鑄造熱鍛模具鋼在農機制造中的應用

陳 宏

（佳木斯技師學院，黑龍江 佳木斯 154000）

本文主要探討鑄造熱鍛模具鋼的性能特點，以及在農機制造中的應用情況，并且就應用此項工藝中的容易產生的問題，以及應該注意的事項進行了初步的探討。

1 熱鍛模具鋼的性能

（1）鑄造模具鋼的力學性能。室溫下，鑄造模具鋼和鍛造模具鋼抗拉強度、屈服強度幾乎相等。鑄鋼伸長率和斷面收縮率明顯低于鍛鋼。但最重要的是鑄造模具鋼中存在個明顯屈服點，說明鑄造模具鋼并不脆。生產實踐表明，熱鍛模具硬度在可行范圍內，并且沖擊韌性值一定時，基本能滿足實際工況要求。

（2）鑄造模具鋼的紅硬性。高熱狀態下工作的模具，紅硬性是很重要的指標。鑄造模具鋼最獨特的優點是經540℃ 回火后，硬度比鍛造度。這是由于鑄造模具鋼在凝固過程中，其枝晶間的空隙中存在著元素的偏析，有助于提高抗回火性能。

（3）鑄造模具鋼的缺口敏感性。鑄造熱鍛模使用經驗表明，鑄造模具鋼在疲勞負荷下缺口敏感性比鍛造模具鋼小很多。鑄造熱鍛模具鋼具有較高抗熱疲勞性能，形成細小裂紋后，擴展速度都比同一鋼種鍛造模具慢得多。鑄造模具對缺口不敏感，該特性在實踐中已得到證明。

（3）鑄造模具鋼的抗熱疲勞性。除機械原因如磨損、打壞以外，鑄造模具鋼基本上多是由于以下類型的缺陷而報廢：熱疲勞裂紋；麻點；熔接。這進一步表明，熱疲勞實際包含了所有這些缺陷，是促使模具報廢的主要原因。對此，應該設法提高模具鋼的熱疲勞抗力作為提高模具壽命的主要著眼點。研究表明，鑄造模具鋼的熱疲勞裂紋萌生較晚，熱疲勞裂紋擴展較慢，具有較好的抗熱疲勞性能。

（5）熱穩定性。由新型鑄造熱鍛模具鋼與5CrMnmo鋼在650℃保溫不同時間的硬度變化。可見，5CrMnmo鋼在 650℃時硬度明顯低于新型鑄造熱鍛模具鋼，隨保溫時間延長，5CrMnmo鋼硬度下降速度高于后者。因此，新型鑄造熱鍛模具鋼具有高的熱穩定性。

2 熱鍛模具鋼在農機制造中的應用

（1）半軸法蘭盤鍛模。采用新型鑄造熱鍛模具鋼制造（051-1）12·38·201 半軸法蘭盤鍛模（上模 69kg，下模 73kg），應用設備為3t錘鍛模。應用結果表明：采用5CrMnmo鍛造模塊加工成的模具平均每套可鍛造法蘭盤2500～3000件，最終會因模腔嚴重龜裂而失效；而用新型鑄造熱鍛模具鋼所制模具能夠鍛造同種法蘭盤5800件，這個數量幾乎是5CrMnmo鍛造模塊加工的二倍。并且其失效是由于一個3mm的渣孔（鑄造缺陷）引起的裂紋所致。

（2）護刃器鍛模。采用新型模具鋼制成1000系列聯合收割機雙聯護刃器模具（上模 75kg，下模69kg），應用的設備為630t摩擦壓力機。應用結果表明：用5CrMnMo鍛造模塊加工成的模具鍛造護刃器，上模平均壽命為1000～1500件，下模平均壽命為2000～2500件，最終因模腔工作面龜裂和磨損而失效；用新型鑄造熱鍛模具鋼所制模具鍛造同類件，上模平均壽命為2000～2500件，下模平均壽命為3000～3500件，均遠遠超出5CrMnMo鍛造模塊加工效果，并且值得注意的是其失效原因為龜裂。

3 熱鍛模具鋼工藝存在的問題及建議

（1）精密鑄造工藝不過關，尺寸精度和表面粗糙度還達不到要求。在鑄造過程中，因為鑄造環節多，所以易產生氣孔、縮孔、砂眼等鑄造缺陷，導致力學性能不如鍛鋼；精鑄熱鍛模具制造過程的控制不夠嚴格，由鑄造、熱處理及機械加工磨削（加工、電火花加工所產生的微裂紋促進精鑄模具的）早期斷裂，這在精鑄模具開裂中占有很大比例。此外鑄鋼的熱處理工藝不完善也是一方面的原因，不恰當的熱處理也易導致早期斷裂，如回火不充分、內應力過大等。

（2）鑄鋼的合金化不合理。以前使用的精鑄熱鍛模具鋼大多采用原鍛造模具鋼的化學成分，5CrNiMo、5CrMnMo、H13等而多數鍛造模具鋼屬于低、中碳中合金鋼；都具有鑄造性能不佳的特點，如流動性差、縮孔、縮松傾向大等，另一方面更重要的是鑄態和鍛態金屬性能差異較大，合金化的特點不同，采用原鍛造模具鋼的化學成分進行精鑄熱鍛模具鋼生產不能獲得最佳使用性能。精鑄熱鍛模具鋼合金化應充分發揮精鑄熱鍛模具鋼的性能優勢，如抗熱疲勞性、熱穩定性和耐磨性，而極力避免開其低塑性帶來的問題，如顯微開裂等。

（3）對熱鍛模具鋼韌性要求過高。通常熱鍛模具是以沖擊韌性作為韌性指標的，但是因為鑄造金屬的強韌性較低，特別是沖擊韌性明顯低于鍛造金屬。所以也就是常被認為是精鑄模具質量穩定性差，易發生早期脆性斷裂的主要原因。從熱鍛模具使用的工況條件和失效情況分析，熱鍛模所能夠承受的是小能量多沖載荷，而不是大能量沖擊。如果過分提高精鑄熱鍛模具鋼韌性，則會造成其它性能的降低，而且這種情況下還不能有效地避免早期的脆性斷裂。所以，精鑄熱鍛模具鋼以提高沖擊韌性為合金化的主要依據是不恰當的。

（4）模具鋼的熱疲勞抗力和高溫耐磨性尚待提高。目前國內精鑄熱鍛模具鋼壽命與國外相比尚有距離，造成這個狀況的原因主要是精鑄熱鍛模具鋼的熱疲勞抗力和高溫耐磨性較低的。熱疲勞裂紋過早出現的時候，往往會促進精鑄模具的早期斷裂或疲勞斷裂，加速熱磨損從而使模具壽命降低。通常那些以磨損為主要失效形式的模具具有較高的壽命，該類模具往往具有高的熱疲勞抗力和高溫耐磨性。

4 結語

總之，鑄造熱鍛模具鋼具有較高的韌性、熱穩定性和冷熱疲勞抗力，能滿足農機制造中大多數模具使用要求，而且制造周期短，不用改鍛，可精密成型，加工余量小，具有顯著的經濟效益與社會效益，應用前景廣闊。但是鑄造熱鍛模具鋼尚存在很多技術問題，需要廣大科技人員繼續努力，逐步加以解決。隨著研究的深入和應用的拓寬，鑄造熱鍛模具鋼將不僅僅在農機制造中得到廣泛的應用，還會在現代工業中發揮更大的作用。

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