隨著模具在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用日益增強(qiáng),模具性能和使用壽命成為衡量模具制造水平的重要標(biāo)志。在影響模具質(zhì)量的眾多制造因素中,材料的冶金質(zhì)量和模具熱處理水平的影響最為重要。對于冶金行業(yè)而言,提高材料純凈度和碳化物的均勻性是高質(zhì)量模具鋼的發(fā)展方向。作為通用型冷作模具鋼,2鋼具有良好的淬透性和淬硬性、較高的耐磨性以及熱處理變形小等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于形狀復(fù)雜的沖孔凹模、冷擠壓模、滾絲輪、搓絲板、冷剪切刀和精密量具。通過對模具失效原因的分析發(fā)現(xiàn)鋼材的共晶碳化物不均勻度和氧含量(包括氧化物類夾雜物)是影響模具壽命的最主要材料質(zhì)量原因。本文對影響D2鋼共晶碳化物不均勻度和氧含量的冶金工藝參數(shù)進(jìn)行了探索性研究,確定了符合企業(yè)技術(shù)裝備特點(diǎn)和能力的工藝參數(shù)。

為了保證試驗(yàn)結(jié)果具有系統(tǒng)性和可比性,本文研究的D2鋼化學(xué)成分按照ASTM A681標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,標(biāo)準(zhǔn)成分和內(nèi)控成分如表1所示。鋼材的共晶碳化物不均勻度按照GB 1299中的方法和規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)和評定,氧含量采用RD—600型定氧儀進(jìn)行測定。除了進(jìn)行工藝試驗(yàn)的丁藝參數(shù)外,其他工藝參數(shù)(精煉鋼澆注工藝、電渣重熔工藝、快鍛機(jī)拔長工藝和退火工藝)全部按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程和工藝規(guī)定執(zhí)行。

影響共晶碳化物不均勻度的工藝因素

D2鋼中的Cr 、 Mo、V 等合金元素在凝固和共析轉(zhuǎn)變過程中會(huì)形成大量碳化物,盡管經(jīng)軋制或鍛造等熱變形工序能夠破碎魚骨狀共晶碳化物,但由于受到軋制或鍛造方向影響,鋼中的碳化物分布仍然是不均勻的。當(dāng)鋼中存在大顆粒碳化物或碳化物分布不均時(shí)會(huì)降低鋼的機(jī)械性能并導(dǎo)致模具在熱處理過程中出現(xiàn)變形、開裂等問題,因此共晶碳化物不均勻度是衡量D2鋼實(shí)物質(zhì)量水平的重要技術(shù)指標(biāo)。

鍛比的影響

本文選用幣1 100 mm電渣錠進(jìn)行鍛比對鋼材共晶碳化物不均勻度影響試驗(yàn),試驗(yàn)鍛比的選擇范圍為2~8。從圖1中的曲線變化可以看出,隨著鍛比由2逐漸增大到8 ,鋼材的共晶碳化物不均勻度得到了改善,評級(jí)由6.0級(jí)降低到4.0級(jí)。當(dāng)鍛比等于4時(shí),共晶碳化物不均勻度的級(jí)別為5.0級(jí),能夠滿足用戶的要求。一般來說,鍛比只能概略地說明鍛壓效果,不能準(zhǔn)確地反映微觀組織和性能的變化[3]。因此實(shí)際生產(chǎn)中在保證一定鍛比的前提下,必須在拔長工序中有大壓下量道次,保證碳化物充分破碎。

影響氧含量的工藝因素

對于模具材料而言,隨著氧含量的增加,氧化物的顆粒和數(shù)量都隨之增長,鋼的疲勞性能降低，在模具熱處理和使用過程中容易產(chǎn)生熱裂紋"l。因此降低氧含量成為高質(zhì)量模具鋼的發(fā)展趨勢。隆繼的D2鋼一般采用EAF+LF + VD和EAF +LF+ VD +ESR兩種冶煉工藝進(jìn)行生產(chǎn),本文分別對上述兩種冶煉工藝中的LF＋+VD爐精煉和 ESR二次精煉進(jìn)行了控制氧含量工藝試驗(yàn)。

LF+ VD工藝的影響

對于LF+VD精煉過程而言,加強(qiáng)LF爐還原期脫氧及保證VD爐真空脫氣效果是降低氧含量的主要工藝措施。試驗(yàn)中在LF爐采用聯(lián)合脫氧,控制白渣堿度≥4及VD爐真空度≥67Pa。表3中的結(jié)果顯示,與正常生產(chǎn)的平均氧含量32.57×10-“相比，工藝試驗(yàn)D2鋼中的[О]僅為16x10-,降低幅度達(dá)到50.88% ,控制D2鋼氧含量試驗(yàn)達(dá)到預(yù)期效果。

一般來說,電渣鋼重熔過程中結(jié)品器內(nèi)的微正壓可以在一定程度上避免鋼中氧含量增加。本文研究了采用330 mm電極重熔成610 mm電渣錠時(shí),不同電極表面狀態(tài)-車光(見圖3)和黑皮對電渣鋼氧含量的影響。表4中的檢驗(yàn)結(jié)果顯示采用不同表面狀態(tài)電極生產(chǎn)的電渣鋼中氧含量與電極相比分別增加了12.5%和 37.5%。試驗(yàn)結(jié)果表明電極表面狀態(tài)對電渣鋼氧含量影響較大,與車光電極相比,采用黑皮電極生產(chǎn)的電渣鋼氧含量多增加了25% 。

( 1>)隨著鍛比的增加,D2鋼的共晶碳化物不均勻度明顯改善。對于1 100 mm電渣錠而言,當(dāng)鍛比由2增大到8時(shí),共晶碳化物不均勻度得到了改善,評級(jí)從6.О級(jí)降低到4.0級(jí)。

(2>在相同鍛比條件下,D2鋼的共晶碳化物不均勻度級(jí)別隨著錠型尺寸的增加而增大。當(dāng)鍛比相近時(shí)(2.9 ~3.1 ) ,平均直徑為970 mm的十二角錠和平均直徑為820 mm的八角錠鍛制成材后,前者的共晶碳化物不均勻度評級(jí)要比后者高1級(jí)。

(3）采用LF+VD工藝進(jìn)行精煉, D2鋼的氧含量可以控制在16× 10°ppm以下。

(4）重熔電極表面狀態(tài)對D2電渣鋼氧含量有較大影響,與車光電極相比,采用黑皮電極生產(chǎn)的電渣鋼氧含量多增加了25%。