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冷作模具鋼材質(zhì)性能分析
冷作模具鋼材質(zhì)性能分析
在冷作模具鋼中，所發(fā)展的材料有：
高韌性、高耐磨性模具鋼 這些鋼C、Cr含量低于傳統(tǒng)的Cr12型模具鋼，增加了Mo、V合金數(shù)量、其耐磨性優(yōu)于Cr12Mo1V1鋼，韌性和抗回火軟化能力則高于Cr12，如美國(guó)釩合金鋼公司早期發(fā)表的Vasco Die(8Cr8Mo2V2Si)、日本大同特殊鋼公司的DC53（Cr8Mo2VSi），我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的則有7Cr7Mo2V2Si(LD鋼)、9CrW3Mo2V2(GM鋼)等，分別用于冷擠壓模具，冷沖模具及高強(qiáng)度螺栓的滾絲模具。
國(guó)內(nèi)冷作模情況:
1． 冷作模具鋼的開(kāi)發(fā)情況
對(duì)冷作模具材料的主要性能要**：良好的耐磨性，足夠的強(qiáng)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(guó)內(nèi)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*大的是 C r12、Cr12MoV、T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和 W18Cr4V。為滿足生產(chǎn)要求，國(guó)內(nèi)先后研究開(kāi)發(fā)了一系列新型冷作模具鋼。
1、高強(qiáng)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，但共晶碳化物偏析較嚴(yán)重，韌性較差，淬火后異常變形較大。為彌補(bǔ)此類鋼的性能缺陷，國(guó)內(nèi)先后開(kāi)發(fā)了一些高強(qiáng)韌耐磨鋼，如7 Cr7Mo2V2Si(代號(hào) L D)、Cr8WmoV3Si(代號(hào) ER5)、9 Cr6W3Mo2V2 (代號(hào) 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(dāng)增加了 W、Mo、V等合金元素的含量，從而增強(qiáng)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(qiáng)韌性的同時(shí)，還有優(yōu)良的耐磨性和較好的綜合性能，主要用于制造承受應(yīng)力較大、要求高強(qiáng)韌性和耐磨損的各類冷作模具。
7Cr7Mo2V2Si，代號(hào)LD，*初是針對(duì)冷鐓模具而研制的。其碳含量低于 G．Steven推薦的'平衡碳'規(guī)律，使鋼在具有高硬度的同時(shí)，又具有較好的韌性；加入Cr、Mo、V元素，有利于二次硬化，保證鋼具有較高的硬度、強(qiáng)度和良好的耐磨性；加入一定量的 Si，以強(qiáng)化基體，提高回火穩(wěn)定性。LD鋼常用的熱處理工藝是1100～1150℃ 淬火，530～570℃ 回火，回火后硬度 HRC57～63。1100℃淬火后的組織為細(xì)針馬氏體十殘留奧氏體十剩余碳化物，晶粒度10.5級(jí)。 l100℃ 淬火、570℃回火后的組織為回火馬氏體十殘余碳化物。 LD鋼已被廣泛應(yīng)用于制造冷鍛、冷沖、冷壓、冷彎等承受沖擊、彎曲應(yīng)力較大，又要求耐磨損的各類冷作模具。
