專利名稱：一種模具鋼大型模塊鍛件的熱加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金行業(yè)模具鋼的熱加工成型方法，尤其是指模具鋼模塊鍛件的熱加工成型方法。
背景技術(shù)：
模具鋼是特殊的合金鋼，一般可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具用鋼三大類。熱作模具鋼主要用于制造在高溫狀態(tài)下對(duì)金屬進(jìn)行熱加工用的模具，如熱鍛模具(5CrNiMo等鍛壓模塊用低合金熱作模具鋼；5CrNiMo模具鋼是傳統(tǒng)常用的熱鍛模具鋼，其韌性高，承受沖擊性能好，淬透性強(qiáng)，且具有一定的熱疲勞抗力，廣泛用于制造形狀復(fù)雜，沖擊負(fù)荷大，要求高強(qiáng)度和較高韌性的中大型模塊鍛件)、熱擠壓模具、壓鑄模具、熱剪切模具等。塑料模具用鋼主要用于生產(chǎn)批量較大、模具尺寸較大、形狀復(fù)雜、尺寸精度及表面粗糙度要求較高的塑料成形模具或模架。因此，制造模塊鍛件的模具鋼，通常包括塑料模具用鋼以及熱作模具鋼中的5CrNiMo等熱鍛模具用鋼。
從模塊重量來看，采用模具鋼生產(chǎn)的模塊鍛件可分為大型模塊(單重5噸以上)、中小型模塊(單重5噸以下)。大型模塊由于重量大、體積大，因此鋼錠的加熱、鍛造難度也大。
目前，采用模具鋼鋼錠生產(chǎn)大型模塊時(shí)，大都采用“傳統(tǒng)的五火鍛造方法”，其特點(diǎn)是鋼錠一火(鋼錠第一次進(jìn)加熱爐升溫保溫，后面略)加熱后，鍛壓機(jī)對(duì)鋼錠頭部壓把鍛造；壓把鋼錠二火加熱后，鍛壓機(jī)對(duì)鋼錠進(jìn)行鐓粗變形鍛造；鐓粗坯三火加熱后，鐓粗坯出加熱爐翻身(鋼錠重量大、體積大，鐓粗坯加熱陰陽(yáng)面溫差很大)；翻過身的鐓粗坯四火加熱后，鍛壓機(jī)將鐓粗坯變形(鍛造)成方形或扁形鍛坯，再將鍛坯拔長(zhǎng)至中間坯(中間坯尾部呈彎曲狀)；中間坯五火加熱，鍛壓機(jī)扁向、寬向均勻壓下中間坯，根據(jù)用戶的規(guī)格(尺寸)要求，使中間坯成為合格的模塊成品。該鍛造工藝的不足之處在于鍛坯拔長(zhǎng)至中間坯時(shí)，由于鍛坯截面大，變形滲透困難，使鍛坯頭、尾部的中心內(nèi)凹，造成鋼錠成坯率較低，模塊合格格率僅有66.93％(鋼錠中氫含量＜1.50ppm；鋼錠中氫含量也是影響模塊合率的重要因素，氫含量越高，模塊合格率越低。)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明開發(fā)一種模具鋼大型模塊鍛件的熱加工方法，它是對(duì)“傳統(tǒng)的五火鍛造方法”的改進(jìn)，鐓粗坯變形(鍛造)、中間坯拔長(zhǎng)時(shí)，采用“寶塔定型、頭尾重壓”的方式，使鍛坯頭尾向外凸出，提高鋼錠成坯率2％以上；模塊成材時(shí)，采用“先扁后寬，波浪分鍛”的方式，提高和改善模塊的表面質(zhì)量和冶金質(zhì)量。
