高強韌性冷作模具鋼

    低合金鋼、不銹鋼和軸承鋼冷擠壓技術的發(fā)展對冷作模具鋼提出了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且還要有高韌性。顯然，上述各類模具鋼不能滿足這些要求。鉻鎢硅系鋼的耐磨性不夠，而高鉻鋼、中鉻鋼、高速鋼中碳化物含量高，韌性不足。為了滿足冷擠壓工藝發(fā)展的需要，目前已研制出多種高強韌性模具鋼，如降碳高速鋼、基體鋼、低合金高強度鋼、馬氏體時效鋼等。
    1 .6W6Mo5CY4V(6W6)鋼
    (l)主要性能特點6W6稱降碳高速鋼，相對W6Mo5C釁VZ鋼，碳的質(zhì)量分數(shù)降低了0.21%左右，釩的質(zhì)量分數(shù)降低了1 .05%一1 .n%。由于碳、釩含量的降低，使得碳化物總量減少，碳化物不均勻性得到改善，不均勻度為1一2級。淬火硬化狀態(tài)的抗彎強度和塑性提高了30%一50%，沖擊韌度提高了50%一{bfb}，但淬火硬度減少了2一3HRC。其主要缺陷是易產(chǎn)生脫碳，耐磨性稍差。
    (2)熱加工工藝
    l)鍛造。6W6Mo5C討V鋼含鋁量較高，鍛造溫度范圍稍窄。鍛造工藝是:始鍛溫度為1050一ll000C，終鍛溫度為850一900“C，鍛后緩冷。因變形抗力較大需深透鍛造。
    2)退火。退火工藝可按高速鋼進行，退火易軟化，退火硬度小于229HBW，可加工性較好。
    3)淬火與回火。圖2一4是淬、回火溫度對6w6鋼力學性能的影響，該鋼仍保持較強的二次硬化能力和良好的熱穩(wěn)定性。二次硬化狀態(tài)下的沖擊韌度隨淬火溫度降低而明顯上升，但硬度下降?；鼗饡r的強度峰值出現(xiàn)在560一580“C之間，硬度峰值和沖擊韌度谷值位于540一560oC之間。因此，為了獲得良好的韌性和較高的耐磨性，通常采用較低溫度淬火，較高溫度回火，工藝參數(shù)為:1 150一1200“C油淬，560一580oC回火三次.
    (3)應用范圍6W6Mo5Cr4V鋼主要用于取代高速鋼或CrlZ型鋼制作易于脆斷或開裂的冷擠壓凸?；蚶浠漳?，壽命可提高2一10倍。用于大規(guī)格的圓鋼下料剪刀，壽命可提高數(shù)十倍。
    2.基體鋼
    所謂基體鋼，就是具有高速鋼正常淬火基體成分的鋼。這類鋼過剩碳化物少，細小均勻，工藝性能好，強韌性有明顯改善，廣泛用于高負荷、高速耐沖擊冷、熱變形模具。下面主要介紹三種常用的基體鋼，即65C釁W3 MoZVNb(65Nb)鋼、7C刀M‘vZsi(山)鋼、SCr4MO3SIMnV川(olZAI)鋼。
    (l)65C抖W3 MoZVNb鋼
    l)主要性能特點。該鋼，c的平均值為0.65%，故稱65Nb。與W6Mo5Cr4VZ鋼淬火基體成分相比，碳、鎢含量稍高，鋁含量稍低，并加人少量的妮。Nb與C形成穩(wěn)定性高的NbC，其尺寸小，分布均勻，強烈阻止奧氏體晶粒長大。因而該鋼具有高速鋼的強度、硬度和耐磨性，又有較好的韌性，鋼的工藝性能也得到很大改善。而且，直徑小于50mm的65Nb鋼軋材不需改鍛，仍可獲得滿意的性能和壽命。
    2)熱加工工藝
    ①鍛造。65Nb鋼變形抗力小，鍛造性能良好。鍛造時要緩慢加熱，始鍛溫度為1100“C，終鍛溫度為900一850oC，鍛后緩冷。
    ②退火。65Nb鋼的退火工藝為:加熱860OC，等溫溫度730一740OC，退火硬度為183一207HBW。由于該鋼退火易軟化，延長等溫時間，硬度可降低至1 soHBW左右，為模具本身的冷擠壓成形提供了條件。
    ③淬火與回火。圖2一5是淬火溫度對65Nb鋼力學性能的影響，由圖可見，隨著淬火溫度的升高，‘由于碳化物不斷溶解，殘留奧氏體隨之增加，奧氏體晶粒緩慢長大，當淬火加熱溫度大于1 160“C時，才開始明顯長大。所以，65Nb鋼適宜的淬火加熱溫度為1080一1180oC，當淬火溫度超過11800C后，晶粒粗化，強度下降。
