CN1247345C - 一种模具钢大型模块锻件的热加工方法 - Google Patents

一种模具钢大型模块锻件的热加工方法 Download PDF

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Abstract

一种模具钢大型模块锻件的热加工方法,其特征是采用“四火锻造法”,即“宝塔定型、头尾重压、先扁后宽、波浪分锻”的锻造成材方式:(1)一火加热,钢锭头部压把;(2)二火加热,镦粗变形;(3)三火加热,镦粗坯“宝塔定型”:钢坯表面轻压后,取温差较大的两个面为扁面,大压下量锻压;尾部出现中心内凹时,中部锻压;(4)四火加热,模块成材:“头尾重压”使锻件变成头尾外凸的中间坯;“先扁后宽,波浪分锻”使中间坯锻成波浪形半成品;锻件调头锻成表面平整的成品。

Description

一种模具钢大型模块锻件的热加工方法
技术领域
本发明涉及冶金行业模具钢的热加工成型方法,尤其是指模具钢模块锻件的热加工成型方法。
背景技术
模具钢是特殊的合金钢,一般可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具用钢三大类。热作模具钢主要用于制造在高温状态下对金属进行热加工用的模具,如热锻模具(5CrNiMo等锻压模块用低合金热作模具钢;5CrNiMo模具钢是传统常用的热锻模具钢,其韧性高,承受冲击性能好,淬透性强,且具有一定的热疲劳抗力,广泛用于制造形状复杂,冲击负荷大,要求高强度和较高韧性的中大型模块锻件)、热挤压模具、压铸模具、热剪切模具等。塑料模具用钢主要用于生产批量较大、模具尺寸较大、形状复杂、尺寸精度及表面粗糙度要求较高的塑料成形模具或模架。因此,制造模块锻件的模具钢,通常包括塑料模具用钢以及热作模具钢中的5CrNiMo等热锻模具用钢。
从模块重量来看,采用模具钢生产的模块锻件可分为大型模块(单重5吨以上)、中小型模块(单重5吨以下)。大型模块由于重量大、体积大,因此钢锭的加热、锻造难度也大。
目前,采用模具钢钢锭生产大型模块时,大都采用“传统的五火锻造方法”,其特点是:钢锭一火(钢锭第一次进加热炉升温保温,后面略)加热后,锻压机对钢锭头部压把锻造;压把钢锭二火加热后,锻压机对钢锭进行镦粗变形锻造;镦粗坯三火加热后,镦粗坯出加热炉翻身(钢锭重量大、体积大,镦粗坯加热阴阳面温差很大);翻过身的镦粗坯四火加热后,锻压机将镦粗坯变形(锻造)成方形或扁形锻坯,再将锻坯拔长至中间坯(中间坯尾部呈弯曲状);中间坯五火加热,锻压机扁向、宽向均匀压下中间坯,根据用户的规格(尺寸)要求,使中间坯成为合格的模块成品。该锻造工艺的不足之处在于:锻坯拔长至中间坯时,由于锻坯截面大,变形渗透困难,使锻坯头、尾部的中心内凹,造成钢锭成坯率较低,模块合格格率仅有66.93%(钢锭中氢含量<1.50ppm;钢锭中氢含量也是影响模块合率的重要因素,氢含量越高,模块合格率越低)。
发明内容
本发明开发一种模具钢大型模块锻件的热加工方法,它是对“传统的五火锻造方法”的改进,镦粗坯变形(锻造)、中间坯拔长时,采用“宝塔定型、头尾重压”的方式,使锻坯头尾向外凸出,提高钢锭成坯率2%以上;模块成材时,采用“先扁后宽,波浪分锻”的方式,提高和改善模块的表面质量和冶金质量。
本发明提供的一种模具钢大型模块锻件的热加工方法,其特征是采用“四火强化锻造方法”,将传统的“五火锻造方法”中的“三火加热,锻坯炉外翻身”改成“宝塔定型、头尾重压”的锻打方式,“四火中间坯拔长、五火成材”的二火锻造方式,合并后改成“先扁后宽,波浪分锻”的一火锻造成材方式:
第一步,钢锭一火加热,钢锭压把锻造:(1)钢锭加热时,根据模具钢的不同钢种情况,按常规加热工艺要求,控制冷钢锭、热钢锭的入炉温度,以及加热温度和保温时间;(2)锻压机对钢锭头部进行压把变形锻造;
第二步,钢锭回炉二火加热,钢锭镦粗变形:(1)压把后的钢锭阴面向上,回加热炉第二次加热;(2)回炉加热温度及保温时间,按模具钢具体钢种的常规工艺要求;(3)锻压机锻打,使钢锭变形镦粗(见图1-a),锻比1.5~2;
