當前,世界各國紛紛將保定5CrMnMo模具鋼增材制造作為未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新增長點,力爭搶占未來科技和產(chǎn)業(yè)制高點。我國增材制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段已從研發(fā)轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化應用,新設備、新技術(shù)、新材料、新應用程序不斷推陳出新,越來越多的企業(yè)將增材制造作為產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)轉(zhuǎn)型的方向。保定5CrMnMo模具鋼增材制造技術(shù)是采用材料逐漸累加的方法制造實體零件,相對于傳統(tǒng)的材料去除——切削加工技術(shù),是一種“自下而上”的制造方法。關(guān)橋院士提出了“廣義”和“狹義”增材制造的概念,“狹義”的增材制造是指不同的能量源與CAD/CAM技術(shù)結(jié)合、分層累加材料的技術(shù)體系;而“廣義”增材制造則以材料累加為基本特征,以直接制造零件為目標的大范疇技術(shù)群。
鍛造生產(chǎn)中,除了必須保證鍛件所要求的形狀和尺寸外,還必須滿足零件在使用過程中所提出的性能要求,采用合理的鍛造工藝和工藝參數(shù),可以通過下列幾方面來改善原材料的組織和性能:(1)保定5CrMnMo模具鋼打碎柱狀晶,改善宏觀偏析,把鑄態(tài)組織變?yōu)殄憫B(tài)組織,并在合適的溫度和應力條件下,焊合內(nèi)部空隙,提高材料的致密度;(2) 保定5CrMnMo模具鋼鑄錠經(jīng)過鍛造形成纖維組織,進一步通過軋制、擠壓、模鍛,使鍛件得到合理的纖維方向分布;(3) 控制晶粒的大小和均勻度;(4) 改善第二相(例如萊氏體剛中的合金碳化物)的分布;(5) 使組織得到形變強化或形變-相變強化等。
⑴保定5CrMnMo模具鋼適當控制鍛件進爐前的溫度。當零件溫度較高時需要對鍛件進行吹風冷卻,使零件溫度降低到所需要的正火溫度,同時熱處理爐功率需要有一定的富余,開始生產(chǎn)前和少量鍛件溫度低時進行加熱。⑵保定5CrMnMo模具鋼確定合理保溫時間。保溫時間過長會會導致晶粒粗大,保溫時間過短會導致組織轉(zhuǎn)變不充分??筛鶕?jù)鍛件材料、形狀和尺寸通過試驗確定。
鍛件的質(zhì)量要求主要表現(xiàn)在鋼的純凈性、均勻性和致密性三個方面。純凈性、均勻性和致密性的任何不完善都會影響質(zhì)量而成為缺陷,缺陷越嚴重,對質(zhì)量影響也越大,缺陷如超過限度則導致鍛件質(zhì)量不能滿足技術(shù)條件的要求而報廢,故道道工序均應嚴加控制。1.保定5CrMnMo模具鋼化學成分分析。一般化學成分分析主要為碳、錳、硅、硫、磷及合金元素的含量。2.保定5CrMnMo模具鋼力學性能試驗。常用的力學性能試驗為硬度、拉深、沖擊和彎曲試驗。3.低倍檢驗。硫印、酸洗、斷口是常用的低倍檢驗項目。4.金相高倍檢驗。5.無損檢測。通常用的有磁粉、熒光、著色、射線、渦流和超聲波等方法。
保定5CrMnMo模具鋼大型鍛件的傳統(tǒng)制造方式是采用大型鋼錠開坯、自由鍛造成形。但隨著重大裝備的不斷發(fā)展,對大型鍛件的要求越來越高,不僅規(guī)格和截面越來越大,而且內(nèi)在質(zhì)量也不斷提高,傳統(tǒng)的制造方式已經(jīng)難以滿足要求。為了適應高端裝備的需求,實現(xiàn)大型鍛件形質(zhì)兼?zhèn)涞哪繕?,急需對制造方式進行變革。為此,以傳統(tǒng)鋼錠制造技術(shù)提升和新型增材制坯技術(shù)開發(fā)為代表的均質(zhì)化制坯、一體化制造及模鍛化成形等制造方式應運而生。保定5CrMnMo模具鋼大型鍛件是電力、冶金、石化、造船、礦山、航空航天、軍工等裝備(圖1)的基礎(chǔ)部件,其經(jīng)濟帶動性強,涵蓋面廣,是裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上不可缺少的重要一環(huán)。大型鍛件傳統(tǒng)的制造方式是自由鍛造成形,“肥頭大耳”和“傻大黑粗”曾經(jīng)是大型鍛件的代名詞。