冷作模具钢

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    冷作模具钢是指使金属在冷态下变形或成形所使用的模具钢。常用的专用冷作模具钢是Cr12型钢,其含碳量为1.45%~2.30%,含铬量为11%~13%。冷作泛指被加工材料在常温下的成型工艺,常见的有冲裁、精冲、冷锻、冷挤、粉末压制等;针对不同的应用类型以及不同的被加工金属,模具钢的选择尤为关键;超博冷作钢系列,涵盖了不同的性能组合,大程度的平衡了耐磨损、抗塑性变形、抗崩角和开裂的性能,同时兼顾了切削、研磨以及热处理性能。
 
    冷作模具钢定义:由于冷作模具多为常温下工作,材料的塑性变形抗力大,模具的工作应力大,工作条件苛刻,综合起来这类模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足够的强度、适当的韧性。因此,冷作模具钢通常在成分上以高碳为主,以满足高硬度和高耐磨性的需要。如果为了提高模具抗冲击能力,需增加韧性时,可选用中碳钢,这时可借用热作模具钢来代替。在冷作模具钢中加入合金元素时,主要是为了提高淬透性和耐磨性,对于耐磨性要求高的模具,多采用加入碳化物形成元素,例如Cr、Mo、W、V等元素的多元合金钢。从钢材类别考虑,冷作模具钢多为过共析钢和莱氏体钢,一般属于工具钢范畴。
 
    冷作模具钢性能要求:
    1.冷作模具钢的使用性能
    1)较高的耐磨性:冷作模具在工作时,表面与坯料之间产生许多次摩擦,模具在这种情况下必须仍能保持较低的表面粗糙度值和较高的尺寸精度,以防止早期失效。由于模具材料的硬度和组织是影响模具耐磨性能的重要因素,因此为了提高冷作模具的抗磨性能,通常要求模具硬度高于加工件硬度30%~50%,材料的组织为回火马氏体或下贝氏体,其上分布均匀、细小的颗粒状碳化物。要达到此目的,钢中的碳的质量分数一般都在0.60%以上。
    2)较高的强度和韧性:模具的强度是指模具零件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。强度指标是冷作模具设计和材料选择的重要依据,主要包括拉伸屈服点、压缩屈服点等。屈服点是衡量模具零件塑性变形抗力的指标,也是常用的强度指标。为了获得高的强度,在模具制造过程中,要模具材料的韧性,要根据模具工作条件来决定,对于强烈冲击载荷的模具,如冷作模具的凸模、冷镦模具等,因受冲击载荷较大,需要高的韧性。对于一般工作条件下的冷作模具,通常受到的是小能量多次冲击载荷的作用,模具的失效形式是疲劳断裂,因此模具不必具有过高的冲击韧度值。
    3)较强的抗咬合性:咬合抗力实际就是对发生“冷焊”的抵抗能力。通常在干摩擦条件下,把被试验模具钢试样,与具有咬合倾向的材料(如奥氏体钢),进行恒速对偶摩擦运动,以一定速度逐渐增大载荷,此时转矩也相应增大。当载荷加大到某一临界值时,转矩突然急剧增大,这意味着发生咬合,这一载荷称为“咬合临界载荷”。临界载荷越高,标志着咬合抗力越强。
    4)受热软化能力:受热软化能力反映了冷作模具钢在承载时温升对硬度、变形抗力及耐磨性的影响。表征冷作模具钢受热软化抗力的指标主要有软化温度(℃)和二次硬化硬度(HRC)。
 
    2.冷作模具钢的工艺性能要求
    冷作模具钢的工艺性能,直接关系到模具的制造周期及制造成本。对冷作模具钢的工艺性能要求,主要有锻造工艺性、切削工艺性、热处理工艺性等。
    1)锻造工艺性:锻造不仅减少了模具材料的机械加工余量,节约钢材,而且改善模具材料的内部缺陷,如碳化物偏析、减少有害杂质、改善钢的组织状态等。为了获得良好的锻造质量,对可锻性的要求是热锻变形抗力低、塑性好、锻造温度范围宽,锻裂、冷裂及析出网状碳化物倾向小。
    2)切削工艺性:磨损小以及加工后模具表面光洁。冷作模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢,大多数切削加工都较困难,为了获得良好的切削加工性,需要正确进行热处理,对于表面质量要求较高的模具可选用含S、Ca等元素的易切削模具钢。
    3)热处理工艺性:热处理工艺性主要包括:淬透性、淬硬性、耐回火性、过热敏感性、氧化脱碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。

