熱作模具特別是鍛錘用熱成形模具因其承受高溫、高負(fù)荷、高沖擊力、熱腐蝕等復(fù)雜的服役條件，工作環(huán)境非常惡劣，所以熱鍛用模經(jīng)常出現(xiàn)磨損、開裂、疲勞、壽命低等缺陷，給鍛造工廠帶來很大的麻煩和極高的成本。目前，我公司生產(chǎn)的某連桿用H13鍛錘用模具，在31.5kJ程控電液錘上鍛造連桿，模具使用至約2000～3000模，模具模腔表面出現(xiàn)掉塊、掉皮的情況，掉塊尺寸直徑約1mm，且分散在不同部位(圖1)，由于表層掉塊造成的模具失效，大大提高了鍛件的制造成本，因此，我公司通過對(duì)模具的化學(xué)成分、使用情況、模具加工、熱處理情況進(jìn)行分析，找到了產(chǎn)生問題的原因，且制定了相應(yīng)的解決方案。
在鍛造過程中，1100～1150℃的工件對(duì)模腔表面產(chǎn)生熱腐蝕，模具在高沖擊的鍛造力下受到金屬流動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力、沖擊力，為了冷卻和潤(rùn)滑模具，采用石墨乳等潤(rùn)滑劑對(duì)模腔進(jìn)行冷卻，因此，模具反復(fù)受到冷卻、加熱，削弱了模具的疲勞強(qiáng)度。原材料特性
H13(4Cr5MoSiV1)模具材料化學(xué)成分具體如表1所示。
工藝流程
鑒于H13模具材料的特點(diǎn)，鍛模加工的工藝流程為：下料→加工模塊六面→粗加工倉(cāng)部→調(diào)質(zhì)處理→加工型腔→離子氮化→表面拋光。
模具硬度
用HR-150A洛氏硬度計(jì)在模具表面及模腔部位基體分別進(jìn)行了硬度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。模具表面呈灰色，模具的基體硬度、氮化層硬度均符合技術(shù)要求，未發(fā)現(xiàn)任何異常。
金相組織檢測(cè)
利用德國(guó)蔡司金相顯微鏡對(duì)模塊的非金屬夾雜物、顯微組織、模具表面脫碳情況進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下。
非金屬夾雜物
模具基體金屬夾雜物檢測(cè)結(jié)果，未發(fā)現(xiàn)異常情況，符合要求，如圖2所示。
顯微組織
H13模具鋼經(jīng)過(1020±20)℃淬火、600℃高溫回火后，在500倍顯微鏡下觀察，其顯微組織為回火索氏體加少量鐵素體，如圖3所示。其組織的好壞直接影響模具機(jī)械性能及模具壽命。
表面脫碳檢測(cè)
對(duì)已經(jīng)調(diào)質(zhì)未氮化的模塊基體，進(jìn)行了表面脫碳檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下：脫碳層深度全脫碳0.3～0.5mm。模具脫碳層較深。經(jīng)過檢測(cè)可以看出：模具基體組織晶粒粗大，表面脫碳屬于組織異常，是造成模具表面掉皮、掉塊的主要原因，滲氮溫度高、淬火溫度高造成晶粒粗大，氮化物會(huì)沿著晶界伸展，致使表面脆性增加，表皮脫落，耐磨疲勞強(qiáng)度降低。
應(yīng)對(duì)措施
1)降低模具淬火的加熱溫度，將淬火溫度由原來的1030℃降至1010℃，減少淬火加熱保溫時(shí)間，由原來的30分鐘降低為20分鐘。2)在淬火爐中加入適量的防氧化劑，防止工件在加熱過程中氧化脫碳。3)加快工件在淬火介質(zhì)中的冷卻速度，保證工件在淬火后最大程度的減少鐵素體的產(chǎn)生。4)在保證材料中成分奧氏體化的基礎(chǔ)上，延緩模具的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，減少表面脫碳。為進(jìn)一步的氮化做好準(zhǔn)備工作。⑵改進(jìn)氮化工藝，將氮化溫度由原來的510℃，提高到540℃，降低滲氮氮?jiǎng)荨?/section>⑷保證模鍛用模在使用前充分的預(yù)熱至180～220℃，合理地噴灑脫模劑，保證噴灑均勻，不至于使模具溫度降得太低。⑸不同類型鍛造設(shè)備要選用不同的基體硬度及氮化層深度和硬度。
改善效果
通過調(diào)整模具的調(diào)質(zhì)工藝參數(shù)、氮化工藝參數(shù)，顯微組織為回火索氏體，晶粒度在6級(jí)以上，模具基體的脫碳層控制在0.05mm。模具使用7000模以后，模腔表面未再發(fā)生掉皮、掉塊的情況。以上技術(shù)措施可以解決此類問題。
結(jié)束語(yǔ)
模具的壽命不但取決于模具的服役條件、模具的材質(zhì)等，很大程度上還取決于金屬流線、模具的鍛打次數(shù)、模具的熱處理?xiàng)l件，只有不斷優(yōu)化熱處理工藝，使模具的調(diào)質(zhì)處理與模具氮化工藝有機(jī)結(jié)合起來，才能保證模具的耐磨性、紅硬性充分發(fā)揮出來，達(dá)到預(yù)期的使用效果。
