铸造热锻模具钢在农机制造中的应用

陈 宏

（佳木斯技师学院，黑龙江 佳木斯 154000）

本文主要探讨铸造热锻模具钢的性能特点，以及在农机制造中的应用情况，并且就应用此项工艺中的容易产生的问题，以及应该注意的事项进行了初步的探讨。

1 热锻模具钢的性能

（1）铸造模具钢的力学性能。室温下，铸造模具钢和锻造模具钢抗拉强度、屈服强度几乎相等。铸钢伸长率和断面收缩率明显低于锻钢。但最重要的是铸造模具钢中存在个明显屈服点，说明铸造模具钢并不脆。生产实践表明，热锻模具硬度在可行范围内，并且冲击韧性值一定时，基本能满足实际工况要求。

（2）铸造模具钢的红硬性。高热状态下工作的模具，红硬性是很重要的指标。铸造模具钢最独特的优点是经540℃ 回火后，硬度比锻造度。这是由于铸造模具钢在凝固过程中，其枝晶间的空隙中存在着元素的偏析，有助于提高抗回火性能。

（3）铸造模具钢的缺口敏感性。铸造热锻模使用经验表明，铸造模具钢在疲劳负荷下缺口敏感性比锻造模具钢小很多。铸造热锻模具钢具有较高抗热疲劳性能，形成细小裂纹后，扩展速度都比同一钢种锻造模具慢得多。铸造模具对缺口不敏感，该特性在实践中已得到证明。

（3）铸造模具钢的抗热疲劳性。除机械原因如磨损、打坏以外，铸造模具钢基本上多是由于以下类型的缺陷而报废：热疲劳裂纹；麻点；熔接。这进一步表明，热疲劳实际包含了所有这些缺陷，是促使模具报废的主要原因。对此，应该设法提高模具钢的热疲劳抗力作为提高模具寿命的主要着眼点。研究表明，铸造模具钢的热疲劳裂纹萌生较晚，热疲劳裂纹扩展较慢，具有较好的抗热疲劳性能。

（5）热稳定性。由新型铸造热锻模具钢与5CrMnmo钢在650℃保温不同时间的硬度变化。可见，5CrMnmo钢在 650℃时硬度明显低于新型铸造热锻模具钢，随保温时间延长，5CrMnmo钢硬度下降速度高于后者。因此，新型铸造热锻模具钢具有高的热稳定性。

2 热锻模具钢在农机制造中的应用

（1）半轴法兰盘锻模。采用新型铸造热锻模具钢制造（051-1）12·38·201 半轴法兰盘锻模（上模 69kg，下模 73kg），应用设备为3t锤锻模。应用结果表明：采用5CrMnmo锻造模块加工成的模具平均每套可锻造法兰盘2500～3000件，最终会因模腔严重龟裂而失效；而用新型铸造热锻模具钢所制模具能够锻造同种法兰盘5800件，这个数量几乎是5CrMnmo锻造模块加工的二倍。并且其失效是由于一个3mm的渣孔（铸造缺陷）引起的裂纹所致。

（2）护刃器锻模。采用新型模具钢制成1000系列联合收割机双联护刃器模具（上模 75kg，下模69kg），应用的设备为630t摩擦压力机。应用结果表明：用5CrMnMo锻造模块加工成的模具锻造护刃器，上模平均寿命为1000～1500件，下模平均寿命为2000～2500件，最终因模腔工作面龟裂和磨损而失效；用新型铸造热锻模具钢所制模具锻造同类件，上模平均寿命为2000～2500件，下模平均寿命为3000～3500件，均远远超出5CrMnMo锻造模块加工效果，并且值得注意的是其失效原因为龟裂。

3 热锻模具钢工艺存在的问题及建议

（1）精密铸造工艺不过关，尺寸精度和表面粗糙度还达不到要求。在铸造过程中，因为铸造环节多，所以易产生气孔、缩孔、砂眼等铸造缺陷，导致力学性能不如锻钢；精铸热锻模具制造过程的控制不够严格，由铸造、热处理及机械加工磨削（加工、电火花加工所产生的微裂纹促进精铸模具的）早期断裂，这在精铸模具开裂中占有很大比例。此外铸钢的热处理工艺不完善也是一方面的原因，不恰当的热处理也易导致早期断裂，如回火不充分、内应力过大等。

（2）铸钢的合金化不合理。以前使用的精铸热锻模具钢大多采用原锻造模具钢的化学成分，5CrNiMo、5CrMnMo、H13等而多数锻造模具钢属于低、中碳中合金钢；都具有铸造性能不佳的特点，如流动性差、缩孔、缩松倾向大等，另一方面更重要的是铸态和锻态金属性能差异较大，合金化的特点不同，采用原锻造模具钢的化学成分进行精铸热锻模具钢生产不能获得最佳使用性能。精铸热锻模具钢合金化应充分发挥精铸热锻模具钢的性能优势，如抗热疲劳性、热稳定性和耐磨性，而极力避免开其低塑性带来的问题，如显微开裂等。

（3）对热锻模具钢韧性要求过高。通常热锻模具是以冲击韧性作为韧性指标的，但是因为铸造金属的强韧性较低，特别是冲击韧性明显低于锻造金属。所以也就是常被认为是精铸模具质量稳定性差，易发生早期脆性断裂的主要原因。从热锻模具使用的工况条件和失效情况分析，热锻模所能够承受的是小能量多冲载荷，而不是大能量冲击。如果过分提高精铸热锻模具钢韧性，则会造成其它性能的降低，而且这种情况下还不能有效地避免早期的脆性断裂。所以，精铸热锻模具钢以提高冲击韧性为合金化的主要依据是不恰当的。

（4）模具钢的热疲劳抗力和高温耐磨性尚待提高。目前国内精铸热锻模具钢寿命与国外相比尚有距离，造成这个状况的原因主要是精铸热锻模具钢的热疲劳抗力和高温耐磨性较低的。热疲劳裂纹过早出现的时候，往往会促进精铸模具的早期断裂或疲劳断裂，加速热磨损从而使模具寿命降低。通常那些以磨损为主要失效形式的模具具有较高的寿命，该类模具往往具有高的热疲劳抗力和高温耐磨性。

4 结语

总之，铸造热锻模具钢具有较高的韧性、热稳定性和冷热疲劳抗力，能满足农机制造中大多数模具使用要求，而且制造周期短，不用改锻，可精密成型，加工余量小，具有显著的经济效益与社会效益，应用前景广阔。但是铸造热锻模具钢尚存在很多技术问题，需要广大科技人员继续努力，逐步加以解决。随着研究的深入和应用的拓宽，铸造热锻模具钢将不仅仅在农机制造中得到广泛的应用，还会在现代工业中发挥更大的作用。

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