模具鋼鍛材A生產工藝與硬度相關性研究

馬貴斌

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

1 模具鋼鍛材A生產工藝

模具鋼A是預硬塑料模具鋼，出廠硬度可以達到HRC37-43，有良好的拋光性能與雕飾性，放電加工性佳，焊接性能佳，表屑不會硬化，機械加工性能卓越，一般用在鏡面拋光模具，防灰塵，電視機濾光板，化妝品盒，精密皺紋加工模具，辦公自動化設備，模具鋼鍛材A的化學成分見表1，實物見圖1。

表1 模具鋼鍛材A的化學成分 %

圖1 實物圖片

模具鋼鍛材A生產工藝：電爐冶煉—徑鍛鍛造—熱處理—車光—檢驗—交庫。

模具鋼鍛材A硬度不合問題一直是困擾某廠生產組織和合同兌現的問題，鑒于此，課題組對整個工藝流程進行排查，發現熱處理工藝對塑料模具鋼鍛材A硬度的影響較大，于是對同一批材料采用不同的工藝進行實驗，結合相應金屬材料相關理論進行分析，尋找最佳生產工藝。

2 模具鋼鍛材A的理論基礎

模具鋼鍛材A屬于析出強化鋼，析出強化是指金屬在過飽和固溶體中溶質原子偏聚區和（或）由之脫溶出微粒彌散分布于基體中而導致硬化的一種熱處理工藝。模具鋼鍛材A鋼材在固溶處理后，在400～500℃進行沉淀硬化處理，可獲得很高的強度。即某些合金的過飽和固溶體在室溫下放置或者將它加熱到一定溫度，溶質原子會在固溶點陣的一定區域內聚集或組成第二相，從而導致合金的硬度升高的現象。

析出強化的熱處理工藝過程為固溶處理+時效處理，機制為彌散強化。

析出強化機理是因為金屬材料中第二相粒子從過飽和固溶體里析出而引起應變，從而引起金屬點陣的強化［1］。

3 實驗經過和實驗結果

組織一批模具鋼鍛材A進行試制，考慮該材料要求表面交貨狀態為車光交貨，而且硬度要求HRC37-43，如果鍛造完畢時效后再車光處理，因其硬度太高而不利于車光（車光最佳硬度在HRC35以下），初步設定按工藝路線A執行：徑鍛鍛造(控制終鍛溫度和變形量）—退火—車光—時效——檢驗—交庫。之所以在車光之前在加一個退火工藝，主要由于鍛后空冷后硬度為HRC45-47，仍不適合車光加工，退火工藝見下頁圖2。

圖2 退火曲線

按此工藝退火后硬度為HRC31-33，比較適合車光，車光后進行時效處理，工藝見下頁圖3。

圖3 時效工藝曲線

時效后進行回火處理，工藝見下頁圖4。

時效和回火后洛氏硬度HRC結果見表2。

表2 時效和回火后洛氏硬度HRC結果

以上結果顯示按工藝A生產的模具鋼A硬度不均勻，不符合交貨標準，經查閱有關資料，該工藝雖然通過控制終鍛溫度和變形雖然鍛完能保證該材料是奧氏體組織，由于鍛機的鍛透能力問題，同一截面變形不均勻，局部形變大的部位會出現回復和再結晶，未經變形的組織仍會保持原始狀態或者僅僅是形狀發生改變，導致鍛材整體的組織不均勻，后續形成的貝氏體組織也不均勻，造成硬度不均勻，組織見圖5。

圖5 不均勻組織

于是考慮在時效之前加一次固溶處理，按工藝路線B再生產一批同爐號的模具鋼A。

工藝路線B：徑鍛鍛造（控制終鍛溫度和變形量）—退火—車光—固溶處理—時效——檢驗—交庫。

工藝路線B和工藝A的主要區別為在時效前增加一次固溶處理，固溶處理的曲線見圖6。

圖6 固溶曲線

按工藝路線B生產的模具鋼A洛氏硬度HRC結果見表3。

表3 工藝路線B生產的模具鋼A洛氏硬度HRC結果

按工藝路線B生產的模具鋼A其組織見圖7。結果顯示組織均勻，硬度檢測結果也相對均勻，完全符合交貨標準。

圖7 重新固溶+時效后的組織

4 結語

通過對模具鋼鍛材A生產工藝的排查，優化了生產工藝，解決了該材料硬度不均勻問題，及時完成合同交付，同時為后續該材料進一步的工藝優化和市場開發積累了經驗。