第三步,镦粗坯三火加热,采用“宝塔定型”的锻打方式将镦粗锻坯变形至“宝塔形”锻坯:(1)镦粗坯回加热炉第三次加热;加热时,将镦粗坯翻转90度回炉加热,回炉加热温度及保温时间,按模具钢具体钢种的常规工艺要求;(2)锻压机锻打镦粗锻坯,变形过程是:锭→方或/和扁方→扁;(3)以“宝塔定型”方式进行变形锻打:先在镦粗坯表面轻压1~3遍,使钢锭铸态组织破碎;再取镦粗坯温差较大的两个面为模块锻件的扁面,以150~200mm的压下量进行锻压,确保锻件中心锻透压实,组织均匀化;当钢锭尾部出现由于“锻不透”所造成中心内凹时,马上对钢锭中段部位(与钢锭头部、尾部相对应的部位)进行锻压的方式,使其变形为“宝塔形锻件(见图1-b)”;
第四步,将“宝塔形”锻件回炉四火加热,锻打成合格模块:(1)锻件阴面向上回炉加热,回炉加热温度及保温时间,按模具钢具体钢种的常规工艺要求;(2)以“头尾重压”的锻打方式,使锻件变成头、尾外凸的B1×H1中间坯(见图1-c1、图1-c2),B1=B+150~250mm,H1=H+150~250mm,B、H分别是成品模块的宽度、厚度;也就是说,锻件回炉取出后,马上利用“高温”结合大变形量,对“宝塔形锻件”头部、尾部进行重压变形,使“宝塔形锻件”的头部、尾部变形遵循金属最小阻力定律,达到头、尾外凸,中心“锻透”,顶面圆角较充实;(3)锻件拔长时,先需轻压1~3遍,待钢锭铸态组织破碎后,在不产生折迭的前提下,为确保锻件中心锻透压实,组织均匀化,压下量是150~200mm;(4)锻件拔长和模块成材过程中始终执行“先扁后宽”的操作方式,“先扁后宽”是指成材锻造时,先扁部后宽部,分1~5次对锻件变形,便于切除头尾和校直,同时也可避免缺角;(5)模块成材时,首先采用“波浪分锻”的锻造变形方式,将中间坯变成表面呈波浪形的B2×H2锻件(见图1-d1、图1-d2),B2=B+80~150mm,H2=H+120~200mm,使锻件变形均匀,减少压痕,确保成材表面质量;其次,取坯料X位置处连续阶梯走扁,L1=(0.6~0.8)×L,L1是坯料X位置的长度,L是坯料的长度,锻压过程中防止超宽,适时锻压宽部,当厚度=H+80~100mm时,旋转90度,切除锻件宽展所形成的圆弧形锻件尾部;最后,当宽度=B+10~50mm、厚度=H+10~30mm时,以小而均的变形量将锻件锻成表面平整的B×H成品规格(见图1-e1、图1-e2);(6)锻件调头,以相同的“先扁后宽,波浪分锻”方式,将锻件头部锻成表面平整的B×H成品规格(见图1-f)。
和现有技术相比,本发明具有下列优点:
1、锻件的头部、尾部外凸,成品模块成材率高;
2、锻件顶面圆角较充实、表面压痕较少,成品模块表面质量好。
附图说明
图1是模块锻件的变形示意图
具体实施方式
某钢铁公司实施本发明专利,采用“四火强化锻造方法”,在2000吨锻压机的锻压下,将13.2吨/锭重的热作或塑料模具钢电炉钢锭(钢锭中氢含量<1.5ppm=锻造成B×H=(650~1350)mm×(200~550)mm的大型模块,现以5CrNiMo热作模具钢锭(塑料模具钢的加工塑性优于热作模具钢,能够生产热作模具钢大型模块的热加工方法,完全能够生产塑料模具钢大型模块,故以较难生产的5CrNiMo热作模具钢锭的生产为例)锻造成1000mm×300mm大型模块的生产为例:
第一步,钢锭一火加热,钢锭压把锻造:(1)钢锭加热时,根据模具钢的不同钢种情况,按模具钢的常规加热工艺要求,控制冷钢锭、热钢锭的入炉温度、以及加热温度和保温时间:5CrNiMo冷钢锭入炉温度≤550℃、热钢锭入炉温度650~750℃;加热温度1200~1220℃,保温3.5~4.5小时;(2)锻压机对钢锭头部进行压把变形锻造;(3)压把后的钢锭阴面向上,回加热炉第二次加热;
第二步,钢锭回炉二火加热,钢锭镦粗变形:(1)回炉加热温度及保温时间,按5CrNiMo模具钢的常规工艺要求:温度1200~1220℃,保温1.5~2.5小时;(2)锻压机锻打,使钢锭变形镦粗(见图1-a),锻比=1.5~2;(3)镦粗坯回加热炉第三次加热;
