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冷作模具钢介绍

时间:2016-01-20 17:02:09  来源:  作者:

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    冷作模具钢主要用于冲压、下料、成型、弯曲、冷挤压、冷拉、粉末冶金模具等,要求具有高硬度、高耐磨性和足够的韧性。一般分为,通用型和特殊型两大类。如美国通用型的冷作模具钢通常包括01,A2,D2,D3这4个钢种,各国通用型的冷作合金模具钢钢号对照,见表4。日本JIS标准中能用作冷作模具钢的主要有SK系,包括SK系碳素工具钢,合金工具钢SKD系8个,SKHMO系高速钢9个,共24个钢号。我国GB/T1299-2000合金工具钢标准中共纳入11个钢种,形成较完善的系列。 随着加工技术、被加工材料及对模具需求的变化,原有的基本系列不能满足需要,日本钢厂以及欧洲主要的工模具钢生产厂开发出特殊用途的冷作模具钢,并逐渐形成了各自的冷作模具钢系列,这些冷作模具钢的开发,也是冷作模具钢的发展方向。
    1.低合金空淬冷作模具钢 随着热处理技术的发展,特别是真空淬火技术在模具行业的广泛应用,为了减小淬火变形,国内外开发了一些低合金空淬微变形钢,该类钢要求具有良好的淬透性,热处理变形小,强韧性好,并且有一定的耐磨性能。而标准的高合金冷作模具钢(如D2、A2)虽然淬透性好,但合金含量高,成本昂贵。因此,国内外开发了一些低合金微变形钢,该类钢一般含有提高淬透性的合金元素Cr,Mn合金元素,合金元素的总含量一般<5%,适用于制造生产批量不大的精密复杂模具。具有代表性的钢种美国的A6,日立金属公司的ACD37,大同特殊钢公司的G04,爱知制钢公司的AKS3等。我国GD钢,经900℃淬火和200℃回火后,能保持一定量的残余奥氏体,具有较好的强韧性和尺寸稳定性,可用于制作易崩刃断裂的冷冲模具,有较高的使用寿命。该类钢的主要化学成分见表5。
    2.火焰淬火模具钢 为了缩短模具制造周期,简化热处理工艺,节约能源,降低模具的制造成本。日本发展了一些火焰淬火要:求的专用冷作模具钢。比较典型的如爱知制钢的SX105V(7CrSiMnMoV)、SX4(Cr8),日立金属的HMD5,HMD1,大同特殊钢公司的G05钢等,我国研制开发了7Cr7SiMnMoV。这类钢可以在模具加工完后,采用氧乙炔喷枪或其他加热器,对模具的刃部或其它部分进行加热后空冷淬火,一般淬火后可以直接使用。由于工艺简单,在日本获得广泛使用。该类钢代表性的钢种是7CrSiMnMoV,具有良好的淬透性,在φ80mm的钢材经油淬火时距表面30mm处的硬度可达到60HRC,心部与表面硬度差值为3HRC,火焰淬火时,经180~200℃预热,用喷枪加热至900-1000℃淬火,硬度可达到60HRC以上,可得到1.5mm以上的淬硬层。国内外几个主要的火焰淬火模具钢的化学成分见表6。
    3.高韧性、高耐磨性冷作模具钢 为了提高冷作模具钢的韧性并使钢的耐磨性降低不是很多,国外一些模具钢生产的主要企业,相继开发了一系列的高韧性、高耐磨性兼备的冷作模具钢。这类钢一般含碳量约为1%,含Cr8%,加入Mo、V、Si等合金元素,其碳化物细小、分布均匀、韧性远高于Cr12类型钢,而耐磨性则与之相近。它们的硬度、抗弯强度、疲劳强度和断裂韧性高,抗回火稳定性也高于Crl2型模具钢,适合于高速冲床和多工位冲床。70年代,美国钒合金公司首先开发出VascoDie(8Cr8Mo2V2Si),该类钢发展较快,美国CRUCIBLE公司开发的CRU-WEAR钢、Timken的Lescowear,BOHLER的K340钢、日本山阳特殊钢的QCM8,大同特钢的DC53、爱知制钢公司的SX5(Cr8MoV),TCD等钢。我国也研制开发了LD钢、GM钢,ER5钢等。该类钢代表性的钢种是低V含量日本的DC53和高V含量的CRU-WEAR,DC53经1020-1040℃淬火,空冷后硬度可达到62-63HRC,一般使用可在低温回火(180~200℃)和高温回火(500~550℃)使用,其韧性可比D2高1倍,疲劳性能比D2高20%;CRU-WEAR锻轧后,退火经850-870℃奥氏体化,小于30℃/小时冷却到650℃出炉,硬度可达到225-255HB,可在1020~1120℃范围选择淬火温度,硬度可达到63HRC,根据使用条件在480~570℃回火,具有明显的二次硬化效应,耐磨性、韧性优于D2。国内外一些高强高韧冷作模具钢见表7。
    4.基体钢 高速钢以其优良的耐磨性和红硬性,国外已经广泛地用于制造高性能、高寿命的冷作模具,如日本通用标准的高速钢SKH51(W6Mo5Cr4V2)等。为了适应模具的要求,往往通过降低淬火温度、淬火硬度或降低高速钢中的含碳量,以提高其韧性。 基体钢是从高速钢发展而来的,其化学成分相当于高速钢淬火后的基体成分。所以淬火后的残余碳化物数量少,分布均匀,使钢的韧性较高速钢有很大的改善。美国和日本在70年代初研究过牌号为VascoMA,VascoMatrix1和MOD2的基体钢。最近研制,开发了DRM1、DRM2,DRM3等。一般用于要求韧性较高而抗回火稳定性较好的冷作模具。我国也研制一些基体钢,如65Nb(65Cr4W3Mo2VNb)、65W8Cr4VTi、65Cr5Mo3W2VSiTi等钢。该类钢具有良好的强韧性,广泛制作冷挤压、厚板冷冲、滚丝轮、压印模、冷镦模等,和可用做温挤压模具。表8为一些基体钢的化学成分。
    5.粉末冶金模具钢 常规工艺生产的莱氏体型高合金冷作模具钢,特别是大截面材,共晶碳化物粗大,分布不均匀,严重地降低了钢的韧性、磨削性和等向性。 近些年来,国外工模具钢生产的主要特钢企业都集中力量开发了一系列的粉末冶金高速钢和高合金模具钢,使该类钢得到迅速发展。粉末冶金生产工模具钢已经成为国外的重点发展方向,美国CRUCIBLE厂已具备年产12000吨的生产能力,奥地利BOHLER厂仅2002年生产粉末工具钢(主要是高速钢和冷作模具钢)1800吨。采用粉末冶金工艺由于雾化钢粉冷速快,形成的碳化物细小均匀,显著地提高了模具材料的韧性、可磨削性和等向性。由于这种特殊的工艺生产,碳化物的细小均匀,可加工性和磨削性能的改善,可使钢中添加更高的碳含量和钒含量,从而发展了一系列的新钢种。如日本大同的DEX系列(DEX40,DEX60,DEX80等),日立金属的HAP系列,不二越的FAX系列,UDDEHOLM的VANADIS系列,法国Erasteel的ASP系列,美国CRUCIBLE公司的粉末冶金工模具钢发展较快,形成CPMlV,CPM3V,CPMlOV,CPM15V等一系列的粉末冶金钢,其耐磨性和韧性比普通工艺制造的工模具钢有明显提高,如表9。国内在80年代曾开展粉末冶金高速钢的研究工作,但未产业化。近些年来,也研究甚少。

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