模具钢锻材A生产工艺与硬度相关性研究

2021-07-27马贵斌

山西冶金 2021年3期

马贵斌

（山西太钢不锈钢股份有限公司，山西太原 030003）

1 模具钢锻材A生产工艺

模具钢A是预硬塑料模具钢，出厂硬度可以达到HRC37-43，有良好的抛光性能与雕饰性，放电加工性佳，焊接性能佳，表屑不会硬化，机械加工性能卓越，一般用在镜面抛光模具，防灰尘，电视机滤光板，化妆品盒，精密皱纹加工模具，办公自动化设备，模具钢锻材A的化学成分见表1，实物见图1。

表1 模具钢锻材A的化学成分 %

图1 实物图片

模具钢锻材A生产工艺：电炉冶炼—径锻锻造—热处理—车光—检验—交库。

模具钢锻材A硬度不合问题一直是困扰某厂生产组织和合同兑现的问题，鉴于此，课题组对整个工艺流程进行排查，发现热处理工艺对塑料模具钢锻材A硬度的影响较大，于是对同一批材料采用不同的工艺进行实验，结合相应金属材料相关理论进行分析，寻找最佳生产工艺。

2 模具钢锻材A的理论基础

模具钢锻材A属于析出强化钢，析出强化是指金属在过饱和固溶体中溶质原子偏聚区和（或）由之脱溶出微粒弥散分布于基体中而导致硬化的一种热处理工艺。模具钢锻材A钢材在固溶处理后，在400～500℃进行沉淀硬化处理，可获得很高的强度。即某些合金的过饱和固溶体在室温下放置或者将它加热到一定温度，溶质原子会在固溶点阵的一定区域内聚集或组成第二相，从而导致合金的硬度升高的现象。

析出强化的热处理工艺过程为固溶处理+时效处理，机制为弥散强化。

析出强化机理是因为金属材料中第二相粒子从过饱和固溶体里析出而引起应变，从而引起金属点阵的强化［1］。

3 实验经过和实验结果

组织一批模具钢锻材A进行试制，考虑该材料要求表面交货状态为车光交货，而且硬度要求HRC37-43，如果锻造完毕时效后再车光处理，因其硬度太高而不利于车光（车光最佳硬度在HRC35以下），初步设定按工艺路线A执行：径锻锻造(控制终锻温度和变形量）—退火—车光—时效——检验—交库。之所以在车光之前在加一个退火工艺，主要由于锻后空冷后硬度为HRC45-47，仍不适合车光加工，退火工艺见下页图2。

图2 退火曲线

按此工艺退火后硬度为HRC31-33，比较适合车光，车光后进行时效处理，工艺见下页图3。

图3 时效工艺曲线

时效后进行回火处理，工艺见下页图4。

时效和回火后洛氏硬度HRC结果见表2。

表2 时效和回火后洛氏硬度HRC结果

以上结果显示按工艺A生产的模具钢A硬度不均匀，不符合交货标准，经查阅有关资料，该工艺虽然通过控制终锻温度和变形虽然锻完能保证该材料是奥氏体组织，由于锻机的锻透能力问题，同一截面变形不均匀，局部形变大的部位会出现回复和再结晶，未经变形的组织仍会保持原始状态或者仅仅是形状发生改变，导致锻材整体的组织不均匀，后续形成的贝氏体组织也不均匀，造成硬度不均匀，组织见图5。