第三步,镦粗坯三火加热,采用“宝塔定型”的锻打方式将镦粗锻坯变形至“宝塔形”锻坯:(1)将镦粗坯翻转90度回炉加热,回炉加热温度及保温时间,按5CrNiMo模具钢的常规工艺要求:温度1200~1220℃,保温1.5~2.0小时;(2)锻压机锻打镦粗锻坯,变形过程是:锭→方(或扁方)→扁;(3)以“宝塔定型”方式进行变形锻打:先在镦粗坯表面轻压1~3遍,使钢锭铸态组织破碎;再取钢锭温差较大的两个面为模块锻件的扁面,以150~200mm的压下量进行锻压,确保锻件中心锻透压实,组织均匀化;当钢锭尾部出现由于“锻不透”所造成的中心内凹时,马上对钢锭中段部位(与钢锭头部、尾部相对应的部位)进行锻压的方式,使其变形为“宝塔形锻件(见图1-b)”;
第四步,将“宝塔形”锻件回炉四火加热,锻打成材:(1)锻件阴面向上回炉加热,回炉加热温度及保温时间,按5CrNiMo模具钢的常规工艺要求:温度1200~1220℃,保温30分钟;(2)以“头尾重压”的锻打方式(锻件回炉取出后,马上利用“高温”结合≥150mm的大变形量,对“宝塔形锻件”头部、尾部进行重压变形),使锻件变成头、尾外凸的B1×H1中间坯(见图1-c1、图1-c2),B1=B+200mm=1200mm,H1=H+150mm=450mm;(3)锻件拔长时,先需轻压1~3遍,待钢锭铸态组织破碎后,在不产生折迭的前提下,为确保锻件中心锻透压实,组织均匀化,尽量加大压下量,压下量是150~200mm;(4)锻件拔长和模块成材过程中始终执行“先扁后宽”的操作方式,“先扁后宽”是指成材锻造时,先扁部后宽部对锻件变形,便于切除头尾和校直,同时也可避免缺角;(5)模块成材时,首先采用“波浪分锻”的锻造变形方式,将中间坯变成表面呈波浪形的B2×H2锻件(见图1-d1、图1-d2),B2=B+100mm=1100mm,H2=H+130mm=430mm,使锻件变形均匀,减少压痕,确保成材表面质量;其次,取坯料3/5~4/5的长度位置连续阶梯走扁,锻压过程中防止超宽,适时锻压宽部,当厚度=H+80mm=380mm时,旋转90度,利用宽展所形成圆弧切尾;最后,当宽度=B+10~50mm=1020mm、厚度=H+10~30mm=310mm时,以小而均的变形量将锻件锻成表面平整的B×H成品规格(见图1-e1、图1-e2);(6)锻件调头,以相同的“先扁后宽,波浪分锻”方式,将锻件头部锻成表面平整的B×H=1000mm×300mm成品规格(见图1-f)。
实施本发明专利生产的5CrNiMo热作模具钢大型模块锻件(模块成品规格:B=800~1000mm,H=250~500mm)、塑料模具钢(S55C、40Cr、3CrMo、3Cr2NiMnMo等钢种)大型模块锻件(模块成品规格:B=600~1350mm,H=200~550mm),具有工艺简单、生产组织便捷、冶金制造成本低的特点,模块锻件的各个方向尺寸余量控制的较小,端面切除平整,表面无明显折迭、锻痕等缺陷,且标识清晰、正规符合要求。用户反映:在模具型腔加工过程中,未发现有明显影响模具使用性能的白点、裂纹、缩孔等缺陷,探伤和硬度检验结果符合标准规定。与传统的“五火锻造方法”生产工艺相比,模块合格率69.63%,合格率提高2.5%,以该公司年产塑料(或热作)模具钢大型模块6000吨计算,年增产大型模块150吨,增加经济效益75万元以上。
热作、塑料模具钢大型模块锻件成材率  表1
  单支钢锭重量(t)   钢锭支数   模块平均重量(t)   成材率(%)   氢含量
  实施前   5CrNiMo   13.2   16   8.735   66.17   <1.20ppm
  塑料模具钢   13.2   155   8.845   67.01   <1.20ppm
  合计   13.2   171   8.835   66.93
  实施后   5CrNiMo   13.2   64   9.084   68.82   <1.20ppm
  塑料模具钢   13.2   122   9.248   70.06   <1.20ppm
  合计   13.2   186   9.192   69.63

