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        熱加工工藝對Cr12MoV鋼的共晶碳化物影響

        2018-11-29 08:23:32孫秀華康愛軍曹麗紅馮淑玲
        金屬加工(熱加工) 2018年11期
        關(guān)鍵詞:壓下量鋼錠熱加工

        ■ 孫秀華,康愛軍,曹 瑩,曹麗紅,馮淑玲

        Cr12MoV冷作模具鋼C含量1.5%,Cr含量達(dá)到12%,屬萊氏體鋼,組織中含有大量的共晶碳化物呈不均勻分布,若不均勻性嚴(yán)重,將造成模具在鍛造或熱處理時開裂、過熱及變形,并使模具在使用過程中易出現(xiàn)崩裂等缺陷,生產(chǎn)時必須加以工藝控制使其細(xì)小、均勻分布。為研究熱加工工藝對共晶碳化物的影響,本文從加熱溫度、鍛造方式及鍛造變形比三個方面對共晶碳化物的不均勻性進(jìn)行對比分析,確定影響共晶碳化物的主要因素,以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

        表1 試驗用料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) (%)

        表2 試驗工藝

        1.試驗用料及方法

        試驗用料采用EAF+LF+VD冶煉,模鑄1.2t八角錠(頭部 440mm/尾 部 360mm/高度1200mm)和6.3t矩形錠(頭部891mm×655mm/尾部800mm×510mm/高度1580mm),快鍛機(jī)鍛制120~240mm×310~610mm扁鋼。試驗用料化學(xué)成分如表1所示。

        試驗工藝如表2所示。試驗后,在相當(dāng)于鋼錠頭部的扁鋼橫截面對角線1/4處切取縱向試樣,經(jīng)研磨拋光后制成金相試樣,用4%硝酸酒精溶液腐蝕,根據(jù)GB/T14979標(biāo)準(zhǔn)中第四評級圖對共晶碳化物的不均勻性進(jìn)行分析及評定。

        2.試驗結(jié)果及分析討論

        Cr12MoV鋼鑄造態(tài)的共晶碳化物形貌如圖1a、圖1b所示,鋼錠結(jié)晶時沿晶界呈魚骨狀析出,掃描電鏡面掃描和能譜分析結(jié)果如圖2所示,主要以Cr為主,其次是Fe,并含有少量的Mo和V,熱加工后將沿變形方向不均勻分布,根據(jù)熱加工工藝不同呈帶狀和網(wǎng)系分布,如圖1c、圖1d所示,因此,熱加工工藝對共晶碳化物是否均勻分布起決定作用,針對加熱溫度、鍛造方式及鍛造變形比對共晶碳化物的影響進(jìn)行了試驗。

        (1)加熱溫度對共晶碳化物的影響 采用6.3t錠第1組和第2組工藝進(jìn)行對比試驗,鍛造扁鋼規(guī)格1為160mm×610mm,規(guī)格2為200mm×610mm,共晶碳化物如圖3所示,按第1組工藝經(jīng)過1200℃×15h加熱后,共晶碳化物似鑄造態(tài)形貌呈魚骨狀,而按第2組工藝沒有經(jīng)過1200℃×15h加熱,鑄造態(tài)魚骨狀的共晶碳化物被破碎呈網(wǎng)狀分布??梢?,加熱溫度過高達(dá)到1200℃且長時間保溫,共晶碳化物溶解,熱加工時隨著溫度的降低又呈魚骨狀析出,若采用1150℃加熱,鑄造態(tài)的共晶碳化物通過鍛造被破碎,所以,熱加工時加熱溫度不易過高,溫度過高反而會加重共晶碳化物的析出,其加熱的目的是獲得良好的塑性保證鍛造加工即可。

        圖1 Cr12MoV鋼鑄造態(tài)和熱加工后的共晶碳化物

        圖2 Cr12MoV鋼的共晶碳化物掃描電鏡面掃描和能譜分析結(jié)果

        圖3 不同加熱工藝的共晶碳化物

        圖4 不同鍛造工藝的共晶碳化物

        (2)鍛造方式對共晶碳化物的影響 魚骨狀的共晶碳化物通過鍛造可以破碎,合理的鍛造工藝可以使其充分破碎而得到改善。為此,采用1.2t錠第2、3、4、5組工藝對鍛造方式進(jìn)行對比試驗,鍛造扁鋼規(guī)格為120mm×310mm,共晶碳化物如圖4所示。

