圆角半径；并改进操作方法，控制坯料的送进量，使其不小于压下量等。二、模锻件常见缺陷、原因分析及防止方法1.缺肉。金属未完全充满模膛，造成锻件棱角、肋条等部位缺肉，使锻件轮廓不清的现象称为缺肉或充不满。充不满的原因和排除方法如下：（1）加热不足。坯料的加热温度偏低或不均匀，造成金属塑性降低、流动性差而充不满模膛。因而应严格按工艺规定的加热温度加热，并应使坯料均匀热透后再锻。（2）制坯或预锻模膛设计不合理。模锻件局部部位坯料太少，造成飞边宽度小。应改进设计、修理锻模后再生产。（3）设备吨位偏小。可选择设备吨位大一些的设备或增加预锻。（4）坯料过大或过小。应严格控制下料尺寸。（5）润滑不当。润滑剂过量或局部堆集会在模膛内产生高压气体，阻碍金属充满模膛，因此润滑剂要适量均匀。使用湿锯末时尤应注意过湿、过量和堆集。（6）操作不当。操作时滚挤、压弯不到位或将料放偏均会造成局部充不满，发现后应立即改进操作方法。（7）锻模预热温度不够，新锻模表面粗糙，金属流动性差造成充不满，多锻若干件后可以克服。2.裂纹。（1）锻造折叠引起的粗大裂纹。锻造折叠引起的裂纹，其裂纹附近有严重的脱碳、氧化现象，而且裂纹处的淬硬层深度比无裂纹处的淬硬层要深。原因是制坯、预锻、终锻模膛设计不合理，会产生锻造折叠，再经过重复加热与热处理淬火等后续工序引起的氧化与脱碳，使得锻造产生的折叠进而扩展为粗大的裂纹。（2）终锻温度过低引起的晶界裂纹。一般停锻温度多取在再结晶温度以上。如果金属毛坯已冷到Ac3以下温度，仍以很大的变形量继续锻造，则往往会引起晶界开裂。（3）冲裂。由于毛坯温度过高，接近过烧状态，或冲孔时毛坯温度过低，已接近终锻温度；也可能因一次冲孔量太大；甚至原材料中心有裂纹等缺陷，都可能造成冲孔开裂。、（4）切边裂纹。切边时在锻件分模面处产生的裂纹称为切边裂纹。其造成的原因是：材料塑性低，在切边时引起开裂。（5）锻后冷却太快引起的表面裂纹。锻后冷却方式与冷却规范不当，将使锻件产生翘曲变形，或表层硬度太高，严重的表面裂纹甚至成块成片裂开。（6）裂纹防止方法。①合理设计锻模，避免折叠产生。②严格控制变形温度，即保证在变形过程中，终锻的温度能充分进行再结晶。③采用合适的应变速度。④采用热压变形。热变形时通常由于再结晶过程能顺利进行等原因，使变形引起的缺陷部分地得到消除。⑤必要时需进行中间退火。冷变形程度过大易引起锻件开裂，需中间退火，以消除硬化和变形所引起的部分缺陷。⑥控制锻后冷却方式和规范。若是马氏体类钢，锻后的冷却，应放在200℃的沙坑、热石灰或保温坑中缓冷。综上所述，不同工序可以产生不同形式的缺陷，但是，同一种形式的缺陷也可以来自不同的工序。由于产生缺陷的原因往往与原材料生产过程和锻后热处理过程有关，因此在分析锻件缺陷产生的原因时，不要孤立地来进行。窑窑

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——中国昆山——　网址：１】Ｉ　ｎｖ．ｓｔｌｊｔ．ｃｏｍ．　

“　““　¨　％Ｋ≮、　ｌ模具材料及热处理技术！　：　ｆ　；　：　、　；　；　；　、　：；　：　、　：　矗　：；、　；　：　！：　固　

５Ｃ　ｒＮ　ｉ　Ｍ　ｏ动叶锻模的热处理　

董士良　，方顺发　，王亚鹏　１．上海宏钢电站设备铸锻有限公司（上海２００２４０）　

２．上海电气电站设备有限公司汽轮机厂（上海２００２４０）　

【摘要】动叶锻模是在高温下通过冲击加压强迫炽热的坯料成为模锻动叶的工具。随着汽　

轮机制造技术不断发展，动叶型线发生了变化。锻模型腔深度增加，型腔与锻模平面部分　

区域的变化角度变陡，导致近段时间锻模在动叶模锻时发生了较严重的变形，严重影响锻　

模使用寿命。经分析，产生上述问题的原因是模具金相组织中存在大量的残余奥氏体。　

为此，专门对５ＣｒＮｉＭｏ材料的热处理工艺进行了分析。通过制定合适的工艺，成功解决了　

残余奥氏体的问题，延长了模具的使用寿命。　

关键词：５ＣｒＮｉＭｏ；动叶锻模；残余奥氏体　

中图分类号：ＴＧ３１６　文献标识码：Ｂ　

Ｈｅａｔ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　５ＣｒＮｉＭｏ　Ｍｏｖｉｎｇ　Ｂｌａｄｅ　Ｆｏｒｇｉｎｇ　Ｄｉｅ　

【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｍｏｖｉｎｇ　ｂｌａｄｅ　ｆｏｒｇｉｎｇ　ｄｉｅ　ｉｓ　ａｔ　ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｂｙ　ｓｈｏｃｋ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｆｏｒｃｅｄ　ｈｏｔ　