    3)應用范圍。65 Nb鋼適于制作形狀復雜的非鐵金屬擠壓模、冷沖模、冷剪模及單位擠壓應力為2500MPa左右的鋼鐵材料冷擠壓模具，也可用于軸承、標準件，汽車行業(yè)中的鍛模、沖模及剪切模具，可獲得高的使用壽命。
    65Nb鋼對于擠壓應力超過2500MPa的鋼鐵材料擠壓模及要求耐磨性高的模具，其抗壓屈服強度和耐磨性均顯不足，這類問題，有些可以通過表面處理的方法來解決。
    (2)7Cr7MoZVZSi(山一l)鋼
    l)主要性能特點。LD一1鋼是一種不含鎢的基體鋼。含碳量和鉻、鑰、釩的含量都高于高速鋼基體，所以鋼的淬透性和二次硬化能力有了提高。尤其是釩的二次硬化效應強烈。不僅如此，未溶的vC還能顯著細化奧氏體晶粒，增加鋼的韌性和耐磨性。
    該鋼性能優(yōu)于crlZ型鋼、高速鋼，具有高強度、高韌性和高的耐磨性。冷熱加工的工藝性優(yōu)良，熱處理變形小，通用性強。
    2)熱加工工藝
    ①鍛造。動一1鋼鍛造性能良好，宜緩慢加熱，保證熱透。鍛造加熱溫度應嚴格控制在1 130一1 1500e，終鍛溫度為850“C，鍛后砂冷。
    ②退火。退火工藝采用球化退火。加熱溫度為840一860OC，保溫2h;等溫溫度為700一720oC，保溫4一6h，緩冷到400“C以下出爐空冷。退火硬度為220一250HBW。
    LD鋼的淬火溫度范圍較寬，為floo一1150oC。淬火后，約有34%的殘留奧氏體，所以淬火變形小。為使殘留奧氏體充分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，必須進行高溫回火，回火溫度為540-570OC，回火次數(shù)為2一3次，每次1一Zh為宜?；鼗鸷蟮挠捕葹?7一63HRC。有時為了提高模具的韌性，也可采取“低淬低回”工藝，淬火溫度為ro50一1080“c，回火溫度為180一220oC，回火后硬度為58一6()HRC。
    3)應用范圍。綜上所述，和其他模具鋼相比，LD鋼有更好的綜合性能，因此，廣泛用于冷擠、冷徽、沖壓和彎曲等冷作模具的制造，其壽命可比高鉻鋼、高速鋼提高幾倍到幾十倍。
    (3)SCI4Mo3SIMnVAI(olZAI)鋼
    l)主要性能特點。olZAI鋼的。C為0.47%一0.57%，在三種基體鋼中是{zd1}的。該鋼強韌性高，抗熱疲勞性好，是冷、熱兼用型模具鋼。由于含有Cr、M。、從等與氮有強烈親和力的元素，滲氮性能良好，可以通過滲氮進一步提高耐磨性和耐蝕性。
    2)熱加工工藝
    ①鍛造。012擬鋼的導熱性差，變形抗力大，鍛造較為困難。鍛造工藝是:加熱溫度為11(X)一1 140oC，始鍛溫度為1050一11(X) oC，終鍛溫度為850oC以上，鍛后砂冷。
    ②退火。采用等溫退火工藝:加熱溫度為850一870oc，保溫4h;爐冷至710一720oc，保溫6h，爐冷至550oC以下出爐空冷，硬度‘229HBW。
    ③淬火和回火。用于冷作模具，olZAI鋼的{zj0}淬火、回火工藝:500“c和850oc二次預熱，1090一1 120oC的鹽浴爐加熱(30擴mm)油淬，510oC回火兩次，每次2h油冷。回火硬度為60一62HRC。
    3)應用范圍。012AI鋼用于冷作模具，主要代替CrlZMoV鋼制作冷徽模、中厚鋼板凸模、搓絲板、內(nèi)六角凸模、切邊模等，使用壽命比cr12M0v鋼大幅提高。
    3 .6CrNISIMnMoV(GD)鋼
    基體鋼雖然具有高強韌性和較好的耐磨性，但其合金元素含量(質(zhì)量分數(shù))大于ro%，成本較高;其次，淬火溫度區(qū)間較窄，一般不能用箱式電阻爐加熱淬火，從而限制了該類鋼在中小企業(yè)的推廣使用。GD鋼就是針對基體鋼的上述缺陷而研制的新鋼種。
    從合金化和性能特點看，GD鋼屬于高強韌性低合金冷作模具鋼。其成分與CrwMn相比，降低了碳含量，新增了鎳、硅、鑰、釩，合金元素總量為4%。