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                  冷變形模具鋼的選材與熱處理
                  作者:志聯冶金            發布時間:2021-01-26

                      隨著機械加工工業的發展,生產中依靠冷作模制造的零件越來越多,使用的冷變形模具種類越來越多。冷體積模鍛(冷鐓、冷擠壓、壓印等);板料沖壓(如拉伸、落料、切邊、沖孔等);材料軋制(冷軋、軋輪成型等)。雖然冷變形模具的種類繁多,工作條件不一,性能要求也有所不同,但基礎工作情況相近:即均在冷狀態下使金屬變形,工作時承受較大的剪切力、壓力、彎曲力、沖擊力和摩擦力。

                      因而對這類模具鋼應具有以下基本性能:

                      1)高硬度和高強度,以保證在承受高應力時不容易產生微量塑性變形或破壞。

                      2)高的耐磨性能,在高的磨損條件下能保證模具的尺寸精度,這點對拉伸模和冷沖壓模顯得更加重要。

                      3)足夠的韌性,以便在沖擊載荷和動載荷下,不易發生工作韌的剝落或崩潰。

                      4)熱處理變形要小,因大多數模具具有復雜的型腔和精確精度,熱處理的變形很難用修磨加工來消除,此外有些冷變形模具還應有足夠的耐熱性能。如何合理的選擇冷變形模具的材料和恰當的熱處理手段,以提高模具的使用壽命是生產中最為關心的問題,作為冷變形模具的正常失效應該是磨損、微量的塑性變形和疲勞失效。但在實際生產中,除磨損失效外,而以崩韌折斷、開裂等提前失效,屢見不鮮。眾所周知,影響冷變形模具的使用壽命是一個綜合的因素;原材料選擇的合理性、原材料內部的冶金質量、設計和制造工藝的合理性、使用條件和操作工人的技術水平等。

                      1、冷變形模具鋼的選材問題

                      冷變形模具的選材應考慮以下幾個因素:

                      1)模具的工作條件,包括設備種類、加工頻率、被加工的材質、潤滑及環境等;

                      2)模具形態的復雜程度及加工程序;

                      3)產品的生產批量及技術要求;

                      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,對于形態復雜、精度要求高的模具,宜選用淬火變形小的模具鋼。

                      根據實際使用,常用的冷變形模具鋼有低淬透性鋼、低變形鋼、微變形鋼、高強度鋼、高韌性鋼、抗沖擊冷變形模具鋼。

                      2、各類冷變形模具鋼的特點和相應的處理工藝

                      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。

                      隨著加工工業的發展,材料改制工業大量的發展,相應的各種高速多輥軋用鋼9Cr2Mo何德國軋輥鋼86CrMoV7有必要在工業方法上

                      要有新的突破,要在強韌化處理上作文章,在采用新的軋輥用鋼也要有新的突破。目前在高速軋機的工作輥何傳動輥有采用D2(Cr12MOv;Cr12Movco)和5H12(5Cr5MovSi)等。要根據接觸擠壓疲勞應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,控制和調節好,淬火時造成的熱應力和組織應力,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,在強烈的石墨化元素Si的作用下,部分碳是石墨化狀態存在,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,尺寸穩定。SiMnMo鋼,用于制作表面質量要求嚴格的彎曲、拉伸、整形沖模能顯著提高沖件的質量。

                      2.3高耐磨微變形冷變形模具鋼以Cr12Mov型為代表,這是國內外最廣泛采用的高性能冷變形模具鋼。Cr12Mov是改進Cr12鋼,碳含量過高,造成嚴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。根據作者的實踐經驗,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。     

                  責任編輯:許月華

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