冷變形加工模具鋼的選材
1.冷變形加工模具鋼的選材應(yīng)考慮以下因素:
1)模具的工作條件,包括設(shè)備種類、加工頻率、被加工的材質(zhì)、潤滑及環(huán)境等;
2)模具形態(tài)的復(fù)雜程度及加工程序;
3)產(chǎn)品的生產(chǎn)批量及技術(shù)要求;
4)模具材料來源的難易及加工條件,大型模具的材料費用往往占模具成本的50%以上,對于形態(tài)復(fù)雜、精度要求高的模具,宜選用淬火變形小的模具鋼。
根據(jù)實際使用,常用的冷變形模具鋼有低淬透性鋼、低變形鋼、微變形鋼、高強(qiáng)度鋼、高韌性鋼、抗沖擊冷變形模具鋼。
處理工藝
2、各類冷變形模具鋼的特點和相應(yīng)的處理工藝
2.1 低淬透性冷變形模具鋼
這類鋼以碳素工具鋼尤以高碳絡(luò)鋼GCr15和9Cr2Mo等為主:其中以GCr15軸承鋼和 9Cr2Mo來制作各種成型軋輪和制作冷軋輥為代表,GCr15鋼具有良好的耐磨性,但淬透性差,淬火變形大,作為小型冷軋輥(φ≤200m/m)可采用整體加熱或整體高溫900—950℃快速加熱,淬火冷卻用鹽水→油,控制工件在鹽水中的冷卻時間而后經(jīng)200—220℃回火,輥表面硬度控制在Rc60— 62之間,能獲得較高的使用壽命,如硬度Rc≥62以上易造成輥表面在軋制時產(chǎn)生表面剝落,用GCr15所制的各種成型軋輪可用堿浴等溫淬火或用二硝、三硝溶液淬火,控制在溶液中的冷卻時間,取出空冷或油冷能使軋輪獲得表面高硬度變形小的效果。
隨著加工工業(yè)的發(fā)展,材料改制工業(yè)大量的發(fā)展,相應(yīng)的各種高速多輥軋用鋼9Cr2Mo何德國軋輥鋼86CrMoV7有必要在工業(yè)方法上要有新的突破,要在強(qiáng)韌化處理上作文章,在采用新的軋輥用鋼也要有新的突破。目前在高速軋機(jī)的工作輥何傳動輥有采用D2(Cr12MOv;Cr12Movco)和5H12(5Cr5MovSi)等。作者認(rèn)為要根據(jù)接觸擠壓疲勞應(yīng)力和摩擦磨損的觀點去選用工作輥的材料,同抗斷帶來事故的能力去選用傳動輥的材料。
2.2 低變形變形模具鋼
1)Mn-Cr-W系,這是各國通用的綜合性能優(yōu)良的代表鋼種,以CrMn為代表鋼。此鋼具有熱處理變形小,耐磨性能較高的特點,具有較高的淬透性和韌性。用CrWMn鋼制作的模具,如采用合理的熱處理工藝,控制和調(diào)節(jié)好,淬火時造成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力,減少變形完全可以替代工廠常用的Cr12制作的落料模具。
2)Mn系,9Mn2V是我國作為CrWMn,9CrSi等的代用鋼,可用于制造冷沖模、落料模、剪刀、彎曲模。
3)SiMnMo系石墨鋼,特點是含Si量高,在強(qiáng)烈的石墨化元素Si的作用下,部分碳是石墨化狀態(tài)存在,使鋼具有自潤作用,具有較高的抗咬合性,良好的切削性和耐磨性,熱處理變形小,尺寸穩(wěn)定。SiMnMo鋼,用于制作表面質(zhì)量要求嚴(yán)格的彎曲、拉伸、整形沖模能顯著提高沖件的質(zhì)量。
2.3 高耐磨微變形冷變形模具鋼
以Cr12Mov型為代表,這是國內(nèi)外最廣泛采用的高性能冷變形模具鋼。Cr12Mov是改進(jìn) Cr12鋼,碳含量過高,造成嚴(yán)重的大塊狀碳化物不均勻的缺點。Cr12Mov鋼的特點是具有高的耐磨性、淬透性,是微變形冷沖裁模,冷鐓模的主要材料目前一般工廠中仍廣泛使用Cr12鋼,改材料具有高的硬度,高耐磨性,高淬透性,尤其是熱處理后變形微小,鉗加工時銼削性能好,在用于沖裁成型模、拉伸模等模具上仍獲得廣泛使用。但Cr12材料得嚴(yán)重碳化物不均勻和形成大塊狀碳化物得分布,成為模具在使用中造成崩韌、開裂、折斷過早失效得根源。根據(jù)作者的實踐經(jīng)驗,如一些落料沖模具使用貝氏體和殘奧加碳化物的混合組織,使用壽命將有明顯提高。如表2所示為落料模Cr12材料采用下貝氏體等溫處理與普通淬火處理的使用次數(shù)比較表。
