一般来说,根据热锻模具钢的使用条件,钢种选择可分为以下四种情况:
(1)冷作模具尺寸小、形状简单、载荷轻。 例如:小型冲头、切断钢板的剪刀等可以采用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。 这类钢的优点是:加工性能好、价格便宜、来源容易。 但其缺点是:淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。 因此,只适合制造尺寸小、形状简单、载荷轻的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷作模具。
(2)尺寸大、形状复杂、载荷轻的冷作模具。 常用的钢种包括9SiCr、CrWMn、GCr15和9Mn2V等低合金切削工具钢。 这些钢在油中淬透直径一般可达40mm以上。 其中9Mn2V钢是我国近年来开发的无铬冷作模具钢,可替代或部分替代含铬钢。
9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬裂倾向比CrWMn钢小,脱碳倾向比9SiCr钢小。 其淬透性大于碳素工具钢,而其价格仅比后者高30%左右,是值得推广使用的A钢种。
但9Mn2V钢也存在一些缺点,如冲击韧性较低,在生产和使用过程中已发现开裂现象。 另外,回火稳定性差,回火温度一般不超过180℃。 当在 200°C 回火时,弯曲强度和韧性开始表现出较低的值。
9Mn2V钢可在硝酸盐、热油等具有温和冷却能力的淬火介质中淬火。 对于一些变形要求严格但硬度要求不是很高的模具,可以采用奥氏体等温淬火。
(3)尺寸大、形状复杂、负荷重的冷作模具。 必须采用中合金或高合金钢,如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WV、Cr4W2MoV等,也采用高速钢。
近年来,冷作模具使用高速钢的趋势日益增强。 但需要指出的是,此时不再利用高速钢特有的红硬性,而是利用其高淬透性和高耐磨性。 为此,热处理工艺上也应该存在差异。
当高速钢用作冷作模具时,应采用低温淬火以提高韧性。 例如,W18Cr4V钢制作切削刀具时常用的淬火温度为1280-1290℃。 制作冷作模具时,应采用1190℃低温淬火。 另一个例子是W6Mo5Cr4V2钢。 低温淬火后,使用寿命可大大提高,特别是破损率显着降低。
(4)承受冲击载荷且刃口间隙较薄的冷作模具。 如上所述,前三类冷作模具钢的性能要求主要是高耐磨性。 为此,使用高碳过共析钢甚至纯铁钢。 使用并承受冲击载荷时,应以高冲击韧性为主要要求。 为了解决这一矛盾:可采取以下措施: 1)降低碳含量,采用亚共晶钢,以避免因一次、二次碳化物而导致钢的韧性下降; 2)添加Si.、Cr等合金元素,提高钢的回火稳定性,回火温度(240~270℃之间回火)有利于充分消除淬火应力,在不降低硬度的情况下增加强度; ②添加W等形成难熔碳化物的元素,细化晶体。 颗粒并提高韧性。 常用的高韧性冷作模具钢有6SiCr、4CrW2Si;、5CrW2Si等。
3、充分发挥冷作模具钢性能潜力的途径
使用Cr12钢或高速钢制造冷作模具时,一个非常突出的问题是钢质脆,在使用过程中容易开裂。 为此,必须通过充分的锻造来细化碳化物,此外还应开发新的钢种。 开发新钢种的重点应是降低钢的碳含量和碳化物形成元素的量。
Cr4W2MoV钢具有高硬度、高耐磨性和淬透性好等优点,并具有良好的回火稳定性和综合机械性能。 用于制造硅钢片冲压模具等,其使用寿命比Cr12MoV钢可提高1~。 3倍以上,但该钢的锻造温度范围较窄,锻造时会出现裂纹。 应严格控制锻造温度和操作工艺。 Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低,淬火变形小,淬透性高。 7W7Cr4MoV钢又称自由淬微变形模具钢,可替代W18Cr4V和Cr12MoV钢。 其特点是使钢的碳化物不均匀性和韧性大大改善。
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