        文獻(xiàn)指出鐓粗對共晶碳化物的改善效果不如拔長顯著。由圖4a、圖4b可見,采用直接拔長的共晶碳化物沿變形方向伸長且破碎呈條帶狀分布;由圖4c、圖4d可見,采用一次鐓拔的共晶碳化物沿變形方向呈封閉拉長網(wǎng)狀,且堆積嚴(yán)重處仍呈魚骨狀。由于鋼料鐓粗后橫截面積變大而長度變短,在隨后沿長度方向拔長時變形較小,共晶碳化物不易破碎,故采用直接拔長對共晶碳化物破碎要好于一次鐓拔。理論上講,只有經(jīng)過多次鐓拔的共晶碳化物才能得到改善,對于不同鋼錠及鍛造尺寸,需要的鐓拔次數(shù)也不同,而實際生產(chǎn)中,多次鐓拔弊端較多,氧化、脫碳嚴(yán)重且效率低等,所以,兼顧考慮采用直接拔長為宜。

        另外,由圖4還可見,單道次壓下量100~80mm的共晶碳化物沿變形方向比50~30mm的明顯伸長,且顆粒較小,這是由于增大壓下量,內(nèi)部易鍛透,可使內(nèi)部粗大的共晶碳化物得到破碎,所以,鍛造時盡可能采用大壓下量,有利于共晶碳化物的破碎。

        (3)鍛造變形比對共晶碳化物的影響 一般來說,鍛造方式反映的是共晶碳化物的微觀變化,而鍛造變形比反映的是共晶碳化物的宏觀變化。采用第5組工藝進(jìn)行不同鍛造變形比對共晶碳化物的影響試驗,試驗結(jié)果如表2、共晶碳化物如圖5所示,相同鋼錠,隨著鍛造變形比的增大,共晶碳化物級別降低且顆粒小,相同鍛造變形比,小鋼錠的共晶碳化物級別低且顆粒小。

        由表3、圖5可見,一方面,共晶碳化物與鍛造變形比有關(guān),鍛造變形比越大則共晶碳化物就越易被破碎,級別越低;另一方面,共晶碳化物還與鋼錠大小有關(guān),小鋼錠的級別低,大鋼錠的級別高。這是因為共晶碳化物是鋼錠凝固時形成的萊氏體組織,小鋼錠細(xì)小,大鋼錠粗大,大鋼錠雖增大了鍛造變形比,但原始鑄造態(tài)的共晶碳化物粗大,不易被破碎。因此,實際生產(chǎn)中,必須兼顧鋼錠大小和鍛造變形比,才能使共晶碳化物得到有效改善,避免大鋼錠、大鍛造變形比卻獲得相對較差的共晶碳化物。

        圖5 不同鍛造變形比的共晶碳化物

        表3 不同鍛造變形比對共晶碳化物的影響試驗結(jié)果

        3. 結(jié)語

        (1)Cr12MoV鋼的加熱溫度過高達(dá)到1200℃且長時間保溫,共晶碳化物溶解,熱加工時隨著溫度的降低又呈魚骨狀析出而加重,不宜采用高溫長時間加熱的方法使共晶碳化物改善。

        (2)Cr12MoV鋼的共晶碳化物通過破碎的方法可以得到改善,隨著鍛造壓下量的增大和變形比的增加,共晶碳化物的被破碎效果愈好。

        (3)實際生產(chǎn)中,Cr12MoV鋼的共晶碳化物改善一次鐓拔不如直接拔長效果好,多次鐓拔可有所改善,但氧化、脫碳嚴(yán)重且效率低,宜采用直接拔長的鍛造方法,并兼顧鋼錠大小、壓下量和變形比可獲得理想的共晶碳化物。

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