2.4 高強(qiáng)度冷變形模具鋼
通常有高速鋼W18Cr4和W6Mo5Cr4v2組成。用于冷擠壓沖模和重載荷冷鐓沖模,中厚鋼(10-25m/m)沖孔沖頭和直徑小于5—6m/m的小沖頭。如鏈條內(nèi)外片沖孔用的小沖頭,采用高速鋼經(jīng)低溫加熱淬火的熱處理工藝。W18Cr4V(1220℃-1250℃加熱淬火),W6Mo5Cr4V2(用 1170℃-1190℃)經(jīng)低溫加熱淬火處理的模具有高的塑性變形抗力,有高的硬度和耐磨性;有足夠的刃性,實踐證明經(jīng)低溫淬火的沖頭,可顯著地提高壽命,大大減少沖頭折斷事故。
2.5 高強(qiáng)韌性冷變形模具鋼
有些冷擠模和冷鐓模需承受高的強(qiáng)度和高的沖擊韌性,而普通的高速鋼和高碳鉻剛制件易于脆斷或折斷,模具需要有高的強(qiáng)韌配合,具體分為兩類:
1)將碳高速鋼:將W系或Mo系的高速鋼含碳量降低為0.5—0.6%,增加處理后鋼的韌性。如6W6Mo5Cr4V2,具體熱處理工藝為淬火加熱溫度1160—1180℃,冷卻后經(jīng)550—570℃三次回火,硬度為Rc60-63,用于冷擠壓沖頭或冷鐓沖頭可成倍的提高使用壽命。
2)基體鋼:基體鋼是改善高速鋼韌性的另一個途徑,與高速鋼相比,基體鋼的過剩碳化物很少,碳化物的顆粒細(xì)小,分布均勻所以沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度均好于高速鋼,同時保持了好的耐磨性。我國研制成功并推廣應(yīng)用的基體鋼。如65Nb、CG-2、 012Al。
以上三種基體鋼適於形狀復(fù)雜,沖擊負(fù)荷較大,韌性要求高的冷變形模具。其他還有些特殊的模具鋼,如易切削冷模鋼8Cr2S(8Cr2MnMovS),除于塑料模具較多。
3)高強(qiáng)韌耐磨的新型模具鋼7CrMo2V2Si,簡稱LD。
LD是以美國專利鋼為基礎(chǔ),調(diào)整了合金元素量而研制的強(qiáng)韌耐磨鋼。此鋼的過剩碳化物量少,且尺寸細(xì)小,而奧化體的合金化程度高,LD經(jīng)1100℃加熱淬火后,奧化體的合金度和Cr12Mov經(jīng)1050℃加熱淬火,奧化體的合金化程度接近,同時固溶強(qiáng)化和二次強(qiáng)化,效果較顯著。對于模具需承受沖擊載荷和要求強(qiáng)韌性高的模具,可較大幅度的提高使用壽命。作者曾在自行車鏈條的內(nèi)外片落料模使用過LD料,壽命比Cr12模具可提高1-3倍取得可喜的經(jīng)濟(jì)效果。如表4所示的為LD、P18(高速鋼)Cr12Mov機(jī)械性能比較表。
LD材料不僅用于落料沖載模還是沖頭,在耐磨性和抗崩韌開裂,抗折斷性都比較滿意,值得推廣使用。
抗沖擊冷變形加工模具鋼,主要以CrW2Si系型和60Si2Mn鋼,用于抗沖擊模具和韌具(以剪刀、刀片為主)這類鋼的特點是過剩碳化物少,組織結(jié)構(gòu)均勻。因含多元合金,固溶強(qiáng)化和回火后碳化物彌散強(qiáng)化較好,具有高強(qiáng)度、高韌性、高沖擊疲勞抗力。用于風(fēng)動工具、沖剪工具和大中型沖鐓模。缺點是抗壓能力低、熱穩(wěn)定性差、淬火變形難控制。對于CrWzSi系鋼,作剪刀時(如5CrW2Si)應(yīng)盡量用高溫加熱淬火,以使馬氏體形態(tài)有所變化,使強(qiáng)韌性有大提高,這點作者在實際工作中取得很好效果。