摘要：分析了Cr12鋼冷沖模在工作過程中產生裂紋的原因 ， 提出了優化鍛造方法、防止裂紋產生的工藝措施 。 關鍵詞：冷沖模；裂紋；鍛造工藝；優化一、概述
Cr12鋼是典型的冷作模具鋼 ， 廣泛用于冷沖模、拉拔模、螺絲滾模等 。
湘潭市家用電器廠吊風扇轉子硅鋼片沖模采用Cr12鋼制成 。 該模具主要由凸凹模組成 ， 安裝在600kN的沖壓機床上 ， 將材料為D21 ， 厚度為0.5mm的硅鋼片沖壓成吊風扇轉子片 。
該模具設計硬度為58～62HRC ， 實際測得的硬度為60～62HRC ， 符合設計要求 ， 在正常情況下 ， 模具可沖制20萬件以上 。 然而該模具上機后使用不到9000次 ， 便產生由沖頭帶出凹模槽孔邊崩塊 ， 下機后將模具刃磨 ， 再次上機 ， 崩塊繼續產生 ， 并且在模具外緣出現裂紋 ， 在繼續沖制過程中 ， 裂紋迅速擴展 ， 不到2萬次就形成了使模具失效而無法使用 。   二、沖模熱處理與鍛造生產工藝
1.熱處理工藝
退火時 ， 加熱至850～870℃保溫4h后 ， 隨爐冷至730～740℃ ， 保溫4～5h后 ， 隨爐冷至500℃出爐空冷 。 淬火加熱至980℃保溫后油淬 ， 隨后在180℃回火3h 。
2.鍛造工藝
鍛造坯料選用φ120mm的軋材 ， 在500kg的空氣錘上進行 ， 始鍛溫度為1050℃ ， 終鍛溫度為820℃ 。
【Cr12鋼冷沖模鍛造工藝的優化】鍛造生產時采用軸向鐓拔法 ， 即沿鋼料的軸向 ， 進行不變換方向的往復鐓粗與拔長 。   三、裂紋產生的機理分析
在裂紋的前端、中部和末端取樣進行金相顯微分析(其顯微組織分別見圖3、圖4、圖5) ， 發現材料顯微組織不理想 ， 粗細不勻的碳化物呈條帶狀分布 。 正是這種條帶狀分布的碳化物影響了材料的力學性能 。 首先條帶狀碳化物區是一個脆弱區 ， 其強度很低 ， 塑性韌性很差 ， 不能承受大的沖擊力 ， 裂紋很容易從這里產生 。 其次裂紋一旦出現 ， 又很容易沿著帶狀碳化物區擴展 ， 因為該區脆性大 ， 并且容易產生應力集中現象 ， 所以這種帶狀碳化物區又是裂紋擴展的根源所在 。 這種裂紋的擴展是周期性的 ， 當已產生的裂紋表面因滑移而變成疲勞裂紋時 ， 裂紋的前端會變得重新尖銳 ， 在下一次加載時又繼續擴展 。 這樣 ， 不斷加載、裂紋不斷擴展 ， 最后導致模具報廢 。 出現這種帶狀碳化物的原因是因為Cr12鋼屬萊氏體鋼 ， 碳含量高 ， 鋼中含有大量合金碳化物 ， 經軋鋼廠軋制后 ， 碳化物即成帶狀分布 ， 且軋制后的型材直徑越大 ， 碳化物就越粗 ， 帶狀分布就越嚴重 。 顯然在模具制造過程中 ， 鍛造工序對改善帶狀組織起著決定性的作用 。 而熱處理的淬火是采用一次硬化法(即低溫淬火加低溫回火) ， 在淬火加熱溫度下 ， 大量碳化物不能溶于奧氏體 ， 基本上保留了鍛造后的分布特征 。 因此 ， 熱處理工藝無法消除帶狀組織 。
分析鍛造工藝可知：一是鍛造設備噸位不夠 ， 二是鍛造方法不合理 。 ?φ120mm直徑的坯料 ， 采用500kg的空氣錘難以鍛透 ， 因為Cr12鋼中含有大量的合金元素 ， 變形溫度高 ， 變形抗力大 ， 一般需選用相當于結構鋼兩倍噸位的鍛錘來鍛造 。 若鍛錘噸位過小 ， 打擊力不夠 ， 變形只能發生在表面 ， 中心部分的碳化物不能擊碎 。 鍛造方法采用軸向鐓拔法 ， 這種鐓拔方式的主要缺點是端部開裂傾向大 ， 在反復鐓粗時 ， 端面與砧面接觸時間長 ， 降溫快 ， 在拔長時易開裂(若此時產生的裂紋未發現 ， 就有可能成為以后模具開裂的裂紋源) ， 而心部金屬變形量小 ， 心部組織沒有多大改善 ， 因此 ， 心部組織的碳化物在鍛造過程中未能重新分布 ， 仍保留著軋制時分布的狀態 ， 這是造成模具開裂的根本原因 。
四、鍛造工藝的優化
1.選用合適的坯料直徑和鍛錘噸位
坯料直徑越大 ， 由于軋制時變形小 ， 碳化物偏析越嚴重 ， 碳化物顆粒也越粗大 ， 因此將原來φ120mm的坯料改用φ80mm ， 以便得到原始碳化物分布較均勻的坯料 。
原選用空氣錘的噸位偏小 ， 會使變形僅限于表面 ， 內部碳化物得不到碎化 ， 因此應適當加大空氣錘噸位 ， 可改用750kg空氣錘 ， 以便鍛透 ， 從而擊碎中心碳化物 。
2.采用多向鐓拔法
多向鐓拔法如圖6所示 ， 它是獲得優質模具毛坯的一種較好的鍛造方式 ， 鍛造變形均勻 ， 易鍛透 ， 組織能得到全面改善 ， 可使碳化物細碎且分布均勻 ， 徹底消除了軋制時形成的帶狀組織 。   3.適當提高鍛造比
適當提高鍛造比 ， 可使碳化物不均勻度級別降低 ， 采用多向鐓拔法 ， 其總的鐓拔次數應在6～8次 。 總鍛造比不少于15 。
4.避免鍛造裂紋
鍛打時不宜過重 ， 以免鍛造變形時產生鍛造裂紋而形成裂紋源 。 要勤倒角 ， 以避免溫差和附加應力引起角裂 。 另外鍛造時要仔細觀察 ， 如發現裂紋應及時鏟除 ， 以消除裂紋源 。