一、    前言
AMP50-XL高速熱模鍛機(jī)是目前世界上生產(chǎn)效率高的熱模鍛設(shè)備之一。它主要適用于大量生產(chǎn)齒輪軸承環(huán)鍛坯。這種設(shè)備的主要優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)率高，鍛坯加工余量小，精度高，節(jié)省材料和能源。它是金屬塑性加工的發(fā)展方向之一。在高速熱模鍛生產(chǎn)線穩(wěn)定生產(chǎn)的條件下，模具壽命是高效高質(zhì)量生產(chǎn)的關(guān)鍵。國(guó)外這種類型設(shè)備用模具材料一般是AISI H11、H12、H13和X32CrMoCoV333鋼等。國(guó)內(nèi)汽車和軸承行業(yè)引進(jìn)的高速熱模鍛設(shè)備除用 進(jìn)口的X3 2CrMoCoV333鋼模具外，也使用 H11 、H13鋼等制作模具，但其使用壽命 明顯低于進(jìn)口模具使用壽命。用國(guó)產(chǎn)的4Cr3Mo2V鋼( 仿QR080鋼 )制作的熱鍛模，在AMP50 XL高速熱模鍛設(shè)備上試驗(yàn)應(yīng)用，結(jié)果表明，在相同工作條件下4Cr3Mo2v鋼模具的使用壽命略優(yōu)于X32CrMoCoV333鋼模具的使用壽命，明顯優(yōu)于H11鋼模具的使用壽命。
二、4Cr3Mo2V鋼簡(jiǎn)介
4Cr3Mo2鋼是我國(guó)早使用進(jìn)口鋼材的基礎(chǔ)上研制開(kāi)發(fā)的，比3Cr2W8V鋼更適合于制作銅合金擠壓模。
4Cr3Mo2V鋼的化學(xué)元素組成及含量如下表所示：



三、試驗(yàn)研究
1 ．高速熱模鍛工作條件

( 1 )始鍛溫度：中頻感應(yīng)加熱到1200～1250C；
( 2 )模鍛生產(chǎn)率：每分鐘模60～70件鍛坯； 
( 3 )鍛坯與模腔接觸時(shí)間：每模鍛一次，每工位需時(shí)間0.1 s； 
( 4 )模具冷卻：鍛坯出模時(shí)立，即自動(dòng)噴水冷卻摸具。 
2 ．模具材料
根據(jù)高速熱模鍛時(shí)的工作條件，選用了X32CrMoCoV333鋼、ES R  H13鋼和4Cr3MO2 V鋼，在實(shí)驗(yàn)室條件下，進(jìn)行了抗回火，抗長(zhǎng)時(shí)間高溫軟化和耐熱疲勞性能的比 較 這些熱作模具鋼成分見(jiàn)表2：
 (1 ) 回火性能4Cr3Mo2V鋼、ES RH13鋼和X32CrMoCoV33鋼的奧氏體溫度均定為1050~±l10℃，油淬。在同一爐內(nèi)經(jīng)不同溫度回火，每次回火兩小時(shí)，回火冷卻后在同一硬度計(jì)上測(cè)定試樣硬度，結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可知，在600℃以上回火，4Cr3Mo2V、鋼的抗回火能力與X32CrM oCoV333鋼的相近，均優(yōu)于ES RH13鋼。
( 2 )在600℃保溫100小時(shí)硬度值的變化將上述三種熱作模具鋼試樣放入溫度為600℃的同一爐內(nèi)每隔一定時(shí)間將試樣取出冷卻后測(cè)定其硬度，在600℃總的保溫時(shí)間為100小時(shí)，其硬度值的變化結(jié)果見(jiàn)表 4。
 

( 3 ) 缺口端部的耐熱疲勞性能將試樣線切割成30度V形缺口 缺口頂點(diǎn)處半徑為0.075mm，將試樣表面拋光后，由室溫放入750℃±10℃的鹽浴中保溫一分鐘，然后取出水冷到室溫，再加熱和水冷，如此反復(fù)10次，其結(jié)果見(jiàn)表 5。由表5可以看出，在試樣有缺口的條件下。4Cr3Mo2V鋼缺口部位的耐熱疲勞性能和X32CrMoCoV333鋼的相近，比ES RH13 鋼的要好。這說(shuō)明4CrMo2V鋼模具更適應(yīng)于模鍛過(guò)程中不斷水冷的工作條件。  
四、模具試驗(yàn)結(jié)果及分析
一般熱鍛模的失效形式是模腔在高溫和力的作用下，模腔輪廓幾何形狀變化或局部坍塌因模腔表面，特別是模腔過(guò)渡外圓角部位受鏹坯金屬劇烈流動(dòng)而造成嚴(yán)重磨損以及模腔在模鍛時(shí)溫度急劇變化而形 成熱疲勞裂紋等等。對(duì)用上述三種材料制作的工位凹模的使用情況進(jìn)行了對(duì)比，其對(duì)比情況列于表6。