ｆｏｒｇｉｎｇ　ｂｌａｎｋ　ｂｅｃｏｍｅ　ｂｌａｄｅ　ｔｏｏ１．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍｏｖｉｎｇ　ｂｌａｄｅ　ｔｙｐｅ　ｌｉｎｅ　ｃｈａｎｇｅｄ．Ｆｏｒｇｉｎｇ　ｄｉｅ　ｃａｖｉｔｙ　ｄｅｐｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ａｎｇｌｅ　ｏｆ　ｃａｖｉｔｙ　

ａｎｄ　ｐｌａｎｅ　ｒｅｇｉｏｎ　ｓｔｅｅｐｅｄ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ　ｉｎ　ｎｅａｒ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ　ｄｉｅ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　

第17章 锻造成形过程中的缺陷及其防止方法

§17.1 钢锭和钢材中的缺陷及其防止方法

一、钢锭的缺陷

钢锭有下列主要的缺陷：

（1）缩孔和疏松

钢锭中缩孔和疏松是不可避免的缺陷，但它们出现的部位可以控制。钢锭中顶端的保温冒口，造成钢液缓慢冷却和最后凝固的条件，一方面使锭身可以得到冒口中钢液的补缩，另一方面使缩孔和疏松集中于此处，以便锻造时切除。

（2）偏析

钢锭中各部分化学成分的不均匀性称为偏析。偏析分为枝晶偏析和区域偏析两种，前者可以通过锻造以及锻后热处理得到消除，后者只能通过锻造来减轻其影响，使杂质分散，使显微孔隙和疏松焊和。

（3）夹杂

不溶于金属基体的非金属化合物称为夹杂。常见的夹杂如硫化物、氧化物、硅酸盐等。夹杂使钢锭锻造性能变化，例如当晶界处低熔点夹杂过多时，钢锭锻造时会因热脆而锻裂。夹杂无法消除，但可以通过适当的锻造工艺加以破碎，或使密集的夹杂分散，可以在一定程度上改善夹杂对锻件质量的影响。

（4）气体

钢液中溶解有大量气体，但在凝固过程中不可能完全析出，以不同形式残存在钢锭内部。例如氧与氮以氧化物、氮化物存在，成为钢锭中夹杂。氢是钢中危害最大的气体，它会引起“氢脆”，使钢的塑性显著下降；或在大型锻件中造成“白点”，使锻件报废。

（5）穿晶

当钢液浇注温度较高，钢锭冷却速度较大时，钢锭中柱状晶会得到充分的发展，在某些情况下甚至整个截面都形成柱状晶粒，这种组织称为穿晶。在柱状晶交界处（如方钢锭横截面对角线上），常聚集有易熔夹杂，形成“弱面”，锻造时易于沿这些面破裂。在高合金钢锭中容易遇到这种缺陷。

（6）裂纹

由于浇注工艺或钢锭模具设计不当，钢锭表面会产生裂纹。锻造前应将裂纹消除，否则锻造时由于裂纹的发展导致锻件报废。

（7）溅疤

当钢锭用上注法浇注时，钢液冲击钢锭模底而飞溅到钢锭模壁上，这些附着的溅沫最后不能和钢锭凝固成一体，便成溅疤。溅疤锻造前必须铲除，否则会形成表面夹层。

锤锻模热处理工艺设计

热处理工艺设计

锤锻模热处理工艺设计

参考文献

[1]中国机械工程学会热：机械工业出版社P357

[2]全国热处理标准化技术委员会.金属热处理标准应用手册.北京：机械工业出版社，1994.8 P101

[3].热处理技术数据手册.北京：机械工业出版社P237、 P121

[4]用数据速查手册.北京：机械工业出版社P82

[5].哈尔滨：哈尔滨工业大 P66

[6]：机械工业出版社.2002 P28

[7] .热处理工程师手册. 北京：机械工业出版社P706

[8]：机械工业出版社.2005 P542

[9]术. 北京：机械工 P29

目录

锤锻模热处理工艺

一、锤锻模的服役条件及失效形式 6

1.服役条件 6

2.失效形式 6

二、零件的性能要求 7

三、锤锻模材料的选用 7

四、加工路线的确定 8

1. 5CrNiMo材料分析 8

2.热处理工艺方案和工艺规程的制定 8

（1）球化退火 8

（2）调质处理 9

五、热处理技术分析 12

六、零件所用热处理设备 13

磨床主轴热处理工艺

一、主轴服役条件及失效形式 13

二、磨床主轴材料的选择 14

三、性能要求 14

四、磨床主轴加工路线的确定 15

1.调质处理 15

（1）淬火 15

（2）高温回火 16

2. 渗氮处理 17

五、零件的热处理技术分析 18

六、零件所选用热处理设备 19

锤锻模热处理工艺设计

一、锤锻模的服役条件及失效形式

1. 服役条件

锤锻模属于热作模具，是用各种吨位锤产生巨大的冲击功进行毛坯变形的工具,毛坯在短时间内快速成形,模具承受很大的冲击载荷和热磨损.

2.失效形式

主要失效形式有变形失效、热疲劳失效、磨损失效和断裂失效四种。

①变形失效是指在高温下毛坯与磨具长期接触使用后磨具出现软化而发生

塑性变形，工作载荷大，工作温度高的锻模凸起部位易产生变形失效。