塑料模具鋼4Cr13鍛造工藝教程版

塑料模具鋼是一種用于塑料制作的模具鋼。塑料模具材料主要以模具鋼為主，塑料模具鋼是非金屬成形模中用量大的一種模具，除要求有一定強度、韌性、硬度外，還對鋼的冷加工性能、熱處理工藝性能、鏡面性能、光潔度、蝕刻性能、耐磨性能、抗磨損性能等有特殊的要求。塑料模具鋼的發(fā)展推動(dòng)了工業(yè)產(chǎn)品向高級化、多樣化、個(gè)性化、高附加值的方向發(fā)展。世界各國都把模具鋼產(chǎn)量統計到合金工具鋼中，其產(chǎn)量約占合金工具鋼的70%～80%。

下面就來(lái)講講塑料模具鋼中的4Cr13，4Cr13屬于馬氏體類(lèi)型不銹鋼，經(jīng)熱處理后，具有優(yōu)良的耐腐蝕性能、拋光性能、較高的強度和耐磨性，適宜制造承受高負荷、高耐磨及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具、透明塑料制品模具。

一、4Cr13組成

4Cr13塑料模具鋼的化學(xué)成分表

實(shí)際生產(chǎn)中要盡可能降低P、S含量，降低鋼中H、O、N含量，一般要求H含量≤2ppm。要采用有效的工藝措施，提高鋼水純凈度和表面質(zhì)量，減少鋼錠的偏析、縮孔和疏松。

二、技術(shù)要求

（1）非金屬夾雜物合格級別見(jiàn)表2，檢驗標準按GB/T10561—2005執行。

非金屬夾雜物

（2）鍛件表面質(zhì)量及超聲檢測要求： 

（a）不允許有目視可見(jiàn)的裂紋、縮孔、折疊等缺陷；

（b）單個(gè)φ2mm~φ3mm缺陷的個(gè)數不得超過(guò)3個(gè)，φ3mm~φ4mm缺陷的個(gè)數不得超過(guò)1個(gè)；

（c）長(cháng)條或密集形點(diǎn)狀不連續的當量平底孔直徑≤φ2mm。

三、工藝流程

4Cr13模塊的規格范圍為：寬度:800mm~1000mm，厚度:160mm~500mm，采用5t~11t鎮靜鋼錠制造。 

工藝流程：鋼錠熱送—入爐加熱—鍛造—熱處理一鍛件檢驗—入庫。

3.1鍛造加熱

鍛造加熱過(guò)程的主要參數是加熱溫度和保溫時(shí)間。鋼錠的加熱溫度和保溫時(shí)間是根據鋼錠的材質(zhì)和斷面尺寸等因素進(jìn)行選取的。

為了防止因低溫性能差而出現過(guò)大的組織應力，要求在低溫下緩慢加熱。 

因此，鋼錠加熱時(shí)采用650~700℃保溫，然后緩慢升溫到800~850℃，升溫速度≤50℃/h。由于850℃以上鋼 錠的導熱性能很好，為了防止晶粒過(guò)分長(cháng)大,影響鍛造性能,所以在850℃以后快速加熱到始鍛溫度。

鍛造加熱曲線(xiàn)

對生產(chǎn)的4Cr13塑料模具鋼模塊進(jìn)行超聲檢測，在整個(gè)工件中心部位均發(fā)現φ2 mm以上的密集型缺陷,進(jìn)而對缺陷部位進(jìn)行高倍檢查,發(fā)現顆粒狀碳化物條帶。

由于4Cr13塑料模具鋼在生產(chǎn)過(guò)程中屬于高碳鋼,而且合金含量比較高,極易出現微觀(guān)偏析的現象,在鋼錠加熱過(guò)程中通過(guò)提高始鍛溫度和增加保溫時(shí)間,進(jìn)行高溫擴散,可有效降低偏析程度,實(shí)現化學(xué)成分均勻化，保證鍛件的內部質(zhì)量。

改進(jìn)的加熱工藝

3.2鍛造工藝

根據公司設備及工裝輔具情況,鍛造過(guò)程采用兩墩兩拔，并對墩粗過(guò)程進(jìn)行數值模擬,以確定墩粗高度。 

墩粗采用上墩粗板和下漏盤(pán)，采用模擬軟件deform-3d對墩粗過(guò)程進(jìn)行模擬。

模擬墩粗工藝建立的幾何模型

不同壓下量情況下鍛件的等效應變情況

鋼錠在凝固過(guò)程中不可避免地存在疏松、縮孔、非金屬夾雜物等冶金缺陷。 

為了破碎鋼錠的鑄態(tài)組織,鍛合鋼錠內部的疏松、孔洞等缺陷，應有足夠的變形量，缺陷周?chē)鸀樨摰撵o水壓 力，合適的鍛造溫度和保溫時(shí)間；孔隙表面未被氧化,不存在非金屬夾雜物。圖4中給出了不同壓下量的情況下坯料等效應變的分布情況。 

從圖（不同壓下等效應變去圖）可以看出,在墩粗過(guò)程中,除與上墩粗板和下漏盤(pán)接觸處外，坯料心部先開(kāi)始變形；并且隨著(zhù)壓下量的不 斷增大,心部等效應變逐漸增大,而且最大等效應變發(fā)生在坯料心部，等效應變最小區域發(fā)生在上下接觸面部分。當坯料壓下量在50%時(shí)，坯料大部分區域等效應變達到0.625以上，心部等效應變達到1，而上下與工輔具接 觸處等效應變小于0.25，可以通過(guò)后續拔長(cháng)過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步壓實(shí)，以保證心部質(zhì)量。 

大鋼錠中心部位雜質(zhì)較多,疏松、殘余縮孔較嚴重,不易被鍛合，主要是由于鍛不透所致。因此,在拔長(cháng)過(guò)程中，必須保證足夠的壓下量和合理的砧寬等因素,使鍛件端部呈現凸出的現象,在鍛件心部產(chǎn)生足夠的變形,鍛合心部缺陷。

四、理化檢驗結果

非金屬夾雜物檢驗結果如表4所示。鍛件表面及超聲檢測結果滿(mǎn)足技術(shù)要求。

5、結論

(1)從理化檢驗結果可知，所選用的鍛造工藝是合理可行的。

(2)在設計4Cr13塑料模具鋼鍛造工藝時(shí)，應根據工廠(chǎng)設備情況考慮采用高溫擴散和兩墩兩拔工藝,這對于解 決鋼錠偏析問(wèn)題和孔隙鍛合問(wèn)題有一定的作用。