大型Cr12MoV钢锻件的锻造工艺分析

吕玉荣

（鹤壁职业技术学院交通与材料工程学院，河南 鹤壁 458030）

Cr12MoV钢具有高硬度、高耐磨性的优点，是我国最常用的冷作模具钢之一，因此被广泛用于高精度、高负荷、高寿命的冷变形模具[1-3]。但它的缺点也不容忽视，由于其变形抗力大，塑性变形能力差，锻造温度范围区间小，因此大型锻件的锻造工艺十分复杂，锻造时难度较大，很难保证大型锻件的质量[4-5]。

本文对大型Cr12MoV钢锭的锻造工艺进行了试验研究，并总结出了大型锻件的锻造要点。

1 Cr12MoV钢的化学成分及各成分作用

1.1 化学成分

Cr12MoV钢的化学成分见表1。

表1 Cr12MoV钢的化学成分 （%）

1.2 各成分作用

C元素质量分数越高，硬度和耐磨性越大，而Cr12MoV钢的C元素质量分数为1.45%~1.70%，属于高碳钢，因此其硬度和耐磨性都高。Cr元素可以增加钢的淬透性，提高其回火的稳定性，并且还会使其产生二次硬化现象。Mo元素可以使钢的淬透性增加，同时还可以细化晶粒，从而起到细晶强化的作用。V元素既能细化晶粒、提高韧性，又能形成高硬度的碳化钒（VC），从而进一步提高钢的耐磨性[6-8]。

2 大型Cr12MoV钢锻件的锻造工艺分析

2.1 锻前准备

由于钢锭本身就存在各种不同程度的铸造缺陷，因此加热前需要清除相关缺陷，如钢锭表层的氧化皮和表面裂纹等。

采用切削加工后，还要对钢锭进行磁力探伤，保证钢锭内部不能有残留的裂纹。

2.2 锻造所用钢锭选择

试验所用钢锭质量及相关锻造工序、总锻比见表2。

表2 锻件工序安排

2.3 锻造特点

由于Cr12MoV钢的C元素质量分数和Cr元素质量分数都很高，并且所含合金元素也多，因此其晶体结构比较复杂；又由于金相组织中的莱氏体脆性大，因此Cr12MoV钢很难进行塑性变形。

基于Cr12MoV钢的金相组织及性能分析，需要严格控制锻造温度范围。锻造时，试验采取的始锻温度在1 100~1 150℃之间，终锻温度在900~950℃之间。

具体保温时间根据工件大小进行合理选择，选择原则是既要保证锻件热透，又要防止锻件内部的晶粒长大，还要防止锻件发生过热现象或过烧现象。如果锻件发生了过热现象，其组织会过分长大，从而降低其力学性能；如果发生了过烧现象，严重的可能会出现锻件的报废，无法保证试验的顺利进行。

此外，由于Cr12MoV钢的锻造温度范围区间较小，只有100~200℃，而锻件又属于大型锻件，一次加热后的锻造时间较短，到终锻温度时锻件还没完全锻好，因此需要多次加热锻件、多次锻压，才能完成锻造工作。

3 大型Cr12MoV钢锻件的锻造要点

通过对大型Cr12MoV钢锭的锻造工艺进行分析，得出如下锻造要点。

1）锻造时首先锻透铸锭冒口，以铸锭冒口为夹钳口，其具体锻造尺寸应方便后续锻件的滚动及锻打。但冒口处空心严重，缺陷较多，故可塑性很差，因此在压冒口时，一定要注意不要把冒口压断，以免影响锻造正常进行。

2）去除料头工序必须单独进行，其温度应控制在1 100~1 120℃之间。

3）大型锻件的锻压设备最好采用液压机进行锻造，在首次锻压时，压头的工作行程不宜超过15 mm，以后各次的工作行程只要不超过30~50 mm即可。

4）由于锻造温度范围区间小，因此锻造时需要多次加热、多次锻打。

5）由于大型锻件不宜一次锻压成形，因此锻造时一般需要进行多次滚压，该试验中6个大型锻件各进行了3道滚压工序。锻造比可逐次增加，以此来选择钢锭的直径。

6）如果需要进行镦粗或冲孔工序，必须加镦粗环。

7）C元素质量分数越高，塑性越低；同一C元素质量分数条件下，在一定温度范围内，塑性随着温度的增加而升高，具体见图1。

图1 锻件塑性与温度的关系

图1可以作为锻造温度的选择依据。通过试验可知：加热温度应在1 180~1 200℃之间，始锻温度为1 120~1 140℃，终锻温度不能低于900℃，入炉温度为20~40℃。

8）为了消除锻造应力、细化组织、均匀化组织、降低硬度，每次锻打后都要进行退火处理。Cr12MoV钢的退火曲线见图2。

图2 Cr12MoV钢的退火曲线

图中：1段、3段加热速率为100~120℃/h；2段随炉冷却到650℃，炉底移出；4段冷却速率为20~30℃/h；5段冷却速率为10℃/h，然后移至空气中。

4 结论

1）由于Cr12MoV钢大型锻件的锻打难度大，如果在锻打过程中产生了缺陷，会很难清除，进而会造成很大的经济损失，因此在锻打时切记不要粗心大意。

2）通过锻造工艺分析得出，只要严格遵守以上锻造要点，锻件的成品率可以超过80%。