本發(fā)明提供的一種模具鋼大型模塊鍛件的熱加工方法，其特征是采用“四火強(qiáng)化鍛造方法”，將傳統(tǒng)的“五火鍛造方法”中的“三火加熱，鍛坯爐外翻身”改成“寶塔定型、頭尾重壓”的鍛打方式，“四火中間坯拔長(zhǎng)、五火成材”的二火鍛造方式，合并后改成“先扁后寬，波浪分鍛”的一火鍛造成材方式第一步，鋼錠一火加熱，鋼錠壓把鍛造(1)鋼錠加熱時(shí)，根據(jù)模具鋼的不同鋼種情況，按常規(guī)加熱工藝要求，控制冷鋼錠、熱鋼錠的入爐溫度，以及加熱溫度和保溫時(shí)間；(2)鍛壓機(jī)對(duì)鋼錠頭部進(jìn)行壓把變形鍛造；第二步，鋼錠回爐二火加熱，鋼錠鐓粗變形(1)壓把后的鋼錠陰面向上，回加熱爐第二次加熱；(2)回爐加熱溫度及保溫時(shí)間，按模具鋼具體鋼種的常規(guī)工藝要求；(3)鍛壓機(jī)鍛打，使鋼錠變形鐓粗(見圖1-a)，鍛比1.5～2；第三步，鐓粗坯三火加熱，采用“寶塔定型”的鍛打方式將鐓粗鍛坯變形至“寶塔形”鍛坯(1)鐓粗坯回加熱爐第三次加熱；加熱時(shí)，將鐓粗坯翻轉(zhuǎn)90度回爐加熱，回爐加熱溫度及保溫時(shí)間，按模具鋼具體鋼種的常規(guī)工藝要求；(2)鍛壓機(jī)鍛打鐓粗鍛坯，變形過程是錠→方或/和扁方→扁；(3)以“寶塔定型”方式進(jìn)行變形鍛打先在鐓粗坯表面輕壓1～3遍，使鋼錠鑄態(tài)組織破碎；再取鋼錠溫差較大的兩個(gè)面為模塊鍛件的扁面，以150～200mm的壓下量進(jìn)行鍛壓，確保鍛件中心鍛透壓實(shí)，組織均勻化；當(dāng)鋼錠尾部出現(xiàn)由于“鍛不透”所造成中心內(nèi)凹時(shí)，馬上對(duì)鋼錠中段部位(與鋼錠頭部、尾部相對(duì)應(yīng)的部位)進(jìn)行鍛壓的方式，使其變形為“寶塔形鍛件(見圖1-b)”；第四步，將“寶塔形”鍛件回爐四火加熱，鍛打成合格模塊(1)鍛件陰面向上回爐加熱，回爐加熱溫度及保溫時(shí)間，按模具鋼具體鋼種的常規(guī)工藝要求；(2)以“頭尾重壓”的鍛打方式，使鍛件變成頭、尾外凸的B1×H1中間坯(見圖1-c1、圖1-c2)，B1＝B+150～250mm，H1＝H+150～250mm，B、H分別是成品模塊的寬度、厚度；也就是說，鍛件回爐取出后，馬上利用“高溫”結(jié)合大變形量，對(duì)“寶塔形鍛件”頭部、尾部進(jìn)行重壓變形，使“寶塔形鍛件”的頭部、尾部變形遵循金屬最小阻力定律，達(dá)到頭、尾外凸，中心“鍛透”，頂面圓角較充實(shí)；(3)鍛件拔長(zhǎng)時(shí)，先需輕壓1～3遍，待鋼錠鑄態(tài)組織破碎后，在不產(chǎn)生折迭的前提下，為確保鍛件中心鍛透壓實(shí)，組織均勻化，盡量加大壓下量，壓下量是150～200mm；(4)鍛件拔長(zhǎng)和模塊成材過程中始終執(zhí)行“先扁后寬”的操作方式，“先扁后寬”是指成材鍛造時(shí)，先扁部后寬部，分1～5次對(duì)鍛件變形，便于切除頭尾和校直，同時(shí)也可避免缺角；(5)模塊成材時(shí)，首先采用“波浪分鍛”的鍛造變形方式，將中間坯變成表面呈波浪形的B2×H2鍛件(見圖1-d1、圖1-d2)，B2＝B+80～150mm，H2＝H+120～200mm，使鍛件變形均勻，減少壓痕，確保成材表面質(zhì)量；其次，取坯料X位置處連續(xù)階梯走扁，L1＝(0.6～0.8)×L，L1是坯料X位置的長(zhǎng)度，L是坯料的長(zhǎng)度，鍛壓過程中防止超寬，適時(shí)鍛壓寬部，當(dāng)厚度＝H+80～100mm時(shí)，旋轉(zhuǎn)90度，利用寬展所形成圓弧切尾；最后，當(dāng)寬度＝B+10～50mm、厚度＝H+10～30mm時(shí)，以小而均的變形量將鍛件鍛成表面平整的B×H成品規(guī)格(見圖1-e1、圖1-e2)；(6)鍛件調(diào)頭，以相同的“先扁后寬，波浪分鍛”方式，將鍛件頭部鍛成表面平整的B×H成品規(guī)格(見圖1-f)。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)1、鍛件的頭部、尾部外凸，成品模塊成材率高。