Cr8MoWV3Si，代號(hào) ER5，在具有較高強(qiáng)韌性的同時(shí)，又具有突出好的耐磨性。該鋼在回火過(guò)程中彌散析出的特殊碳化物，是 ER5比 Crl2系鋼具有更高強(qiáng)韌性和耐磨性的重要原因。ER5鋼適用于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(hào)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(guò) Cr、 W、Mo、V等碳化物形成元素的合理配比，并根據(jù)'平衡碳'規(guī)律配碳，使鋼具有*佳的二次硬化能力及抗磨損能力，同時(shí)又保持了較高的強(qiáng)韌性和良好的冷熱加工性能，適用于制造沖裁、冷擠、冷鍛、冷剪、高強(qiáng)度螺栓滾絲輪等精密、高耐磨。
2、在熱作模具鋼中新發(fā)展的材料有：      (冷作模具鋼材質(zhì)性能分析)
1） 通用型熱作模具鋼 以55NiCrMoV6為代表的低合金熱作模具鋼，以H13（4Cr5MoSiV1）為代表的中合金熱作模具鋼；以H10（3Cr3Mo3VSi）鎢系鉬系熱作模具鋼。目前在我國(guó)4Cr5MoSiV1是產(chǎn)量*高的熱作模具鋼。
2） 高淬透性特大型鍛壓模塊用鋼 淬透性好，尺寸較大的模具心部可以獲得均勻的性能。如ISO4957標(biāo)準(zhǔn)中的40NiCrMoV；法國(guó)NF35590標(biāo)準(zhǔn)中的40NCD16；我國(guó)的4Cr2MovNi、3Cr2MoWVNi等。
3） 高熱強(qiáng)性模具鋼 又可分為以下四類。
A 中合金高熱強(qiáng)性模具鋼，一般是在3Cr3Mo3SiV（H10）和4CR5MoSiV1(HB)鋼的基礎(chǔ)上增加W、Mo、Co、Nb等元素，提高其高溫性能。如美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)H10A、我國(guó)開(kāi)發(fā)的3Cr3Mo3W2V等。
B 沉淀硬化型熱作模具鋼，這類鋼的含碳量較低，一般在2%左右。含有一些沉淀硬化的合金元素如V、Nb、Ni、Al、Mo等，模具淬火后，采用較低溫度回火（≈400oC），硬度為40HRC左右，由于含碳量低，中溫回火后的組織為板條狀低碳馬氏體，具有良好的韌性，而且具有良好的切削性，可以進(jìn)行型腔加工。模具在使用過(guò)程中，與高溫工件接觸的工作表面被工件加熱到鋼的沉淀硬化度（500~600 oC），模具的工作表面由于合金碳化物和金屬間化合物的析出，工作表面的硬度可上升到45~48HRC，提高了型腔表面的耐磨性模具心部仍保留原有的組織和高韌性，從而提高了模具的使用壽命。如日本日立金屬公司的YHD3、大同特殊鋼公司的DH76等。
C 紙?zhí)几咚黉摵突w鋼 高速工具鋼具有良好的抗回火軟化性能和高溫硬度，但是其韌性和抗冷熱疲勞性能較差。低碳高速鋼是將高速鋼的碳含量由1%左右降至0.3%~0.6%，在犧牲部分紅硬性和耐磨性的情況下，提高韌性和抗冷熱疲勞性能，如美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)H42，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)6W6Mo5Cr4V。
基體鋼的化學(xué)成分相當(dāng)于淬火后的高速鋼基體組成部分，所以淬火后過(guò)剩碳化物的數(shù)量少，細(xì)小均勻，使鋼的韌性和抗冷熱疲勞性能進(jìn)一步得到改善。如美國(guó)釩合金鐵公司的VascoMA(5Cr4W3Mo2V)，我國(guó)的6Cr4Mo3W2VNb。這種鋼由于綜合性能較好，即可以用于熱作模具鋼，也可以用于制造高性能的冷作模具。
D 奧氏體型熱作模具鋼，這類鋼經(jīng)固熔時(shí)效處理后，在700~800 oC仍保持較好的強(qiáng)度，如日本日立金屬公司的5Mn18Cr10V2，我國(guó)的7Mn10Cr8Ni10Mo3V2等。
3、塑料模具鋼由原國(guó)際中的3Cr12Mo（P20）一個(gè)鋼號(hào)發(fā)展成由以下七大類構(gòu)成的塑料模具用鋼系列：