4 Cr3Mo2V鋼制凹模經(jīng)模鍛35000件鍛坯后，經(jīng)對(duì)模具檢查，模腔輪廓清楚，幾何形狀沒(méi)有變化，模腔表面質(zhì)量基本良好，模腔外圓角雖有磨損，但鍛坯質(zhì)量仍符合技術(shù)要求。實(shí)踐初步表明，4Cr3 Mo2V鋼四模使用壽命明顯優(yōu)于H11鋼凹模使用壽命，也略優(yōu)于進(jìn)口的    X32Cr MoCo V333鋼四模。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和AMP50一XL設(shè)備的工作條件，對(duì)模具只要求在模腔坍塌和嚴(yán)重?zé)崮p以前不發(fā)生嚴(yán)重?zé)崞诹鸭y。當(dāng)然，凹模要有足夠的韌性，以防止四模整體開(kāi)裂。這樣，對(duì)模具材料的選擇，熱處理工藝的制定。主要是保證模具要有足夠的韌性，良好的高溫強(qiáng)度和耐熱磨損性能。國(guó)產(chǎn)4Cr3Mo2V鋼則能滿足上述要求，適合于制作用于AMP50一XL高速熱模鍛機(jī)的模具，可以替代用X3CrMoCoV333鋼制作的進(jìn)口模具。
 五、初步結(jié)論
目前國(guó)外普遍采用的熱作模具鋼所含主要合金元素，是Cr、Mo、W和V等，有的適當(dāng)調(diào)整了Mn和Si含量，也有的加入微量元素B等。上述鋼均為馬氏體熱作模具鋼 。從摩擦學(xué)觀點(diǎn)看，在馬氏體基體上分布著硬的合金碳化物對(duì)耐粘著磨損磨粒磨損都是有益的。試驗(yàn)早已表明 V、Mo、W的碳化物比Cr的碳化物具有更高的硬度，更好的耐磨損和耐高溫性 能。4Cr3Mo2V鋼成分設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)就是降低Cr含量，比H11鋼和H13鋼的含Cr量少2％左右,其Mo和V含量比H11鋼和H13鋼的有所增 加，使鋼中的C和V、Mo更多地形成VC和Mo2C，而又保證鋼對(duì)含Cr量的基本需要。此外，4Cr3 Mo2V鋼中的Mn，比H11鋼和H13鋼略有增加。實(shí)踐表明，這種設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)是正確的，并取得了良好的應(yīng)用結(jié)果。在Al 和Cu合金擠壓模應(yīng)用上也早已取得成功。在有些工具鋼中含有一定百分比的Co，提高了工具的紅硬性從而具有很好的耐熱磨損性能，但是X32CrMoCoV333鋼中含2 .8～2 .9％Co，在實(shí)驗(yàn)室 研究和在 AMP 5 0 一ZL熱模鍛機(jī)應(yīng)用時(shí)，和4Cr3Mo2V鋼制模具相比，則顯示不出含2 .8 ～2.9％Co的優(yōu)越性，而Co是非常昂貴的合金元素。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室工作和在AMP50一xL高速模鍛機(jī)生產(chǎn)應(yīng)用可以得出以下初步結(jié)論：
( 1 )4Cr3Mo2V鋼模具壽命明顯地高于H11鋼的模具壽命。同時(shí)，4Cr3Mo2V鋼的價(jià)格和 H11鋼相近或略高一點(diǎn)。從總體上看，采用4Cr3Mo2V在技術(shù)上是先進(jìn)的，經(jīng)濟(jì)上是合算的。
( 2 )4Cr3Mo2V鋼模具壽命略優(yōu)于x32CrMoCoV333鋼模具壽命可以認(rèn)為采用4Cr3Mo2V鋼制作模具取代含昂貴合金元素Co的進(jìn)口X32CrMoCoV333鋼模具是必要的 。 
參考文獻(xiàn)
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[4]中國(guó)科學(xué)院金屬研究所姜曉霞 張桂苓 《4Cr3Mo2V熱作模具鋼組織結(jié)構(gòu)分析)》 
[5]玉門(mén)石油管理局機(jī)械廠唐諧 姚敏 《4Cr3Mo2V熱作模具鋼的使用報(bào)告》
[6]技術(shù)鑒定證書(shū)石油工業(yè)部( 8 6)油科鑒字46號(hào)
[7]轉(zhuǎn)自聶秀廣
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