    冷作模具钢是应用最为广泛的一类模具钢,它的产量占据了模具钢产量的大半江山,包括各种碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、基体钢、硬质合金、钢结硬质合金、粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢,另外结构钢、锌合金、增强塑料也被用来制作冷作模具。
    我们将常用的冷作模具钢做一个基本的分类:
    碳素工具钢:常见的包括7种,分别是T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13。碳素工具钢中的碳的含量在0.7%-1.3%范围内,原料来源普遍,因此价格便宜。另外它的加工性能良好,淬火温度低,而且热处理后具有较高的表面硬度和较好的耐磨性。(碳元素能增强钢的硬度)
碳素工具钢

    高碳低合金钢:常见的包括21种,分别是9SiCr、9Mn2V、9CrWMn、CrWMn、DS、GCr15、Gr2、60Si2Mn、8Cr2MnWMoV5、GD、Cr2Mn2SiWMoV、W、4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si、8MnSi、6SiMnV、CH-1、6CrMnSi2MoV、5Cr3Mn1SiMo1V、Cr06。高碳低合金钢种碳的含量一般都较高(≥0.6%),它在碳素工具钢的基础上加入适量的Cr、Ni、Mo、Ti、W、V、Si、Mn等合金元素冶炼而成,合金元素的总质量分数在5%以下。这些合金元素的加入提高了钢的过冷奥氏体的稳定性,钢的淬透性也大幅提升;另外一些合金元素也使得淬火冷却的速度提高,减少了淬火热应力和组织应力,防止淬火变形和淬火开裂倾向。
高碳低合金钢

    高耐磨冷作模具钢:高耐磨冷作模具钢一般是高碳高铬钢,是一种高合金冷作模具钢,应用最为广泛,包括有LD-1、LD-2、Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV、Cr12Mo、Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr12V、ER5、GM、Cr5Mo1V、Cr12W等常见的13种。这类钢大部分是莱氏体钢、组织中有大量共晶碳化物,淬火后有大量共晶碳化物存在,同事含有大量残留奥氏体,因此热处理后有变形小,耐磨性高,承载力大的优势。
冷作模具钢

    高耐磨冷作模具钢:高耐磨冷作模具钢一般是高碳高铬钢,是一种高合金冷作模具钢,应用最为广泛,包括有LD-1、LD-2、Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV、Cr12Mo、Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr12V、ER5、GM、Cr5Mo1V、Cr12W等常见的13种。这类钢大部分是莱氏体钢、组织中有大量共晶碳化物,淬火后有大量共晶碳化物存在,同事含有大量残留奥氏体,因此热处理后有变形小,耐磨性高,承载力大的优势。
冷作模具钢

    冷作模具用高速钢:常见的有W18Cr4V(即W18)、W6Mo5Cr4V2(即M2)、W9Mo3Cr4V(即W9)、W12Mo3Cr4V3N(即V3N)、6W6Mo5Cr4V(即6W6)等五种。高速钢属莱氏体钢,具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性。
高速钢

    基体钢:包括有65Nb、012Al、CG-2、LM-1、LM-2。基体钢是指成分与高速钢淬火后的基体组织成分大致相同(基情无限的钢啊,算不算COPY忍者钢呢),而性能有所改变的一类钢,基体钢减少了共晶碳化物,并使得共晶碳化物在钢中分布均匀,这种钢工艺性能好,强韧性也明显有提高。
 
    无磁模具钢:包括7Mn15、5Mn15、1Cr18Ni9Ti、7Mn10。无磁钢,顾名思义,没有磁性的钢,奥氏体钢使得钢呈现出无磁性,(有些奥氏体不锈钢会出现弱磁性,也就是能被强磁吸起来,例如304、316,这是因为在加工过程中,奥氏体向马氏体转化),无磁模具钢包括奥氏体不锈钢和高锰系奥氏体钢。奥氏体不锈钢具有较高的抗晶间腐蚀性能,它经固溶后呈单相奥氏体组织,因此在强磁中不产生感应。而高锰系类奥氏体钢在加热和冷却过程中无相变,始终保持奥氏体组织。