55NiCrMoV7大型模块的锻造工艺改进

2015-06-21殷勇锋江苏凌飞锻造有限公司

锻造与冲压 2015年11期

文/殷勇锋·江苏凌飞锻造有限公司

文/殷勇锋·江苏凌飞锻造有限公司

殷勇锋，技术部长，工程师，研发中心负责人。主要从事大型锻件的锻造工艺、工装设计、机加工工艺制定以及新产品的新工艺开发。拥有1项发明专利和5项实用新型专利。

采用传统方式锻造的55NiCrMoV7大型模块，往往有探伤合格率低、废品率高的缺点。WHF法预锻制坯＋FM锻造法拔长＋变纤维方向锻造成形的新型锻造工艺，通过三次不同方式的镦拔锻造，锻合内部疏松、缩孔，减少偏析，降低了非金属夹杂物的含量，提高了模块的探伤合格率与力学性能，经济效益得到明显提升。

模具是制造业中极其重要的基础工艺装备，模块是模具产业最重要的技术和物质基础，其品种、规格和质量直接影响到模具的性能、使用寿命和制造周期。模块锻件是典型的宽板类锻件，研究模块锻件的锻造工艺对于工业产品的更新换代速度和产品向高级化、多样化、个性化和高附加值化方向发展有着重要意义。

传统锻造工艺

55NiCrMoV7为欧洲进口合金工具钢，是法国标准（NFA35-590-1992）钢号。采用双真空冶炼模块（电炉+钢包真空精炼+真空浇注）。其成分中的V元素具有细化组织晶粒，提高强度和韧性的作用，使该钢种具有更好的耐磨性、淬透性、热硬性、韧性、尺寸稳定性与耐热疲劳性。与我国广泛应用的5CrNiMo模具钢相比，55NiCrMoV7模块具有更广的使用范围和更长的使用寿命。但该钢种由于V元素的添加，在冶炼制造模块时不可避免的出现疏松、缩孔、夹杂和偏析等内部缺陷，必须通过有效的锻造工艺将这些空洞型缺陷去除，减少偏析，降低非金属夹杂物含量，以获得性能优良的模块。

采用传统的锻造方式锻造该钢种模块，探伤合格率较低，废品率高，容易出现大面积疏松和偏析等探伤缺陷。大型模块的尺寸如用l(长)×b(宽)×h(高)来表示，尺寸特征一般为l/b≥1，b/h≥1.3，h≥300mm。该类型模块的普通锻造工艺是模块镦粗(或倒棱、镦粗)后用上、下超宽砧拔长，进行两次镦拔成形。由于模块内部原有的冶金缺陷和尺寸特征，经镦粗和超宽砧拔长后，其内部疏松、缩孔、偏析和夹杂等缺陷虽有很大改善或消除，但其探伤合格率依旧不高，经济效益低下。

改进后的锻造工艺

本公司选用4块55NiCrMoV7双真空冶炼模块，模块的锻件尺寸为2400mm×1400mm×800mm，重量约22t。采用普通锻造法锻造，超声波探伤合格的仅1块，其余三块的探伤缺陷为中心大面积疏松，部分锻件疏松面积占整个锻件的50%以上，个别出现有当量大于φ12mm冶金缺陷，严重区域甚至探伤底波完全损失。因此，采用新的锻造工艺，对55NiCrMoV7锻件进行返修重锻，具体实施工艺如下。

图1 模块加热曲线

模块加热工艺

参考相关资料，该钢种的最高加热温度约1220℃，考虑到提高加热温度有利于锻合内部空隙和减少锻造变形抗力，且炉温和料温有20℃的温差，故模块最高加热温度可提高至（1240±10）℃，模块加热曲线如图1所示。

WHF法预锻制坯

将炉内模块取出，使用压机上、下平台将模块中心镦粗收厚至1000～1100mm（若为非改锻的钢锭，则将钢锭有效锭身直径镦粗至φ1600mm）。操作机夹持钳口取出锻坯，然后采用WHF法（超宽平砧强压拔长法）迫使模块心部产生较大变形。拔长后模块的尺寸为2400mm×1200mm×1000mm。热切钳柄后，进炉加热至（1240±10）℃，保温3h以上。

图2 WHF法预锻制坯

WHF法预锻制坯能够破碎模块内部的粗大晶枝，将模块的铸态组织转变为锻态组织，初步锻合内部孔隙、压实中心疏松、得到合适的模块制坯尺寸，也为下一火的镦粗锻造提供合适的镦粗高径比，WHF法预锻制坯示意图如图2所示。

FM锻造法拔长

采用上、下大平板将模块高度镦粗至1400mm，然后采用大压下量的FM锻造法拔长（即用上宽砧、下平台对模块进行拔长）。每次上砧的压下量约为压下前坯料高度的10%～12%，进砧宽度为砧宽的80%。为确保压实效果，每压完一次后，将模块翻转90°继续锻压。模块沿原有纤维方向再次拔长尺寸为2400mm×1200mm×1000mm的长方形模块。进炉加热至（1240±10）℃，保温3h以上。

FM锻造法拔长可进一步消除模块内部缩孔、压实中心疏松，足够的保温时间能够使模块内部原子得到充分扩散，使内部缺陷得到焊合，FM锻造法拔长示意图如图3所示。

图3 FM锻造法拔长

变纤维方向锻造成形

采用上、下大平板将模块高度镦粗至1400mm，将模块纤维原长度方向改变为宽度方向，原宽度方向变为长度方向，依旧采用FM锻造法拔长。按图纸尺寸将模块拔长至成品尺寸2400mm×1400mm×800mm后，进行整形。拔长过程中需严格控制终锻温度，模块终锻温度约（850±20）℃。

变纤维方向锻造成形，有利于击碎模块中心的碳化物，改善偏析，可使横向性能与纵向性能比较接近。起到细化非金属夹杂物、消除坯料中部分非金属夹杂缺陷的作用，不仅提高模块探伤合格率，也可提高模块的化学成分偏差检测的合格率与非金属夹杂物的含量测定的合格率。变纤维方向锻造成形示意图如图4所示。

图4 变纤维方向锻造成形

图5 热处理工艺曲线

锻后热处理

模块锻后炉冷至500～550℃，进行锻后热处理，热处理工艺为2次重结晶正火加回火，热处理工艺曲线如图5所示。

质量检测

模块粗加工后，进行100%无损探伤与相关非金属夹杂物检测，经过超声波探伤，原有的大面积疏松缺陷已经消失。返修重锻的3个模块中，超声波探伤均合格，仅有一个模块检测出有两个当量约φ4mm冶金缺陷存在，也符合客户的探伤标准。非金属夹杂物含量和化学成分偏差检测均合格，图6所示为55NiCrMoV7模块锻造实物图。