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我国热作模具钢的开发情况
2020-03-12

随着少切削无切削和精密成形技术在我国的快速发展,对模具材料的性能要求越来越高,一些五十年代以来长期沿用的老钢种已不能完全满足要求。为此,国内一些大学、研究所、钢厂和模具使用单位相继开发了许多具有优良性能的模具钢,使国内模具的使用寿命得到了很大提高,并使我国模具钢的钢种系列逐渐得到了补充和完善。 
冷作模具钢的开发情况 
对冷作模具材料的主要性能要求是:良好的耐磨性,足够的强度和韧性,高的疲劳寿命,良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。九十年代以前,国内常用的冷作模具钢有:碳素工具钢T1OA,合金工具钢9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si;高速工具钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2;轴承钢GCr15;弹簧钢60Si2Mn,渗碳钢20Cr、12CrNi3A;不锈钢3Crl3等。其中用量**的是 Cr12、Cr12MoV、T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和 W18Cr4V。为满足生产要求,国内先后研究开发了一系列新型冷作模具钢。 
1、高强韧耐磨钢 
Cr12系列冷作模具钢是较广泛采用的钢种系列,具有良好的淬透性和耐磨性,但共晶碳化物偏析较严重,韧性较差,淬火后异常变形较大。为弥补此类钢的性能缺陷,国内先后开发了一些高强韧耐磨钢,如7Cr7Mo2V2Si(代号 L D)、Cr8WmoV3Si(代号 ER5)、9 Cr6W3Mo2V2 (代号 GM)、Cr8MoV2Ti、80Cr7Mo3W2V等。与 Cr12、Cr12MoV相比,此类钢的碳和铬的含量较低,改善了碳化物不均性,提高了韧性;适当增加了 W、Mo、V等合金元素的含量,从而增强了二次硬化能力,提高了耐磨性。所以,此类钢在具有良好的强韧性的同时,还有优良的耐磨性和较好的综合性能,主要用于制造承受应力较大、要求高强韧性和耐磨损的各类冷作模具。 
7Cr7Mo2V2Si,代号LD,*初是针对冷镦模具而研制的。其碳含量低于 G.Steven推荐的’平衡碳’规律,使钢具有高硬度的同时,又具有较好的韧性;加入Cr、Mo、V元素,有利于二次硬化,保证钢具有较高的硬度、强度和良好的耐磨性;加入一定量的 Si,以强化基体,提高回火稳定性。LD钢常用的热处理工艺是1100~1150℃ 淬火,530~570℃ 回火,回火后硬度 HRC57~63。1100℃淬火后的组织为细针马氏体+残留奥氏体+剩余碳化物,晶粒度10.5级。 1100℃ 淬火、570℃回火后的组织为回火马氏体+残余碳化物。 LD钢已被广泛应用于制造冷锻、冷冲、冷压、冷弯等承受冲击、弯曲应力较大,又要求耐磨损的各类冷作模具。 
Cr8MoWV3Si,代号 ER5,在具有较高强韧性的同时,又具有突出好的耐磨性。该钢在回火过程中弥散析出的特殊碳化物,是 ER5比 Crl2系钢具有更高强韧性和耐磨性的重要原因。ER5钢适用于制造承受冲击力较大,冲击速度较高的精密冷冲,重载冷冲以及要求高耐磨的其他冷作模具。 
9Cr6W3Mo2V2,代号GM,也是以提高耐磨性为主要目的而研制的高耐磨冷作模具钢。该钢通过 Cr、 W、Mo、V等碳化物形成元素的合理配比,并根据’平衡碳’规律配碳,使钢具有*佳的二次硬化能力及抗磨损能力,同时又保持了较高的强韧性和良好的冷热加工性能,适用于制造冲裁、冷挤、冷锻、冷剪、高强度螺栓滚丝轮等精密、高耐磨冷作模具。 
2、高速钢基体钢 
高速钢基体钢具有相当于正常淬火高速工具钢的基本成份。并允许钢中保留5%左右的过剩碳化物,另外再适当增加或减少某些元素的含量。此类钢有效地解决了高速钢碳化物不均匀分布和韧性较差的问题,钢的抗弯强度、韧性、塑性和疲劳抗力高于高速钢,但耐磨性低于高速钢,用于制造要求高强度和足够韧性的冷挤压、冷冲、冷镦等模具。由于高速钢基体钢的红硬性好,所以也用于制造热作模具。国内研制的高速钢基体钢有:65Cr4W3Mo2VNb(简称65Nb)、60Cr4Mo3Ni2WV(代号CG-2)、5Cr4Mo3SiMnVA1(代号O12A1)、65W8Cr4VTi(代号LMI)、65Cr5Mo3W2VSiTi(代号LMZ)等。 
65Cr4W3Mo2VNb,其基体成份相当于淬火后的W6Mo5Cr4V2钢,但碳含量较一般基体钢高,以增加碳化物量和提高耐磨性。加入0.2~0.35% Nb,以提高钢的强韧性和改善工艺性。 65Nb用于制造冷挤压、厚板冷冲、冷镦等承受较大载荷的冷作模具,也可用于温热挤压模具。 
3、低合金冷作模具钢 
国内开发的低合金冷作模具钢中,有7CrSiMnMoV(代号CH)、6CrMnNiMoVSi(代号GD)、 6CrMnNiMoVWSi(DS)、CrNiWMoV等。这些钢的淬透性好,淬火温度较低,热处理变形小,价格低,具有较好的强度和韧性的配合,适用于制造精度复杂模具。 
7CrSiMnMoV,代号CH,在820~1000℃淬火,可获得HRC60以上的硬度,是一种空淬微变形钢,可以火焰加热空冷淬硬。该钢的耐磨性尽管比Cr12MoV差,但比9Mn2V和T10A好;抗弯强度、抗压强度和冲击韧性都优于Cr12MoV和9Mn2V;热处理后的变形量和常用的Cr12MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr4W2MoV等钢相当。 CH钢具有良好的强韧性和良好的工艺性,可用于代替T10A、9Mn2V、CrWMn、GCr15、Cr12MoV等制造对强韧性要求较高的冷作模具,如冲孔凸模、中薄钢板(2~5mm厚)的修边落料模等。由于该钢可以采用火焰加热空冷淬硬,所以也用于制造要求表面火焰淬火的部分汽车模具。 6CrMnNiMoVSi,代号GD,较CH钢增加了0.85%左右的Ni,进一步强韧化了基体。该钢的淬火温度范围较宽,淬透性好,也可火焰加热空冷淬火,具有良好的强韧性。当用于制造易崩及断裂的冷冲模具时,模具寿命较高。 
4、无磁高强度模具钢 
电子工业中的部分磁性元件需用无磁性的模具生产,7Mnl5Cr2A13V2WMo钢的导磁系数很低,强度、耐磨性也良好,但切削加工比较困难。国内开发的无磁模具钢有18Mn12Crl8NiN(代号A18)、8Mnl5Cr18(代号WCG)、50Mnl8Cr4WN(简称 50Mn)等。其中50Mn具有低磁导率(μ<1.1H/m),较高强度和良好的加工性能,经1020~1070℃(水冷)固溶处理后,硬度HRC30左右。再经过590℃士10℃时效,硬度上升至HRC35左右。

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