SKD11等高碳高铬钢的锻件锻造工艺

高碳高铬钢具有热处理变形小、淬透性好、优良的耐磨性和高韧性优点，因而是制造冷作模应用最多的钢种。

此次以一制造发电设备厂商为例，他们的电机定转子硅铜片冲模均使用了高碳高铬钢，其主要牌号有SKD11。

长期以来，该厂硅钢片冲模使用寿命普遍偏低，一般在冲剪10-20万片零件左右，与国外冲30-50万片零件的先进水平相比，有较大差距。这一问题直接影响着工厂的生产进度和产品生产成本。

在原材料中，钢材内部的碳化物形状和分布往往是不符合要求的，其主要表现及危害如下：

1．碳化物大块堆集，如出现在模具刃口部位，较易使模具造成脆性失效，如断裂，剥落等。

2．网状碳化物若锻造中得不到击碎，模具易断裂。

3．锻造使非金属夹杂物及碳化物沿压延方向伸展后，纵向力学性能优于横向。若流向与受力方向不一致时，冲模易断裂失效和各向异性变形。

4．碳化物分布不均，会使金属高温时易过热。

总而言之，碳化物在钢组织内部的分布不均匀，对模具的苊害是较为严重的。通过锻造足够的塑性变形使不均匀(网状或聚集)的碳化物重新细化分布，从而提高模具寿命。

SKD11的锻造

1．加热

SKD11钢由于合金元素种类和含量较多，故而导热性能较差，温度在700℃以下应缓慢加热，采用分段加热规范。

但对直径(或边长)小于90mm的坯料，可不经预热直接放入高温炉内，加热时间按每毫米0.8-1.2分计算。这样由于加热时间短，组织较细沿晶界上的碳化物来不及聚集长大，从而减轻了锻造过程中产生裂纹的危险。

SKD11钢的共晶温度仅1150℃，稍不注意就容易过烧。

Cr12型钢在800～1100℃温度范围内抗力较小，塑性较好。实践证明，SKD11钢始锻温度掌握在1050-1080℃，终锻温度控制在830- 860℃较好。要注意的是终锻温不得高于1000℃，以免出现奈状组织。

2．锻造

高碳高铬钢锻造的目的就在于击碎粗大骨骼状网状碳化物，使其分布均匀。为了达到这个目的，往往需要大的变形量或多次反复镦拔。

一般的锻造方法归纳有轴向镦拔，横向镦拔、三向镦拔以及变向十字镦拔法，前二者是一般厂家常采用的，但我们取样金相分析后，认为其虽然对锻合坯料内部疏松等缺陷有一定的作用，但对碳化物分布均匀度等级提高效果不大，并易在端部产生中心十字裂纹。

而后二者，特别是变向十字镦拔法，效果较好，锻件中心和边缘碳化物偏析相差不大，没有明显的机械性能差异，但适用于对金属组织要求方向性不严的锻件，对于有严格流线方向要求的锻件，比如冲头则采用轴向反复镦拔法。

莱氏体钢采用反复镦拔工艺，其总锻造比等于各次拔长的锻造比之和。

3．冷却与退火

SKD11钢锻后冷却过快时，由于应力较大，易开裂，因此锻后应缓慢和均匀地冷却。

冷却方式：小型灰砂冷，中型灰砂或炉冷，大型炉冷。灰砂或白灰最好保持150℃左右温度，且不要通风。

为了去除内应力，降低硬度，获得较细小的晶粒，其锻后必须退火。

一般退火工艺有普通退火和等温退火，如图1，图2所示。

4.锻造中容易产生的几种缺陷和解决方法

在锻SKD11钢时，有裂纹等缺陷是常见的，尤其是变形程度大时，这些缺陷更易出现，往往造成报废。而这不一定全是锻工问题，也有原材料本身因素。

1）纵向裂纹(图3)

纵向裂纹往往是锻坯接触到砧面，两端温度下降很快，而锻坯中间又处于激烈的变形，使四周金属受到很大的胀力而引起了表面胀裂。

要避免纵向裂纹，首先要使变形温度均匀，变形均匀。在墩粗时，应先使两头变形，使鼓形不明显。此外，在操作中如发现温度不均匀时，应立即使低温区先变形，提高该处温度。再者要预热工具和上下铁砧。

2)中心裂纹

在锻造中产生中心开裂主要是原材料中心疏松(如图4)。

可采取如下措施：

(i)开始拔长时，采用两端头用较小的送进量、大的压下量压成缩口状(图5)，然后再渐进。这样又使纵向的拉应力增大，减小横向拉应力，从而使中心开裂的剪切应力 减小，致使中心开裂的可能性减小。

(ii)采取改变应力状态的方法(图6)

(iii)严格翻转90度，避免打棱角，如果翻转不是90度，那么就会产生棱形，在较大对角线上，就会产生剪切应力，导致产生中心开裂的可能性(图7)。

如已产生棱形，切不可重击校正，否则会造成开裂和加大开裂的可能性。可采用先击扁方再翻转90度，打成正方形的方法进行校正。

3）锻温过高裂纹

有的锻体整个表面观察不出裂纹，但其中心开裂。这除了原材料本身疏松外，在锻造时中心温度过高也产生内部中心开裂。

原因是SKD11钢由于沿晶界和晶内有大量坚硬的碳化物存在，锻造时热效应比较显著，加之共晶温度低。

因此，在锻造过程中容易过热或过烧，这样要求操作严格执行“两轻一重”原则，即锻体出炉始锻要轻锤快打，不要急求大的变形量，随后才重锻，最后在接近终锻时轻锤慢打，避免变形速度过快而产生脆性裂纹。

科学合理的高碳高铬钢锻造工艺，对提高锻体质量是十分有益的，经实施，效果较为明显。