在制造過(guò)程中，有大量零件的毛坯制作采用鍛造的方法，如礦用單體支柱的底座、手把體、活塞、頂蓋，金屬頂梁的四小件、液壓支架立柱，及千斤頂?shù)母椎住⒒钊染捎媚ｅ懼圃臁Ｔ鯓犹岣吣＞叩氖褂脡勖俏覀児こ碳夹g(shù)人員共同關(guān)心的問(wèn)題。
    目前，國(guó)內(nèi)使用的錘鍛模材料大多采用5Cr Ni Mo 、5Cr Mn Mo 。我們的鍛造毛坯大多是中小型鍛件，宜采用5Cr Mn Mo 、5Cr Ni Mo 材料制作的模具。根據(jù)我們多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，錘鍛模模具失效的原因，大都集中在以下幾個(gè)方面: 型腔尺寸磨損和產(chǎn)生縱向裂紋、橫向裂紋，以及網(wǎng)狀裂紋( 龜裂) ，即所謂熱疲勞裂紋。造成這些失效的原因是多方面的，涉及原材料的問(wèn)題，模具毛坯鍛造金屬的組織成分，模具毛坯鍛造溫度的合理選擇，模具的幾何形狀，模具的熱處理工藝及質(zhì)量等多方面。現(xiàn)就以淮北礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備有限責(zé)任公司5CrNi Mo 、5Cr Mn Mo 為材質(zhì)的熱鍛模為例,根據(jù)模具使用條件、性能要求，以及模具制造過(guò)程中所采取的熱處理工藝等幾個(gè)方面進(jìn)行分析說(shuō)明。
一、錘鍛模選材依據(jù)
1. 熱鍛模工作條件 
    熱鍛模在高溫下通過(guò)沖擊加壓、強(qiáng)制金屬成形。模具在工作過(guò)程中經(jīng)受巨大的負(fù)荷，同時(shí)經(jīng)受壓應(yīng)力、拉應(yīng)力和附加彎曲應(yīng)力，被鍛金屬在模具型腔內(nèi)流動(dòng)又產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦力，型腔表面金屬與高溫金屬接觸，被加熱至300 ～400 ℃，局部高達(dá)500 ～600 ℃，加上經(jīng)常受到反復(fù)加熱和冷卻，極易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。
2. 熱鍛模性能要求 
    在工作溫度下保持高的強(qiáng)度及良好的沖擊韌度，良好的抗熱燒蝕性( 包括高的熱疲勞抗力、抗氧化性和熱強(qiáng)性) 和抗熱沖刷能力以及高的淬透性、良好的導(dǎo)熱性。 
    根據(jù)熱鍛模的工作條件和性能要求，淮北礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備有限責(zé)任公司選用5Cr Ni Mo 、5Cr MnMo 為模具材料。5Cr Ni Mo 、5Cr Mn Mo的化學(xué)成分見表1 。 
           
    5Cr Ni Mo 鋼具有高的淬透性和良好的綜合力學(xué)性能，適宜制造形狀復(fù)雜、沖擊載荷大的大型鍛模。5Cr Mn Mo 鋼以Mn 代替Ni ，強(qiáng)度雖然沒(méi)有降低，但高溫下的塑性、韌性降低，而且淬透性比5Cr Ni Mo 低、過(guò)熱敏感性稍大，因此5Cr Mn Mo 適合制造中小型鍛模、熱壓模。
二、模具制造工藝路線 
    熱鍛模具的制造工藝路線一般為鍛造→退火→加工成形→淬火、回火。小型模具因形狀簡(jiǎn)單、硬度高、不易加工，所以先加工或淬火、回火。大中型鍛模先粗加工，再淬火、回火及機(jī)加工。
1. 毛坯制作( 鍛造) 
    5Cr Ni Mo 、5Cr Mn Mo 熱作鍛模鋼的組織和性能與合金調(diào)質(zhì)鋼有許多相似之處，屬于亞共析鋼。為消除軋材組織的方向性，使其盡可能得到均勻的組織和性能，以承受工作中的高應(yīng)力和沖擊，必須通過(guò)軋制或鍛造，破壞其碳化物骨架，減少碳化物的不均勻性。淮北礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備有限責(zé)任公司采用鍛造方法進(jìn)行毛坯制作，毛坯鐓粗、拔長(zhǎng)交替次數(shù)不少于3 次，始鍛溫度1100 ～1180 ℃，終鍛溫度850 ～880 ℃，總鍛造比不小于10 ，鍛造后緩冷，以防產(chǎn)生白點(diǎn)和形成馬氏體組織。
2. 退火 
    為便于機(jī)加工及改善化學(xué)成分的偏析和組織的不均勻性，我們通常采用完全退火進(jìn)行預(yù)先熱處理。表2 為淮北礦業(yè)集團(tuán)機(jī)電裝備有限責(zé)任公司完全退火工藝參數(shù)。
              
