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冷作模具钢的牌号及应用

编辑:上海山特松正工程机械有限公司  字号:
摘要:冷作模具钢的牌号及应用
当今,我国常用的冷作模具钢仍是 CrWMn 低合金工具钢和 Cr12MoV 、 Cr12 高合金工具钢等钢材。但由于其碳化物偏析较严重,特别是在模具规格尺寸较大时易造成畸变的方向性和强韧性的降低。现介绍一些国内外新研发的冷作模具钢,供冷镦 紧固件模具制造参考。

•低合金冷作模具钢

该钢的主要特点是工艺性好,淬火温度低,热处理畸变小,强韧性好,并且有适当的耐磨性。在钢中加铬或锰可提高淬透性,并使钢在淬火和低温回火后保留一定量的残余奥氏体,减少畸变;加入硅或镍可使基体强韧化,并提高回火抗力,在相同硬度下,比其它同类钢有更高的强韧性,加入钼或钒可细化晶粒。表 1 为低合金冷作模具的化学成分。 表 1 为低合金冷作模具的化学成分 (W%)

牌号
 
C
 
Cr
 
Mo
 
V
 
Si
 
Mn
 
Ni
 
W
 
GD
 
0.69
 
1.15
 
0.45
 
0.18
 
0.70
 
0.85
 
0.85
 
――
 
DS
 
0.59
 
1.15
 
0.25
 
0.20
 
0.65
 
0.88
 
0.88
 
0.50
 
D1
 
0.95
 
0.50
 
――
 
0.20
 
――
 
1.20
 
――
 
0.50
 
CrWMn
 
0.98
 
1.05
 
――
 
――
 
――
 
0.95
 
――
 
1.40
 


GD 钢 (6CrMnNiMoVSi 钢 ) 经 900 ℃淬火和 200 ℃回火后仍保持适量 ( 约 15%) 的稳定的残余奥氏体,未溶碳化物均匀细小,有利于减少畸变和提高钢的强韧性,而且 GD 钢热处理后畸变量小于 CrWMn 钢,用于制作易崩刃断裂的冷冲模 ( 如切料剪刀片等 ) 具有高的使用寿命,硬度 60 ~ 61HRC ,冲击值 145J/cm 2 。
DS 钢经 900 ℃淬火和 200 ℃回火后有较高的强韧性,硬度 59 ~ 60HRC ,冲击值 210J/cm 2 ,冲击韧度高于 6CrW2Si 工具钢。
•基体钢
基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体化学成分相同的钢。我国研制的一些基体钢,如 65Cr4W3Mo2VNb( 简称 65Nb) 钢、 65W8Cr4VTi( 简称 LM1) 钢, 65Cr5Mo3W2VTi( 简称 LM2) 钢。

表 2 为基体钢化学成分。
基体钢化学成分见表 2 ( W% )
牌号
 
C
 
Si
 
Cr
 
W
 
Mo
 
V
 
Nb
 
其它
 
65Nb
 
0.65
 
――
 
4.1
 
2.75
 
2.25
 
0.95
 
0.25
 
――
 
LM1
 
0.65
 
――
 
4.5
 
8
 
――
 
1
 
――
 
0.2Ti
 
LM2
 
0.65
 
1.0
 
4.9
 
2
 
3.1
 
1.2
 
――
 
0.2Ti
 


我国开发的几种基体钢的主要成分相当于高速钢淬火组织中的基体,但含碳量稍高于基体的,以增加一次碳化物量和提高耐磨性,此外,还加入少量的强碳化物形式元素铌或钛,以形成比较稳定的碳化物,阻止淬火加热时晶粒的长大并改善钢的工艺性能。
LM1 和 Cr12MoV 钢的强韧性对比硬度前者 62.5HRC ,后者 61.5HRC ,无缺口试样冲击值前者 30J/cm2 ,后者则只有 5J/cm2 。基体钢具有较高的强韧性,广泛用于制作冷挤压、厚板冷冲、冷镦成型模具。 65Nb 钢还可用于黑色金属的温挤压模具。
•韧性较高的冷作模具钢
为了提高冷作模具钢的韧性,并进一步增加钢的耐磨性,我国研制 LD 、ER5 和 GM 钢等,日本的 TCD 、 AOF11 、 DC53 钢,美国的DIE 钢,瑞典的 ASSAB88 钢,奥地利的 K340、K360 。
这些钢的化学成分有如下特点,适当降低铬含量以改善碳化物偏析,增加钨、钼和钒的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性,此类钢大都采用较高的淬火温度 (1140 ~ 1160 ℃ ) 和 1 ~ 3 次高温回火 (520 ~ 560 ℃ ) 与 Cr12 冷作模具钢比较,有较高的韧性和更好的耐磨性,因而制作的模具有更高的寿命,更适于冲床和多工位冷镦机的使用。
LD 钢的适宜淬火温度为 1100 ~ 1150 ℃,回火温度可选 530 ℃~ 550 ℃,硬度 59 ~ 62HRC ,制作冷冲模、落料模、冷镦模等代替 Cr12MoV 钢,模具寿命有显著提高。
ER 钢 1120 ℃淬火和 580 ℃回火三次后,有最佳的二次硬化效果。强度、韧性和抗冲击磨损的能力均优于 Cr12 钢,适用于制作精密、重载和高速冷冲模具,具有高的使用寿命。
GM 钢由于合金元素与碳的配比适当,具有高的二次硬化能力, 1120 ~ 1140 ℃淬火 540 ℃两次回火后,硬度可达 64 ~ 66HRC ,保证了优异的耐磨性能。 GM 钢制作的模具有冲床上使用和制作多工位级进模,使用寿命比 Cr12MoV 钢提高数倍,用于制作高强度 螺栓滚轮,滚制 12.9 级 40 ~ 42HRC 螺栓,寿命比 Cr12MoV 钢提高 10 倍以上。对 GM 钢还可以采用 1070 ℃淬火, 150 ℃两次回火的低温淬火、低温回火工艺,硬度为 62 ~ 63HRC ,尤其适宜制作冷镦模具使用。
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