隨著模具在機械制造業中的應用日益增強,模具性能和使用壽命成為衡量模具制造水平的重要標志。在影響模具質量的眾多制造因素中,材料的冶金質量和模具熱處理水平的影響最為重要。對于冶金行業而言,提高材料純凈度和碳化物的均勻性是高質量模具鋼的發展方向。作為通用型冷作模具鋼,2鋼具有良好的淬透性和淬硬性、較高的耐磨性以及熱處理變形小等特點,廣泛應用于形狀復雜的沖孔凹模、冷擠壓模、滾絲輪、搓絲板、冷剪切刀和精密量具。通過對模具失效原因的分析發現鋼材的共晶碳化物不均勻度和氧含量(包括氧化物類夾雜物)是影響模具壽命的最主要材料質量原因。本文對影響D2鋼共晶碳化物不均勻度和氧含量的冶金工藝參數進行了探索性研究,確定了符合企業技術裝備特點和能力的工藝參數。

為了保證試驗結果具有系統性和可比性,本文研究的D2鋼化學成分按照ASTM A681標準執行,標準成分和內控成分如表1所示。鋼材的共晶碳化物不均勻度按照GB 1299中的方法和規定進行檢驗和評定,氧含量采用RD—600型定氧儀進行測定。除了進行工藝試驗的丁藝參數外,其他工藝參數(精煉鋼澆注工藝、電渣重熔工藝、快鍛機拔長工藝和退火工藝)全部按照相關技術規程和工藝規定執行。

影響共晶碳化物不均勻度的工藝因素

D2鋼中的Cr 、 Mo、V 等合金元素在凝固和共析轉變過程中會形成大量碳化物,盡管經軋制或鍛造等熱變形工序能夠破碎魚骨狀共晶碳化物,但由于受到軋制或鍛造方向影響,鋼中的碳化物分布仍然是不均勻的。當鋼中存在大顆粒碳化物或碳化物分布不均時會降低鋼的機械性能并導致模具在熱處理過程中出現變形、開裂等問題,因此共晶碳化物不均勻度是衡量D2鋼實物質量水平的重要技術指標。

鍛比的影響

本文選用幣1 100 mm電渣錠進行鍛比對鋼材共晶碳化物不均勻度影響試驗,試驗鍛比的選擇范圍為2~8。從圖1中的曲線變化可以看出,隨著鍛比由2逐漸增大到8 ,鋼材的共晶碳化物不均勻度得到了改善,評級由6.0級降低到4.0級。當鍛比等于4時,共晶碳化物不均勻度的級別為5.0級,能夠滿足用戶的要求。一般來說,鍛比只能概略地說明鍛壓效果,不能準確地反映微觀組織和性能的變化[3]。因此實際生產中在保證一定鍛比的前提下,必須在拔長工序中有大壓下量道次,保證碳化物充分破碎。

影響氧含量的工藝因素

對于模具材料而言,隨著氧含量的增加,氧化物的顆粒和數量都隨之增長,鋼的疲勞性能降低，在模具熱處理和使用過程中容易產生熱裂紋"l。因此降低氧含量成為高質量模具鋼的發展趨勢。隆繼的D2鋼一般采用EAF+LF + VD和EAF +LF+ VD +ESR兩種冶煉工藝進行生產,本文分別對上述兩種冶煉工藝中的LF＋+VD爐精煉和 ESR二次精煉進行了控制氧含量工藝試驗。

LF+ VD工藝的影響

對于LF+VD精煉過程而言,加強LF爐還原期脫氧及保證VD爐真空脫氣效果是降低氧含量的主要工藝措施。試驗中在LF爐采用聯合脫氧,控制白渣堿度≥4及VD爐真空度≥67Pa。表3中的結果顯示,與正常生產的平均氧含量32.57×10-“相比，工藝試驗D2鋼中的[О]僅為16x10-,降低幅度達到50.88% ,控制D2鋼氧含量試驗達到預期效果。

一般來說,電渣鋼重熔過程中結品器內的微正壓可以在一定程度上避免鋼中氧含量增加。本文研究了采用330 mm電極重熔成610 mm電渣錠時,不同電極表面狀態-車光(見圖3)和黑皮對電渣鋼氧含量的影響。表4中的檢驗結果顯示采用不同表面狀態電極生產的電渣鋼中氧含量與電極相比分別增加了12.5%和 37.5%。試驗結果表明電極表面狀態對電渣鋼氧含量影響較大,與車光電極相比,采用黑皮電極生產的電渣鋼氧含量多增加了25% 。

( 1>)隨著鍛比的增加,D2鋼的共晶碳化物不均勻度明顯改善。對于1 100 mm電渣錠而言,當鍛比由2增大到8時,共晶碳化物不均勻度得到了改善,評級從6.О級降低到4.0級。

(2>在相同鍛比條件下,D2鋼的共晶碳化物不均勻度級別隨著錠型尺寸的增加而增大。當鍛比相近時(2.9 ~3.1 ) ,平均直徑為970 mm的十二角錠和平均直徑為820 mm的八角錠鍛制成材后,前者的共晶碳化物不均勻度評級要比后者高1級。

(3）采用LF+VD工藝進行精煉, D2鋼的氧含量可以控制在16× 10°ppm以下。

(4）重熔電極表面狀態對D2電渣鋼氧含量有較大影響,與車光電極相比,采用黑皮電極生產的電渣鋼氧含量多增加了25%。