三、最終熱處理 
    鍛模經(jīng)上述鍛造，小型模具精加工、中大型模具粗加工后，為賦予模具最終的力學(xué)性能，要進(jìn)行淬火和高溫回火，使基體組織獲得所要求的組織，以保證較高的強(qiáng)度和韌性。 
    由于熱鍛模具鋼淬透性好，可采用油冷，同時(shí)我公司在模具制作的過(guò)程中，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)、模具用于被施鍛件的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)，模具所要求的硬度和韌性性能等要求，選擇常規(guī)淬火熱處理、等溫淬火熱處理和高溫淬火熱處理三種工藝方法，即采用840 ～860 ℃ 淬火或900 ℃高溫淬火及不同的冷卻方式，采用同樣的回火處理工藝，來(lái)獲得不同的強(qiáng)塑性配合，以提高模具的使用壽命。
1. 常規(guī)淬火熱處理工藝 
    以往我們?cè)谀＞呓?jīng)預(yù)先退火處理后，為賦予模具最終的力學(xué)性能，使模具達(dá)到所要求的性能，常采用圖1所示熱處理。為減少內(nèi)應(yīng)力與變形，鍛模自爐內(nèi)取出后，在空氣中預(yù)冷至800 ℃，然后油淬，淬火冷卻200 ℃左右及時(shí)回火。回火目的在于保留較多的殘余奧氏體，避免淬火開裂，但由于熱鍛模蓄熱能量很大，當(dāng)表面溫度冷到200 ℃左右出油時(shí)，心部溫度仍很高，這樣心部大量的殘余奧氏體在回火時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變成珠光體或粗大的上貝氏體組織。上貝氏體組織是在鐵素體片層間分布有斷續(xù)碳化物的組織，裂紋擴(kuò)展阻力小，這種組織難以最大限度地發(fā)揮材料強(qiáng)韌性的潛力，模具使用壽命較低，使用過(guò)程中常出現(xiàn)早期斷裂。
2. 等溫淬火熱處理工藝 
    鍛模經(jīng)上述鍛造、退火、粗加工和精加工后，按照?qǐng)D2 進(jìn)行等溫淬火和回火，使基體組織獲得針狀馬氏體下貝氏體復(fù)相組織，可充分發(fā)揮下貝氏體的優(yōu)勢(shì)。下貝氏體組織是在過(guò)飽和鐵素體中分布有彌散細(xì)小的碳化物，裂紋擴(kuò)展阻力較大和板條狀( 位錯(cuò)型) 馬氏體相近似，在塑性良好的情況下具有較高強(qiáng)度，這樣在硬度基本相同的情況下，沖擊韌度會(huì)顯著提高，而模具的耐磨性不足，但可采用工作型腔磨損強(qiáng)烈的部分進(jìn)行輪廓感應(yīng)淬火方法，以提高模具的使用壽命。
             
3. 高溫淬火熱處理工藝 
    為進(jìn)一步提高模具的壽命，提高模具的淬火溫度,即對(duì)上述常規(guī)熱處理工藝進(jìn)行調(diào)整，在其他工藝參數(shù)不變的條件下，將淬火溫度提高至900 ℃ ( 見圖3) ，模具的使用壽命提高2. 5 倍。淬火溫度的提高雖然使奧氏體晶粒顯著粗化，但斷裂韌性卻提高了70 % ～125 % ，這主要是因?yàn)檫^(guò)熱淬火改善了模具的斷裂韌性。其改變機(jī)理主要有以下幾個(gè)方面： 
                 
    ( 1) 增加了殘余奧氏體量，而且殘余奧氏體的薄片包圍在馬氏體片周圍。裂紋在通過(guò)馬氏體而交接到殘余奧氏體時(shí)便停止下來(lái)，因此薄層狀?yuàn)W氏體具有阻礙裂紋擴(kuò)展的作用。 
    ( 2) 5CrNi Mo 、5CrMnMo 在普通加熱時(shí)產(chǎn)生大量孿晶型馬氏體( 片狀馬氏體) ，而過(guò)熱淬火時(shí)可產(chǎn)生較多的板條狀( 位錯(cuò)型) 馬氏體。板條狀馬氏體具有較高的強(qiáng)度和韌性，裂紋擴(kuò)展阻力較大使韌性提高，故過(guò)熱淬火多用于要求強(qiáng)韌化的熱處理，以提高模具的使用壽命。 
    ( 3) 碳化物及夾雜物能溶入奧氏體，減少了形成微孔的核心。
四、結(jié)語(yǔ) 
    熱鍛模的使用壽命與模具設(shè)計(jì)、材料和工藝方法等有著密切的聯(lián)系，因此在模具制作的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)模具使用條件、所要求的力學(xué)性能來(lái)進(jìn)行合理的選材，并從工藝上進(jìn)行控制，特別是熱處理的工藝控制尤為重要，只有合理的熱處理方法才能夠滿足熱鍛模高的耐磨性，在工作溫度下保持高的強(qiáng)度及良好的沖擊韌度和抗熱燒蝕性( 包括高的熱疲勞抗力、抗氧化性和熱強(qiáng)性)及抗熱沖刷能力。 
    上述三種熱處理方法處理的熱鍛模在公司均得到了應(yīng)用，而等溫淬火和高溫淬火熱處理工藝在提高模具壽命方面獲得了良好的效果，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。