冷作模具鋼的選材與熱處理方法
對冷作模具材料的主要性能要求是:良好的耐磨性,足夠的強度和韌性,高的疲勞壽命,良好的抗擦傷和咬合性能以及良好的工藝性能。
九十年代以前,國內常用的冷作模具鋼有:碳素工具鋼T1OA,合金工具鋼9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si;高速工具鋼 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2;軸承鋼GCr15;彈簧鋼60Si2Mn,滲碳鋼20Cr、12CrNi3A;不銹鋼3Crl3等。其中用量最大的是 C r12、Cr12MoV、T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和 W18Cr4V。
為滿足生產要求,國內先後研究開發了壹系列新型冷作模具鋼。
1、低合金冷作模具鋼
國內開發的低合金冷作模具鋼中,有7CrSiMnMoV(代號CH)、
6CrMnNiMoVSi(代號GD)、 6CrMnNiMoVWSi(DS)、CrNiWMoV等。這些鋼的淬透性好,淬火溫度較低,熱處理變形小,價格低,具有較好的強度和韌性的配合,適用於制造精度復雜模具。
7CrSiMnMoV,代號CH,在820~1000℃淬火,可獲得HRC60以上的硬度,是壹種空淬微變形鋼,可以火焰加熱空冷淬硬。該鋼的耐磨性盡管比Cr12MoV差,但比9Mn2V和T10A好;抗彎強度、抗壓強度和沖擊韌性都優於Cr12MoV和9Mn2V;熱處理後的變形量和常用的Cr12MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr4W2MoV等鋼相當。 CH鋼具有良好的強韌性和良好的工藝性,可用於代替T10A、9Mn2V、CrWMn、GCr15、Cr12MoV等制造對強韌性要求較高的冷作模具,如沖孔凸模、中薄鋼板(2~5mm厚)的修邊落料模等。由於該鋼可以采用火焰加熱空冷淬硬,所以也用於制造要求表面火焰淬火的部分汽車模具。 6CrMnNiMoVSi,代號GD,較CH鋼增加了0.85%左右的Ni,進壹步強韌化了基體。該鋼的淬火溫度範圍較寬,淬透性好,也可火焰加熱空冷淬火,具有良好的強韌性。當用於制造易崩及斷裂的冷沖模具時,模具壽命較高。
2、高強韌耐磨鋼
Cr12系列冷作模具鋼是較廣泛采用的鋼種系列,具有良好的淬透性和耐磨性,但***晶碳化物偏析較嚴重,韌性較差,淬火後異常變形較大。為彌補此類鋼的性能缺陷,國內先後開發了壹些高強韌耐磨鋼,如7 Cr7Mo2V2Si(代號 L D)、Cr8WmoV3Si(代號 ER5)、9 Cr6W3Mo2V2 (代號 GM)、Cr8MoV2Ti、80Cr7Mo3W2V等。與 Cr12、Cr12MoV相比,此類鋼的碳和鉻的含量較低,改善了碳化物不均性,提高了韌性;適當增加了 W、Mo、V等合金元素的含量,從而增強了二次硬化能力,提高了耐磨性。所以,此類鋼在具有良好的強韌性的同時,還有優良的耐磨性和較好的綜合性能,主要用於制造承受應力較大、要求高強韌性和耐磨損的各類冷作模具。
7Cr7Mo2V2Si,代號LD,最初是針對冷鐓模具而研制的。其碳含量低於 G.Steven推薦的'平衡碳'規律,使鋼在具有高硬度的同時,又具有較好的韌性;加入Cr、Mo、V元素,有利於二次硬化,保證鋼具有較高的硬度、強度和良好的耐磨性;加入壹定量的 Si,以強化基體,提高回火穩定性。LD鋼常用的熱處理工藝是1100~1150℃ 淬火,530~570℃ 回火,回火後硬度 HRC57~63。1100℃淬火後的組織為細針馬氏體十殘留奧氏體十剩余碳化物,晶粒度10.5級。 l100℃ 淬火、570℃回火後的組織為回火馬氏體十殘余碳化物。 LD鋼已被廣泛應用於制造冷鍛、冷沖、冷壓、冷彎等承受沖擊、彎曲應力較大,又要求耐磨損的各類冷作模具。
Cr8MoWV3Si,代號 ER5,在具有較高強韌性的同時,又具有突出好的耐磨性。該鋼在回火過程中彌散析出的特殊碳化物,是 ER5比 Crl2系鋼具有更高強韌性和耐磨性的重要原因。ER5鋼適用於制造承受沖擊力較大,沖擊速度較高的精密冷沖,重載冷沖以及要求高耐磨的其他冷作模具。
9Cr6W3Mo2V2,代號GM,也是以提高耐磨性為主要目的而研制的高耐磨冷作模具鋼。該鋼通過 Cr、 W、Mo、V等碳化物形成元素的合理配比,並根據'平衡碳'規律配碳,使鋼具有最佳的二次硬化能力及抗磨損能力,同時又保持了較高的強韌性和良好的冷熱加工性能,適用於制造沖裁、冷擠、冷鍛、冷剪、高強度螺栓滾絲輪等精密、高耐磨冷作模具。