Claims (1)

1.一种模具钢大型模块锻件的热加工方法,其特征是采用“四火强化锻造方法”,将传统的“五火锻造方法”中的“三火加热,锻坯炉外翻身”改成“宝塔定型、头尾重压”的锻打方式,“四火中间坯拔长、五火成材”的二火锻造方式,合并后改成“先扁后宽,波浪分锻”的一火锻造成材方式:
第一步,钢锭一火加热,钢锭压把锻造:(1)钢锭加热时,根据模具钢的不同钢种情况,按常规加热工艺要求,控制冷钢锭、热钢锭的入炉温度,以及加热温度和保温时间;(2)锻压机对钢锭头部进行压把变形锻造;
第二步,钢锭回炉二火加热,钢锭镦粗变形:(1)压把后的钢锭阴面向上,回加热炉第二次加热;(2)回炉加热温度及保温时间,按模具钢具体钢种的常规工艺要求;(3)锻压机锻打,使钢锭变形镦粗,锻比1.5~2;
第三步,镦粗坯三火加热,采用“宝塔定型”的锻打方式将镦粗锻坯变形至“宝塔形”锻坯:(1)镦粗坯回加热炉第三次加热;加热时,将镦粗坯翻转90度回炉加热,回炉加热温度及保温时间,按模具钢具体钢种的常规工艺要求;(2)锻压机锻打镦粗锻坯,变形过程是:锭→方或/和扁方→扁;(3)以“宝塔定型”方式进行变形锻打:先在镦粗坯表面轻压1~3遍;再取镦粗坯温差较大的两个面为模块锻件的扁面,以150~200mm的压下量进行锻压;当钢锭尾部出现中心内凹时,马上对钢锭中段部位进行锻压,使其变形为“宝塔形锻件”;
第四步,将“宝塔形”锻件回炉四火加热,锻打成合格模块:(1)锻件阴面向上回炉加热,回炉加热温度及保温时间,按模具钢具体钢种的常规工艺要求;(2)以“头尾重压”的锻打方式,使锻件变成头、尾外凸的B1×H1中间坯,B1=B+150~250mm,H1=H+150~250mm,B、H分别是成品模块的宽度、厚度;(3)锻件拔长时,先需轻压1~3遍,压下量是150~200mm;
(4)锻件拔长和模块成材过程中始终执行“先扁后宽”的操作方式,“先扁后宽”是指成材锻造时,先扁部后宽部,分1~5次对锻件变形;(5)模块成材时,首先采用“波浪分锻”的锻造变形方式,将中间坯变成表面呈波浪形的B2×H2锻件,B2=B+80~150mm,H2=H+120~200mm;其次,取坯料X位置处连续阶梯走扁,L1=(0.6~0.8)×L,L1是坯料X位置的长度,L是坯料的长度,锻压过程中防止超宽,适时锻压宽部,当厚度=H+80~100mm时,旋转90度,切除锻件宽展所形成的圆弧形锻件尾部;最后,当宽度=B+10~50mm、厚度=H+10~30mm时,以小而均的变形量将锻件锻成表面平整的B×H成品规格;(6)锻件调头,以相同的“先扁后宽,波浪分锻”方式,将锻件头部锻成表面平整的B×H成品规格。
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Patentee after: BAOSTEEL SPECIAL STEEL Co.,Ltd.

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Patentee before: BAOSHAN IRON & STEEL Co.,Ltd.

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Address after: 200940 room 1277, building 216, 1269 Shuishui Road, Baoshan District, Shanghai

Patentee after: Baowu Special Metallurgy Co.,Ltd.

Address before: 200940 No. 1269, Fisheries Road, Shanghai, Baoshan District

Patentee before: BAOSTEEL SPECIAL STEEL Co.,Ltd.

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