2、鍛件頂面圓角較充實(shí)、表面壓痕較少，成品模塊表面質(zhì)量好。


圖1是模塊鍛件的變形示意圖具體實(shí)施方案某鋼鐵公司實(shí)施本發(fā)明專利，采用“四火強(qiáng)化鍛造方法”，在2000噸鍛壓機(jī)的鍛壓下，將13.2噸/錠重的熱作或塑料模具鋼電爐鋼錠(鋼錠中氫含量＜1.5ppm)鍛造成B×H＝(650～1350)mm×(200～550)mm的大型模塊，現(xiàn)以5CrNiMo熱作模具鋼錠(塑料模具鋼的加工塑性優(yōu)于熱作模具鋼，能夠生產(chǎn)熱作模具鋼大型模塊的熱加工方法，完全能夠生產(chǎn)塑料模具鋼大型模塊，故以較難生產(chǎn)的5CrNiMo熱作模具鋼錠的生產(chǎn)為例。)鍛造成1000mm×300mm大型模塊的生產(chǎn)為例第一步，鋼錠一火加熱，鋼錠壓把鍛造(1)鋼錠加熱時(shí)，根據(jù)模具鋼的不同鋼種情況，按模具鋼的常規(guī)加熱工藝要求，控制冷鋼錠、熱鋼錠的入爐溫度、以及加熱溫度和保溫時(shí)間5CrNiMo冷鋼錠入爐溫度≤550℃、熱鋼錠入爐溫度650～750℃；加熱溫度1200～1220℃，保溫3.5～4.5小時(shí)；(2)鍛壓機(jī)對(duì)鋼錠頭部進(jìn)行壓把變形鍛造；(3)壓把后的鋼錠陰面向上，回加熱爐第二次加熱；第二步，鋼錠回爐二火加熱，鋼錠鐓粗變形(1)回爐加熱溫度及保溫時(shí)間，按5CrNiMo模具鋼的常規(guī)工藝要求溫度1200～1220℃，保溫1.5～2.5小時(shí)；(2)鍛壓機(jī)鍛打，使鋼錠變形鐓粗(見圖1-a)，鍛比＝1.5～2；(3)鐓粗坯回加熱爐第三次加熱；第三步，鐓粗坯三火加熱，采用“寶塔定型”的鍛打方式將鐓粗鍛坯變形至“寶塔形”鍛坯(1)將鐓粗坯翻轉(zhuǎn)90度回爐加熱，回爐加熱溫度及保溫時(shí)間，按5CrNiMo模具鋼的常規(guī)工藝要求溫度1200～1220℃，保溫1.5～2.0小時(shí)；(2)鍛壓機(jī)鍛打鐓粗鍛坯，變形過程是錠→方(或扁方)→扁；(3)以“寶塔定型”方式進(jìn)行變形鍛打先在鐓粗坯表面輕壓1～3遍，使鋼錠鑄態(tài)組織破碎；再取鋼錠溫差較大的兩個(gè)面為模塊鍛件的扁面，以150～200mm的壓下量進(jìn)行鍛壓，確保鍛件中心鍛透壓實(shí)，組織均勻化；當(dāng)鋼錠尾部出現(xiàn)由于“鍛不透”所造成的中心內(nèi)凹時(shí)，馬上對(duì)鋼錠中段部位(與鋼錠頭部、尾部相對(duì)應(yīng)的部位)進(jìn)行鍛壓的方式，使其變形為“寶塔形鍛件(見圖1-b)”；第四步，將“寶塔形”鍛件回爐四火加熱，鍛打成材(1)鍛件陰面向上回爐加熱，回爐加熱溫度及保溫時(shí)間，按5CrNiMo模具鋼的常規(guī)工藝要求溫度1200～1220℃，保溫30分鐘；(2)以“頭尾重壓”的鍛打方式(鍛件回爐取出后，馬上利用“高溫”結(jié)合≥150mm的大變形量，對(duì)“寶塔形鍛件”頭部、尾部進(jìn)行重壓變形)，使鍛件變成頭、尾外凸的B1×H1中間坯(見圖1-c1、圖1-c2)，B1＝B+200mm＝1200mm，H1＝H+150mm＝450mm；(3)鍛件拔長(zhǎng)時(shí)，先需輕壓1～3遍，待鋼錠鑄態(tài)組織破碎后，在不產(chǎn)生折迭的前提下，為確保鍛件中心鍛透壓實(shí)，組織均