冷作模具钢

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合金冷作模具钢之基体钢和低碳高速钢一般特性介绍

    基体钢和低碳高速钢:对耐磨性要求高的模具,也有的采用高速钢制造,但往往由于其韧性较差而早期失效。为了提高高速钢的韧性,可采用降低其淬火温度的方法,但更多的是采用基体钢和低碳高速钢。基体钢,其化学成分相当于高速钢淬火后的基体组织成分,因基体钢中共晶碳化物数量少且细小均匀,韧性也相对提高了。近年来我国研制的基体钢是以 W6Mo5Cr4V2 和 W18Cr4V 钢的基体成分为基础发展改性的,如 6Cr4W3Mo2VNb、7W7Cr4VMo、6W8Cr4VTi等。有的还可用于热作模具,如 5Cr4W5Mo2V、5Cr4W2Mo2VSi 和5Cr4Mo3SiMoAl 等。低碳高速钢,其钢中的合金元素与高速钢相近,但碳含量较低,常用于高冲击载荷下耐磨损的模具,典型的钢号是6W6Mo5Cr4V*】,它和基体钢都具有接近高速钢的强度,且韧性好,同时在某些工艺性能方面也有明显的改善。
    这些钢还是属于高速钢类型的莱氏体钢种,在钢水凝固时仍会产生偏析或形成比较少量的共晶组织,是使这些钢呈现脆性的根源,热加工时仍需注意。因为钢的导热性差,应该缓慢加热,采用连续式炉加热时,最好在下加热区(900~1000℃)内保温均热,以保证钢锭(坯)加热均匀。锻打操作同高速钢一样,锻后应改善缓冷条件。采用大规格钢材制造模具时,最好采用反复镦粗拔长的锻造工艺,以改善碳化物的纤维方向,提高钢的强度和韧性。
    基体钢和低碳高速钢锻后必须退火,同时对返修的模具(需进行重新淬火)也应进行退火。这些钢特别是钼含量较多的钢,其脱碳敏感性较强,当不采用真空炉或保护气氛炉退火时,必须采取其他保护措施以防止严重脱碳。在加热到给定的退火温度下,并按规定的保温时间保持后,才允许以不超过 30℃/h的冷却速度冷却至 550℃以下方可快冷。退火后的组织一般为珠光体+细小碳化物。
    在淬火时,由于这些钢容易脱碳且又必须在高温下进行加热以保证碳和合金元素充分地溶入奥氏体中,因此,应尽可能地采用真空炉、可控气氛加热炉或盐浴炉加热,以防止工件的脱碳,并采取预热措施(常在 500℃及 800℃进行二次预热),以减少工件在高温区的停留时间。淬火加热温度提高,淬火组织中孪晶型马氏体的比例增加,基体中溶入的碳和合金元素更多,马氏体的开始转变点 M,降低,残余奥氏体的数量增多等,将使钢的强韧性发生变化。因此,在工业生产中应根据模具的工作条件和使用要求来选择淬火温度,对承受高抗力(一般2500MPa左右)和适当韧性的模具,如反挤压模具,可选用较高的淬火温度,对形状复杂或承受压强较小和要求韧性的模具,宜采用较低的淬火温度。至于淬火冷却,可视模具工作要求选用油冷、空冷或分级淬火等方式。
    基体钢在回火过程的转变与高速钢相类似,在 250~400℃范围回火时,渗碳体 M,C 不断地析出并聚集长大,钢的硬度下降。随着回火温度的提高,渗碳体型碳化物向 M,C 转化,形成高铬碳化物,钢的硬度回升,在 500~600℃间残余奥氏体迅速分解转变并伴有弥散相的析出,使硬度提高,即出现二次硬化现象,而随着回火温度的进一步升高,由于碳化物的集聚,钢的硬度又迅速下降。工业生产中一般采用3 次回火,每次回火应冷却至室温,以保证残余奥氏体转变为马氏体。每次回火都可以改善前一次回火残余奥氏体转变为初生马氏体的韧性,从而提高钢的韧性。


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