熱鍛模具選材與制造工藝探討
上海汽車股份有限公司汽車齒輪總廠 技術(shù)中心 馬森林
摘 要：本文主要介紹了錘鍛和熱擠壓類熱鍛造模具選材的一般規(guī)律和方法；同時(shí)針對(duì)目前相關(guān)模具壽命較低的問題，從熱加工、冷熱加工配合角度，提出了相應(yīng)工藝優(yōu)化的措施和方法。
關(guān)鍵詞：模具，材料、熱處理
一 前 言
模具是實(shí)現(xiàn)少、無加工先進(jìn)制造技術(shù)中的重要工藝裝備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。從使用情況表明：模具的質(zhì)量在很大程度上取決于模具的選材、熱處理工藝。按照模具的使用條件分類包括：冷成型模具（包括擠壓模具、冷拉模具、冷鍛或冷鐓模具）、溫鍛模具、熱鍛模具、塑料成型模具、鑄造模具等等。本文主要闡述熱鍛模具的選材和制造工藝（尤其是熱處理工藝）。
二 失效方式
熱鍛模具的主要失效形式有：變形、熱疲勞、熱磨損、斷裂四種。
（1） 變形：指在高溫下毛坯與模具長(zhǎng)期接觸使用后模具出現(xiàn)軟化而發(fā)生塑性變形。表現(xiàn)特征為塌陷。工作載荷大、工作溫度高的擠壓模具和鍛造模具凸起部分容易產(chǎn)生這類缺陷。
（2） 熱疲勞：指在環(huán)境溫度發(fā)生周期性變化條件下工作的模具表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。工作溫差大，急冷急熱反復(fù)速度快的熱鍛模具容易出現(xiàn)熱疲勞裂紋。
（3） 斷裂：指材料本身承載能力不足以抵抗工作載荷而出現(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)下的材料開裂，包括脆性斷裂、韌性斷裂、疲勞斷裂和腐蝕斷裂。熱鍛模具的斷裂（尤其是早期斷裂），與工作載荷過大、材料處理不當(dāng)以及應(yīng)力集中等相關(guān)。
（4） 熱磨損：為模具工作部位與被加工材料之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的損耗，包括尺寸超差和表面損傷。模具工作溫度、模具的硬度、合金元素以及潤(rùn)滑條件等影響模具磨損。相對(duì)運(yùn)動(dòng)劇烈和凸起部位的模具容易產(chǎn)生磨損失效。
三 選材一般規(guī)律和熱處理技術(shù)要求
根據(jù)熱鍛模具的一般失效形式，模具選材上主要考慮熱硬性、強(qiáng)韌性、淬透性、脫碳敏感性、熱疲勞性能等。從熱處理角度：耐磨性、硬度、熱處理變形、表面脫碳等。這里只介紹幾種最主要的性能。
1、 熱硬性，也叫紅硬性是指模具在受熱或高溫條件下保持組織和性能穩(wěn)定，具有抗軟化的能力，它主要取決于材料化學(xué)成分和熱處理制度，一般這類鋼材中含有較高的V, W, Co，Nb, Mo等高熔點(diǎn)和易形成多元碳化物元素。
2、 強(qiáng)度和韌性主要根據(jù)模具的承載要求考慮，鋼的晶粒度，碳化物的數(shù)量、形態(tài)、大小、分布以及殘余奧氏體的含量等對(duì)模具的強(qiáng)度和韌性有很大影響。它主要取決于鋼材的化學(xué)成分、冶金質(zhì)量（如氣體含量、夾雜物、S、P含量等）、組織狀態(tài)（合理的球化退火，改善組織的均勻性和碳化物的形態(tài)）和熱處理工藝合理運(yùn)用。
3、 淬硬性和淬透性：淬硬性是指材料淬火后所能夠達(dá)到的硬度范圍，主要與材料的碳含量有關(guān)。而淬透性是指材料在淬火后得到馬氏體組織的能力，它主要取決于鋼的化學(xué)成分。根據(jù)模具使用條件各有側(cè)重，如對(duì)要求表面高硬度的沖裁模具，淬硬性顯得更重要，對(duì)于要求整個(gè)截面具有均勻一直性能的熱鍛模具，則淬透性更重要。
當(dāng)然，影響熱鍛模具壽命的因素很多，在選擇材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)熱鍛模具的具體工作條件合理選用，下表為兩種主要模具常用選材：