勻化，盡量加大壓下量，壓下量是150～200mm；(4)鍛件拔長(zhǎng)和模塊成材過程中始終執(zhí)行“先扁后寬”的操作方式，“先扁后寬”是指成材鍛造時(shí)，先扁部后寬部對(duì)鍛件變形，便于切除頭尾和校直，同時(shí)也可避免缺角；(5)模塊成材時(shí)，首先采用“波浪分鍛”的鍛造變形方式，將中間坯變成表面呈波浪形的B2×H2鍛件(見圖1-d1、圖1-d2)，B2＝B+100mm＝1100mm，H2＝H+130mm＝430mm，使鍛件變形均勻，減少壓痕，確保成材表面質(zhì)量；其次，取坯料3/5～4/5的長(zhǎng)度位置連續(xù)階梯走扁，鍛壓過程中防止超寬，適時(shí)鍛壓寬部，當(dāng)厚度＝H+80mm＝380mm時(shí)，旋轉(zhuǎn)90度，利用寬展所形成圓弧切尾；最后，當(dāng)寬度＝B+10～50mm＝1020mm、厚度＝H+10～30mm＝310mm時(shí)，以小而均的變形量將鍛件鍛成表面平整的B×H成品規(guī)格(見圖1-e1、圖1-e2)；(6)鍛件調(diào)頭，以相同的“先扁后寬，波浪分鍛”方式，將鍛件頭部鍛成表面平整的B×H＝1000mm×300mm成品規(guī)格(見圖1-f)。
實(shí)施本發(fā)明專利生產(chǎn)的5CrNiMo熱作模具鋼大型模塊鍛件(模塊成品規(guī)格B＝800～1000mm，H＝250～500mm)、塑料模具鋼(S55C、40Cr、3CrMo、3Cr2NiMnMo等鋼種)大型模塊鍛件(模塊成品規(guī)格B＝600～1350mm，H＝200～550mm)，具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)組織便捷、冶金制造成本低的特點(diǎn)，模塊鍛件的各個(gè)方向尺寸余量控制的較小，端面切除平整，表面無明顯折迭、鍛痕等缺陷，且標(biāo)識(shí)清晰、正規(guī)符合要求。用戶反映在模具型腔加工過程中，未發(fā)現(xiàn)有明顯影響模具使用性能的白點(diǎn)、裂紋、縮孔等缺陷，探傷和硬度檢驗(yàn)結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。與傳統(tǒng)的“五火鍛造方法”生產(chǎn)工藝相比，模塊合格率69.63％，合格率提高2.5％，以該公司年產(chǎn)塑料(或熱作)模具鋼大型模塊6000噸計(jì)算，年增產(chǎn)大型模塊150噸，增加經(jīng)濟(jì)效益75萬元以上。
熱作、塑料模具鋼大型模塊鍛件成材率表1

權(quán)利要求
1.一種模具鋼大型模塊鍛件的熱加工方法，其特征是采用“四火強(qiáng)化鍛造方法”，將傳統(tǒng)的“五火鍛造方法”中的“三火加熱，鍛坯爐外翻身”改成“寶塔定型、頭尾重壓”的鍛打方式，“四火中間坯拔長(zhǎng)、五火成材”的二火鍛造方式，合并后改成“先扁后寬，波浪分鍛”的一火鍛造成材方式第一步，鋼錠一火加熱，鋼錠壓把鍛造(1)鋼錠加熱時(shí)，根據(jù)模具鋼的不同鋼種情況，按常規(guī)加熱工藝要求，控制冷鋼錠、熱鋼錠的入爐溫度，以及加熱溫度和保溫時(shí)間；(2)鍛壓機(jī)對(duì)鋼錠頭部進(jìn)行壓把變形鍛造；第二步，鋼錠回爐二火加熱，鋼錠鐓粗變形(1)壓把后的鋼錠陰面向上，回加熱爐第二次加熱；(2)回爐加熱溫度及保溫時(shí)間，按模具鋼具體鋼種的常規(guī)工藝要求；(3)鍛壓機(jī)鍛打，使鋼錠變形鐓粗鍛比1.