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塑料模具鋼4Cr13鍛造工藝教程版

點擊次數(shù):1138  更新時間:2023-07-05

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)展推動了工業(yè)產品向高級化、多樣化、個性化、高附加值的方向發(fā)展。世界各國都把模具鋼產量統(tǒng)計到合金工具鋼中,其產量約占合金工具鋼的70%~80%。


下面就來講講塑料模具鋼中的4Cr13,4Cr13屬于馬氏體類型不銹鋼,經熱處理后,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塑料模具鋼的化學成分表


元素CSiMnPSCrNiMoV
標準要求0.35~0.410.9~1.20.4~0.8≤0.025≤0.01013.00~14.00≤0.30≤0.200.25~0.35
實測值0.391.040.490.0110.00413.380.160.010.3


實際生產中要盡可能降低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量,減少鋼錠的偏析、縮孔和疏松。


二、技術要求


(1)非金屬夾雜物合格級別見表2,檢驗標準按GB/T10561—2005執(zhí)行。


非金屬夾雜物


類型ABCD
細系≤2.0≤2.0≤1.5≤1.5
粗系≤2.0≤2.0≤1.5≤1.5


(2)鍛件表面質量及超聲檢測要求: 


(a)不允許有目視可見的裂紋、縮孔、折疊等缺陷;

(b)單個φ2mm~φ3mm缺陷的個數(shù)不得超過3個,φ3mm~φ4mm缺陷的個數(shù)不得超過1個;

(c)長條或密集形點狀不連續(xù)的當量平底孔直徑≤φ2mm。


三、工藝流程


4Cr13模塊的規(guī)格范圍為:寬度:800mm~1000mm,厚度:160mm~500mm,采用5t~11t鎮(zhèn)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

鍛造加熱過程的主要參數(shù)是加熱溫度和保溫時間。鋼錠的加熱溫度和保溫時間是根據(jù)鋼錠的材質和斷面尺寸等因素進行選取的。


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


因此,鋼錠加熱時采用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,為了防止晶粒過分長大,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

65.jpg


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

由于4Cr13塑料模具鋼在生產過程中屬于高碳鋼,而且合金含量比較高,極易出現(xiàn)微觀偏析的現(xiàn)象,在鋼錠加熱過程中通過提高始鍛溫度和增加保溫時間,進行高溫擴散,可有效降低偏析程度,實現(xiàn)化學成分均勻化,保證鍛件的內部質量。


改進的加熱工藝

64.jpg

3.2鍛造工藝


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


墩粗采用上墩粗板和下漏盤,采用模擬軟件deform-3d對墩粗過程進行模擬。


模擬墩粗工藝建立的幾何模型

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不同壓下量情況下鍛件的等效應變情況


67.jpg


鋼錠在凝固過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,缺陷周圍為負的靜水壓 力,合適的鍛造溫度和保溫時間;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,在墩粗過程中,除與上墩粗板和下漏盤接觸處外,坯料心部先開始變形;并且隨著壓下量的不 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(qū)域發(fā)生在上下接觸面部分。當坯料壓下量在50%時,坯料大部分區(qū)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,可以通過后續(xù)拔長過程進行進一步壓實,以保證心部質量。 


大鋼錠中心部位雜質較多,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,在拔長過程中,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(xiàn)凸出的現(xiàn)象,在鍛件心部產生足夠的變形,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足技術要求。


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,應根據(jù)工廠設備情況考慮采用高溫擴散和兩墩兩拔工藝,這對于解 決鋼錠偏析問題和孔隙鍛合問題有一定的作用。

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