                      (冷作模具鋼材質(zhì)性能分析)
1） 非合金塑料模具鋼 主要用于制造生產(chǎn)通用型熱塑性塑料生產(chǎn)工作批量不大，技術(shù)要求不太嚴(yán)格制品模具。如20、45等碳結(jié)構(gòu)鋼和T8、T10等碳素工具鋼。
2） 預(yù)硬型塑料模具鋼 采用中碳合金鋼預(yù)先經(jīng)過(guò)淬火和高溫回火狀態(tài)下（硬度為30~40HRC）交貨：代表性的鋼號(hào)如美國(guó)的P20、瑞典ASSAB公司的718（3CR2MnNiMo），日本大同特殊鋼公司的PDS5，我國(guó)的3Cr2Mo等。
3） 時(shí)效硬化型塑料模具鋼 由于時(shí)效溫度低，變形小，而且有規(guī)律，適用于制造形狀復(fù)雜，尺寸精度要求高的模具，如美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)P21，日本大同特殊鋼公司的NAK55（2Ni2AlCuMoS），NAK80，我國(guó)的25CrNi3MoAl等。
4） 滲碳型塑料模具鋼 一般為C、Si含量很低的低碳鋼或低碳合金鋼，以保證鋼在常溫下具有高塑性和很低的變形抗力，以便進(jìn)行型腔的冷擠壓，擠壓成型腔后進(jìn)行滲碳淬火、回火，使模具表面具有高硬度和抗磨損性能，一般用于制造要求耐磨性較高的熱固性塑料模具和增強(qiáng)塑料模具。如美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)P2（10CrMo），P3（10CrNi）；我國(guó)的20Cr、12CrNi2等。
5） 整體淬硬型模具鋼 一般都是借用高耐磨性冷作模具鋼及熱作模具鋼。如Cr5Mo1V(A2)和Cr12Mo1V1(D2)等冷作模具鋼和4Cr5MoSiV1等熱作模具鋼。
6） 耐蝕塑料模具鋼 有些塑料制品如聚氯乙烯、氟化塑料、陰燃料等在壓制過(guò)程中對(duì)模具有腐蝕作用，因此，對(duì)此類塑料模具一般采用馬氏體不銹鋼和沉淀硬化型不銹鋼，如瑞典ASSAB公司的STVAX（4Cr13），我國(guó)研制的PCR（0Cr16Ni4Cu3Nb）等。
7） 無(wú)磁塑料模具鋼 為了適應(yīng)磁性塑料制品的生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)外發(fā)展了一些無(wú)磁塑料模具鋼，將奧氏體型模具鋼通過(guò)時(shí)效硬化處理得到要求的硬度強(qiáng)度和低的導(dǎo)磁率，如日本日立金屬公司的HPM7，我國(guó)的7Mn15Cr2A13V2Wmo等。
此外，為了適應(yīng)塑料模具制造過(guò)程中的一些對(duì)鋼的工藝性能的特殊要求，發(fā)展了以下四類專用的特種塑料模具鋼種。
1） 鏡面磨削用塑料模具鋼 純凈度、致密度極高，材質(zhì)均勻性好，且淬回火硬度較高。適用于制作光學(xué)儀器、電子設(shè)備的透明制品。如瑞典材料S136，日本大同特殊鋼公司的SSTAR等。
2） 非調(diào)質(zhì)型預(yù)硬塑料模具鋼鍛（軋）后直接得到要求的硬度，一般為30~40HRC。如我國(guó)的3Cr2MnMoVS鋼等。
3） 高焊接性塑料模具鋼 此類鋼焊接性能很好，可以避免或簡(jiǎn)化焊前預(yù)熱或焊后處理工藝，以便模具的堆焊修復(fù)工作。如日本大同特殊鋼公司開(kāi)發(fā)的PXZ、PX5及NAK55等。
4） 易切削塑料模具鋼 此類鋼由于既加入了S等易切元素，又同時(shí)加入了Ca等變性劑，所以既改善了鋼的切削性能，又抑制了硫?qū)︿摰牧W(xué)性能和熱加工性能的不利影響。如日本大同特殊鋼公司的NAK55、DHA2F，我國(guó)的5NiCaS等。



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