冷作模具钢是指使金属在冷态下变形或成形所使用的模具钢。最常用的专用冷作模具钢是Crl2型钢,其含碳量为1.45%~2.30%,含铬量为11%~13%。


由于冷作模具多为常温下工作,材料的塑性变形抗力大,模具的工作应力大,工作条件苛刻,综合起来这类模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足够的强度、适当的韧性。


冷作模具钢怎么选用


我国传统上常用的冷作模具钢有低合金钢:CrWMn、95SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn等;高合金钢:Cr12、Cr12MoV、高速钢W18Cr4V、不锈钢30Cr13等。由于这些老钢种存在一些问题,不能满足模具工业的发展的需要,国内先研发和研制了一批新型冷作模具钢。


1、低合金冷作模具钢的应用


简单模具可选用高碳钢如T10A,但高碳钢淬透性差、淬火变形大、耐磨性低、强韧性和回火稳定性都较差,因此不能用来制作形状复杂、精度要求高、承载力大的工模具。


为了适用模具的性能需要而发展起来的高碳低合金钢是在碳素工具钢基础上加入适当的合金元素如铬、镍、锰、钼、钛、钨、钒、硅等元素冶炼而成的,常用的有CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15等,合金元素的加入提高了钢的淬透性,油冷代替水冷降低了模具变形和开裂的倾向,马氏体在回火时不易分解,分解后析出的碳化物又不易聚集长大、低温回火后有较高的强韧性和耐磨性,模具使用寿命可大幅提高。


近年来我国研制了一些新型低合金冷作模具钢,这些钢的主要特点是合金总量低、淬透性好、淬火温度低、热处理畸变小、强韧性好、并且有适当的耐磨性,如GD (6CrMnNiMoVSi)钢、CH(7CrSiMnMoV)钢、DS(6CrMnNiMoVWSi)钢和CrNiWMoV钢等。


其中GD钢中加入少量Ni、Si,既强化了基体又提高了低温回火抗力,Mo和V的加入可细化晶粒,用于制造易崩刃、易断裂的模具,有较高的使用寿命。DS钢是一种抗冲击冷作模具钢,其韧性显著优于常用的高韧性刀片用工具钢。


CH钢的成分与日本SX105V钢相同,是一种火焰淬火模具钢,常用于制造汽车等生产线上用的模具零件,火焰淬火时,加热模具刃口切料面,硬化层下有一个高韧性的基体做衬垫,从而获得较高的使用寿命。


2、高韧性高耐磨模具钢的应用


我国传流上应用较多的是Cr12型系列,如Cr12、Cr12MoV钢,它们都是莱氏体钢,其组织中有大量共晶碳化物,淬火有大量残留奥氏体,热处理后变形小、耐磨性高、承载力大、长期以来在国内大中型冷作模具中得到广泛应用。


虽然Cr12、Cr12MoV钢耐磨性好,但是其韧性差,并且常因碳化物偏析易引起热处理后断裂。为克服这些缺点,国内外均进行了大量的研究工作,一方面在提高钢的质量上下功夫,如采用电炉+炉外精炼、电渣重熔来提高钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性,减少偏析;


另一方面又不断研究新钢种,先后开发了多种高韧性高耐磨性模具钢,如LD(7Cr7Mo2V2Si)钢、GM(9Cr6W3Mo2V2)钢、ER5(Cr8WMoV3Si)钢。与Cr12型模具钢相比,这类新开发的钢中适当降低了C和Cr的含量以改善碳化物偏析,还适当增加了W、Mo和V的含量,以增加二次硬化的能力和提高其耐磨性。


这些新型模具钢既有高的强韧性,又有良好的耐磨性,用其制造的模具使用寿命有所提高。


3、高速钢和基体钢的应用


高速钢具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性,因此越来越多地用于制造要求重载荷高寿命的冷作模具,常用的钢号有:W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W9Mo3Cr4V以及为提高韧性而研制的降碳降钒高速钢6W6Mo5Cr4V,这些钢在制造重载荷的冷作模具方面获得了良好的使用效果。


基体钢是为了改善高速钢碳化物不均匀分布和韧性较差而研制开发的。基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体组织化学成分相同的钢。


近年来我国研制一些基体钢:如65Nb(6Cr4W3Mo2VNb)钢、CG-2(6Cr4Mo3Ni2WV)钢、012Al(5CrMo3SiMnVAl)钢、LM1(6W8Cr4VTi)钢、LM2(6Cr5Mo3W2VNb)钢、RM2(5Cr4W5Mo2V)钢、5Cr4Mo2W2VS钢等。


这些基体钢的主要特点是其碳含量稍高于高速钢基体的碳含量,以增加一次碳化物和提高耐磨性。一些钢中还加入少量的强碳化物形成元素Nb和Ti,以形成比较稳定的碳化物,阻止淬火加热时晶粒长大并改善钢的工艺性能。


基体钢中共晶碳化物数量少且细小均匀分布,韧性相对提高,其抗弯强度、疲劳抗力也有所改善。基体钢主要用于要求高强度和足够韧性的冷挤压、冷镦等模具,有些基体钢还可用于热作模具。


4、无磁高强度模具钢的应用


电子工业的发展,对无磁模具钢的需求量大大增加,传统的无磁模具钢7Mn15Cr2A13V2WMo是一种高强度奥氏体无磁模具钢,其磁导率低,并具有良好的强度和耐磨性,但由于其冷作硬化现象,切削加工比较困难。


为此国内科技工作者研发了一些新型无磁模具,有A18(18Mn12Cr18NiN)钢、WCG(8Mn15Cr18)钢、50Mn(50Mn18Cr4WN)钢等,以及部分奥氏体不锈钢。这些钢磁导率较低,强度较高,并具有良好的可切削加工性能。


冷作模具钢怎么选用


5、钢结硬质合金的应用


用硬质合金制造模具,在不受冲击韧性要求不高的情况下,性能比钢要好,寿命很长,但成本较高,更为困难的是由于受制造条件的限制,难以制造形状复杂的模具。


20世纪60年代我国已开始研究钢结硬质合金,它是一种介于合金钢和硬质合金之间的新型材料,具有优良的耐磨性。与硬质合金相比,钢结硬质合金可以切削、锻造、焊接、热处理,并且具有韧性,综合力学性能较好,成本较低的特点。我国研制的钢结硬质合金有以TiC为硬质相的GT35、R5、DT、Ti等和以WC为硬质相的GW50、GJW50、TLMW50等。


钢结硬质合金目前用于制造冷镦模、拉深模、挤压模、冲裁模、拉丝模、热镦模等,使用寿命比合金模具钢寿命提高几倍到几十倍。


冷作模具钢通常在成分上以高碳为主,以满足高硬度和高耐磨性的需要。如果为了提高模具抗冲击能力,需增加韧性时,可选用中碳钢,这时可借用热作模具钢来代替。


在冷作模具钢中加入合金元素时,主要是为了提高淬透性和耐磨性,对于耐磨性要求高的模具,多采用加入碳化物形成元素,例如Cr、Mo、W、V等元素的多元合金钢。


文章来源: 材料成型,热处理生态圈

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