保证钢的组织稳定性
(1)降低表面脱碳的措施
1)为了降低合金模具钢表面脱碳和氧化,在热加工过程中,钢坯加热多利用加热炉高温段采用强化加热和控制炉内气氛的措施,也可在高温段采用电感应快速加热工艺,这样可基本上避免钢坯在加热过程中的氧化和脱碳现象。
2)在钢材的热处理方面,为了避免氧化和脱碳,广泛采用连续式可控气氛退火炉,用吸热式可控气氛控制碳势。对于小型轧材和线材的热处理,常采用大型真空热处理炉进行真空退火。由于真空热处理的钢材质量好,损失小和易于控制等,使这类装备得到迅速发展。
(2)改善高碳低合金模具钢带状组织
高碳低合金冷作模具钢CrWMn、9CrWMn、9Mn2V、Cr2等钢种属于过共析钢,在铸态组织中存在一定数量的M3C型碳化物,但与莱氏体钢的共晶碳化物相比,碳化物颗粒均匀和细小,如9SiCr钢在淬火组织中碳化物体积分数为3%~4%,回火后组织中碳化物体积分数为10%~12%,钢中的碳化物在热加工后或热加工过程中二次析出并沿晶界分布。产生该类缺陷,可以采用860~900℃正火处理消除。一般来说,钢的碳化物在热加工过程中沿变形方向拉长而呈现带状分布,随着变形率的增大,碳化物的分布更加细小均匀。碳化物网或带对模具性能有较大影响,主要表现在降低钢的横向强度和韧性,对模具钢的抛光性能也有大的影响。此外,碳化物的不均匀性还与钢的成分有关,当钢中的碳的质量分数在1%左右和含有一定量的钨元素(wW≥1%)时,碳化物的不均匀性较高,即使采用较大的锻造比,仍有一定量的碳化物带或网。改善模具钢带状碳化物的有效工艺措施有:
1)改善钢锭的结晶组织,在满足一定锻造比的情况下,尽量采用小的锭型,以提高钢液在结晶区内的冷却速度,减小碳化物的铸态组织偏析。
2)在可能的情况下,应尽量采用低温浇注。
3)采用电弧炉+电渣重熔工艺冶炼,充分改善钢锭的原始铸态组织,使碳化物细化。
4)选用大的锻造比和大的变形率有利于破碎碳化物,改善碳化物的颗粒度。
5)对存在碳化物不均匀的钢,可采用高温扩散处理,进行均匀化处理,一般采用1180~1200℃,保温5~8h。(https://www.daowen.com)
6)轧后或锻后进行强化冷却,可以采用风冷、雾冷等工艺措施。一般轧后或锻后冷却到650~700℃,然后进行缓冷,快冷是为了防止形成网状碳化物,缓冷是为了防止形成白点和裂纹。
(3)改善高合金冷作模具钢共晶碳化物不均匀性
高合金冷作模具钢如Cr12钢等属于莱氏体钢,在铸态组织中存在共晶碳化物不均匀现象,常采用以下几种有效措施进行改善:
1)选择合理的锭型。在满足锻造比的情况下,应尽量选择较小的锭型,一般截面尺寸≤150mm的钢材,应选择1.5t以下的钢锭。对于大截面的钢材,应选用较大的钢锭,对于同一种规格的钢材,大型钢锭的碳化物级别偏低,但是由于钢锭较大,钢锭凝固冷却条件差,易产生严重的偏析、疏松等缺陷,因此在能满足锻造比的情况下,应尽量选择较小的钢锭。
2)在条件允许的情况下,加大锻造比,改善碳化物的不均匀度。在Cr12型莱氏体钢的铸态组织中存在着数量相当大的树枝状和板条颗粒聚集的复合碳化物,为了使这些碳化物破碎,应采用大的锻造比以增加变形程度。
3)采用多次镦拔,可使碳化物的分布进一步均匀。多次镦拔是使碳化物分布均匀的重要措施之一,但要防止在镦粗过程中产生裂纹。
4)采用电渣重熔工艺。电渣重熔工艺可以改善钢的低倍组织,降低钢中非金属夹杂物的含量,改善碳化物不均匀度,使共晶碳化物细小、均匀。
5)浇注前加入稀土元素,进行变质处理。在浇注前加入稀土元素,进行变质处理,使铸态组织得到细化,有利于网状共晶碳化物的消除,并使碳化物的颗粒尺寸减小。
6)优化冶炼浇注工艺参数。Cr12型模具钢熔点低,液相线的温度约为1360℃。应严格控制各期的温度,要严防还原期钢液温度过热,且在凝固过程中容易形成碳化物偏析,要严格控制出钢温度和浇注温度,一般出钢温度为1480~1510℃。在浇注时一定要控制浇注速度。