5～2；第三步，鐓粗坯三火加熱，采用“寶塔定型”的鍛打方式將鐓粗鍛坯變形至“寶塔形”鍛坯(1)鐓粗坯回加熱爐第三次加熱；加熱時(shí)，將鐓粗坯翻轉(zhuǎn)90度回爐加熱，回爐加熱溫度及保溫時(shí)間，按模具鋼具體鋼種的常規(guī)工藝要求；(2)鍛壓機(jī)鍛打鐓粗鍛坯，變形過程是錠→方或/和扁方→扁；(3)以“寶塔定型”方式進(jìn)行變形鍛打先在鐓粗坯表面輕壓1～3遍；再取鋼錠溫差較大的兩個(gè)面為模塊鍛件的扁面，以150～200mm的壓下量進(jìn)行鍛壓；當(dāng)鋼錠尾部出現(xiàn)中心內(nèi)凹時(shí)，馬上對(duì)鋼錠中段部位進(jìn)行鍛壓，使其變形為“寶塔形鍛件”；第四步，將“寶塔形”鍛件回爐四火加熱，鍛打成合格模塊(1)鍛件陰面向上回爐加熱，回爐加熱溫度及保溫時(shí)間，按模具鋼具體鋼種的常規(guī)工藝要求；(2)以“頭尾重壓”的鍛打方式，使鍛件變成頭、尾外凸的B1×H1中間坯，B1＝B+150～250mm，H1＝H+150～250mm，B、H分別是成品模塊的寬度、厚度；(3)鍛件拔長(zhǎng)時(shí)，先需輕壓1～3遍，再盡量加大壓下量，壓下量是150～200mm；(4)鍛件拔長(zhǎng)和模塊成材過程中始終執(zhí)行“先扁后寬”的操作方式，“先扁后寬”是指成材鍛造時(shí)，先扁部后寬部，分1～5次對(duì)鍛件變形；(5)模塊成材時(shí)，首先采用“波浪分鍛”的鍛造變形方式，將中間坯變成表面呈波浪形的B2×H2鍛件，B2＝B+80～150mm，H2＝H+120～200mm；其次，取坯料X位置處連續(xù)階梯走扁，L1＝(0.6～0.8)×L，L1是坯料X位置的長(zhǎng)度，L是坯料的長(zhǎng)度，鍛壓過程中防止超寬，適時(shí)鍛壓寬部，當(dāng)厚度＝H+80～100mm時(shí)，旋轉(zhuǎn)90度，利用寬展所形成圓弧切尾；最后，當(dāng)寬度＝B+10～50mm、厚度＝H+10～30mm時(shí)，以小而均的變形量將鍛件鍛成表面平整的B×H成品規(guī)格；(6)鍛件調(diào)頭，以相同的“先扁后寬，波浪分鍛”方式，將鍛件頭部鍛成表面平整的B×H成品規(guī)格。
全文摘要
一種模具鋼大型模塊鍛件的熱加工方法，其特征是采用“四火鍛造法”，即“寶塔定型、頭尾重壓、先扁后寬、波浪分鍛”的鍛造成材方式(1)一火加熱，鋼錠頭部壓把；(2)二火加熱，鐓粗變形；(3)三火加熱，鐓粗坯“寶塔定型”鋼坯表面輕壓后，取溫差較大的兩個(gè)面為扁面，大壓下量鍛壓；尾部出現(xiàn)中心內(nèi)凹時(shí)，中部鍛壓；(4)四火加熱，模塊成材“頭尾重壓”使鍛件變成頭尾外凸的中間坯；“先扁后寬，波浪分鍛”使中間坯鍛成波浪形半成品；鍛件調(diào)頭鍛成表面平整的成品。實(shí)施本發(fā)明生產(chǎn)的5CrNiMo熱作模具鋼和S55C、40Cr、3CrMo等塑料模具鋼的大型模塊鍛件，具有工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)組織便捷、制造成本低的特點(diǎn)，成品模塊鍛件質(zhì)量好，提高成材率≥2.5％。
文檔編號(hào)B21J1/00GK1544179SQ20031010888
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月27日
發(fā)明者楊磊, 楊 磊 申請(qǐng)人:寶鋼集團(tuán)上海五鋼有限公司