唐山5CrMnMo模具钢大型锻件的传统制造方式是采用大型钢锭开坯、自由锻造成形。但随着重大装备的不断发展,对大型锻件的要求越来越高,不仅规格和截面越来越大,而且内在质量也不断提高,传统的制造方式已经难以满足要求。为了适应高端装备的需求,实现大型锻件形质兼备的目标,急需对制造方式进行变革。为此,以传统钢锭制造技术提升和新型增材制坯技术开发为代表的均质化制坯、一体化制造及模锻化成形等制造方式应运而生。唐山5CrMnMo模具钢大型锻件是电力、冶金、石化、造船、矿山、航空航天、军工等装备(图1)的基础部件,其经济带动性强,涵盖面广,是装备制造业产业链上不可缺少的重要一环。大型锻件传统的制造方式是自由锻造成形,“肥头大耳”和“傻大黑粗”曾经是大型锻件的代名词。
唐山5CrMnMo模具钢锻造余热等温正火是锻件成形后,当温度高于Ar3(对亚共析钢)时急速冷却,冷却到等温温度后保温一段时间后空冷至室温。 唐山5CrMnMo模具钢锻件成形后温度一般在900~1000℃,急冷速度一般控制在30~42℃/min,等温温度一般为550~680℃(具体需根据不同材质确定)。急冷是该工艺的关键工序,可通过调节冷却风量、风速、风温和风向,保证锻件冷却后温度均匀。等温温度根据材料种类和要求的硬度确定,一般选在珠光体转变曲线的鼻部以缩短等温保温时间。锻造余热等温正火多用于渗碳齿轮钢,例如SCM420H、SCM822H、SAE8620H和20CrMnTiH等。
决定模具使用寿命最重要的因素往往是模具材料的耐磨性。唐山5CrMnMo模具钢模具在工作中承受相当大的压应力和摩擦力,要求模具能够在强烈摩擦下仍保持其尺寸精度。模具的磨损主要是机械磨损、氧化磨损和熔融磨损三种类型。唐山5CrMnMo模具钢为了改善模具钢的耐磨性,就要既保持模具钢具有高的硬度,又要保证钢中碳化物或其他硬化相的组成、形貌和分布比较合理。对于重载、高速磨损条件下服役的模具,要求模具钢表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜,保持润滑作用,减少模具和工件之间产生粘咬、焊合等熔融磨损,又能减少模具表面进行氧化造成氧化磨损。所以模具的工作条件对钢的磨损有较大的影响。
当前,世界各国纷纷将唐山5CrMnMo模具钢增材制造作为未来产业发展的新增长点,力争抢占未来科技和产业制高点。我国增材制造产业的发展阶段已从研发转向产业化应用,新设备、新技术、新材料、新应用程序不断推陈出新,越来越多的企业将增材制造作为产业升级和技术转型的方向。唐山5CrMnMo模具钢增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件,相对于传统的材料去除——切削加工技术,是一种“自下而上”的制造方法。关桥院士提出了“广义”和“狭义”增材制造的概念,“狭义”的增材制造是指不同的能量源与CAD/CAM技术结合、分层累加材料的技术体系;而“广义”增材制造则以材料累加为基本特征,以直接制造零件为目标的大范畴技术群。