当今,我国常用的冷作模具钢仍是CrWMn 低合金工具钢和Cr12MoV 、Cr12 高合金工具钢等钢材。但由于其碳化物偏析较严重,特别是在模具规格尺寸较大时易造成畸变的方向性和强韧性的降低。现介绍一些国内外新研发的冷作模具钢,供冷镦紧固件模具制造参考。
•低合金冷作模具钢
该钢的主要特点是工艺性好,淬火温度低,热处理畸变小,强韧性好,并且有适当的耐磨性。在钢中加铬或锰可提高淬透性,并使钢在淬火和低温回火后保留一定量的残余奥氏体,减少畸变;加入硅或镍可使基体强韧化,并提高回火抗力,在相同硬度下,比其它同类钢有更高的强韧性,加入钼或钒可细化晶粒。表1为低合金冷作模具的化学成分。
GD 钢(6CrMnNiMoVSi 钢 ) 经900 ℃淬火和200 ℃回火后仍保持适量( 约 15%) 的稳定的残余奥氏体,未溶碳化物均匀细小,有利于减少畸变和提高钢的强韧性,而且GD 钢热处理后畸变量小于CrWMn 钢,用于制作易崩刃断裂的冷冲模 ( 如切料剪刀片等 ) 具有高的使用寿命,硬度60 ~ 61HRC,冲击值145J/cm 2 。
DS钢经900 ℃淬火和200 ℃回火后有较高的强韧性,硬度59 ~ 60HRC,冲击值210J/cm 2 ,冲击韧度高于6CrW2Si 工具钢。
•基体钢
基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体化学成分相同的钢。我国研制的一些基体钢,如 65Cr4W3Mo2VNb( 简称65Nb) 钢、65W8Cr4VTi( 简称 LM1) 钢,65Cr5Mo3W2VTi( 简称 LM2) 钢。
我国开发的几种基体钢的主要成分相当于高速钢淬火组织中的基体,但含碳量稍高于基体的,以增加一次碳化物量和提高耐磨性,此外,还加入少量的强碳化物形式元素铌或钛,以形成比较稳定的碳化物,阻止淬火加热时晶粒的长大并改善钢的工艺性能。
LM1 和Cr12MoV 钢的强韧性对比硬度前者62.5HRC,后者61.5HRC,无缺口试样冲击值前者 30J/cm2,后者则只有5J/cm2 。基体钢具有较高的强韧性,广泛用于制作冷挤压、厚板冷冲、冷镦成型模具。65Nb 钢还可用于黑色金属的温挤压模具。
•韧性较高的冷作模具钢
为了提高冷作模具钢的韧性,并进一步增加钢的耐磨性,我国研制LD 、ER5 和GM钢等,日本的 TCD 、AOF11 、DC53 钢,美国的 DIE 钢,瑞典的 ASSAB88 钢,奥地利的K340 、K360 。
这些钢的化学成分有如下特点,适当降低铬含量以改善碳化物偏析,增加钨、钼和钒的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性,此类钢大都采用较高的淬火温度(1140 ~ 1160 ℃ ) 和1 ~ 3 次高温回火(520 ~ 560 ℃ ) 与Cr12 冷作模具钢比较,有较高的韧性和更好的耐磨性,因而制作的模具有更高的寿命,更适于冲床和多工位冷镦机的使用。
LD钢的适宜淬火温度为1100 ~ 1150 ℃,回火温度可选530 ℃~ 550 ℃,硬度59 ~ 62HRC,制作冷冲模、落料模、冷镦模等代替Cr12MoV 钢,模具寿命有显著提高。
ER钢1120 ℃淬火和580 ℃回火三次后,有最佳的二次硬化效果。强度、韧性和抗冲击磨损的能力均优于Cr12钢,适用于制作精密、重载和高速冷冲模具,具有高的使用寿命。
GM钢由于合金元素与碳的配比适当,具有高的二次硬化能力,1120 ~ 1140 ℃淬火540 ℃两次回火后,硬度可达64 ~ 66HRC ,保证了优异的耐磨性能。GM 钢制作的模具有冲床上使用和制作多工位级进模,使用寿命比Cr12MoV 钢提高数倍,用于制作高强度螺栓滚轮,滚制12.9级 40 ~ 42HRC螺栓,寿命比Cr12MoV 钢提高10倍以上。对GM钢还可以采用1070 ℃淬火,150 ℃两次回火的低温淬火、低温回火工艺,硬度为62 ~ 63HRC,尤其适宜制作冷镦模具使用。
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