冷作模具鋼

Cold Work Steels

　　冷作模具鋼鍵盤側重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性為主。
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　　一、冷作模具鋼
　　冷作模具鋼包括制造沖截用的模具（落料沖孔模、修邊模、沖頭、剪刀）、冷鐓模和冷擠壓模、壓彎模及拉絲模等
　　1.冷作模具鋼的工作條件及性能要求
　　冷作模具鋼在工作時．由於被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力及摩擦力。因此，冷作模具的正常報廢原因一般是磨損．也有因斷裂、崩力和變形超差而提前失效的。
　　冷作模具鋼與刃具鋼相比．有許多共同點。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強度和足夠的韌性，以保證沖壓過程的順利進行、其不同之處在於模具形狀及加I工藝復雜．而且摩擦面積大．磨損可能性大．所以修磨起來困難。因此要求具有更高的耐磨化模具工作時承受沖壓力大．又由於形狀復雜易於產生應力集中，所以要求具有較高的韌性；模具尺寸大、形狀復雜．所以要求較高的淬透性、較小的變形及開裂傾向性。總之，冷作模具鋼在淬透性、耐磨性與韌性等方面的要求要較刃具鋼高一些．而在紅硬性方面卻要求較低或基本上沒要求（因為是冷態成形），所以也相應形成瞭一些適於做冷作模具用的鋼種，例如，發展瞭高耐磨、微變形冷作模具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結合有關鋼種選用進一步說明。
　　Crl2
　　性能：高碳、高鉻類型萊氏體鋼，具有較好的淬透性和良好的耐磨性。由於鋼中碳質量分數最高可達2.30%，從而鋼變得硬而脆，所以沖南韌性較差，幾乎不能承受較大的沖擊荷載，易脆裂，而且易形成不均勻的共晶碳化物。
　　用途：用於制造受沖擊荷載較小，且要求高耐磨性的冷沖模和沖頭，剪切硬且薄的金屬的冷切剪刃、鑽套、量規、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉延模和螺絲滾模等。
　　生產品種：熱軋材、冷拉材、鍛材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。
　　Cr12Mo1V1
　　性能：高碳、高鉻類型萊氏體鋼，無特殊要求時鑽不作為必加元素。由於鉬和釩的含量比Cr12MoV高，故鋼的組織和晶粒度進一步細化，提高瞭鋼的淬透性、強度和韌性，使鋼的綜合性能更好。
　　用途：用於制造要求高耐磨性的大型復雜冷作模具，如冷切剪刀、切邊模、拉絲模、搓絲板、螺紋滾模、滾邊模和要求高耐磨的冷沖模和沖頭等。
　　生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。
　　Cr12MoV
　　性能：高碳、高鉻類型萊氏體鋼，具有良好的淬透性，截面尺寸在400mm以下可以完全淬透，且具有很高的耐磨性，淬火時體積變化小。其碳含量比Cr12鋼低很多，且加入瞭鉬、釩，因此，鋼的熱加工性能、沖擊韌性和碳化物分佈都得到瞭明顯改善。
　　用途：用於制造斷面較大、形狀復雜、耐磨性要求高、承受較大沖擊負荷的冷作模具，如冷切剪刀、切邊模、滾邊模、量規、拉絲模、搓絲板、螺紋滾模、形狀復雜的沖孔凹模、鋼板深拉伸模，以及要求高耐磨的冷沖模和沖頭等。
　　生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。
　　Cr5Mo1V
　　性能：合金含量中等，由於含有鉬和釩，所以鋼的淬透性良好，碳化物分佈均勻，具有一定的沖擊韌性和較好的耐磨性。
　　用途：用於制造定型模、鑽套、冷沖模、沖頭、切邊模、螺紋滾模、搓絲板和量規等。
　　生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。
　　9Mn2V
　　性能：綜合力學性能比碳素工具我鋼，具有較高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火時變形較小。由於鋼中含有一定量的釩，細化瞭晶粒，減小瞭過熱敏感性。碳化物不均勻性比CrWMn鋼好。
　　用途：用於制造各種精密量具、樣板，以及一般要求的尺寸較小的沖模、冷壓模、雕刻模、料模、剪刀、絲錐、板牙和鉸刀等。
　　生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。
　　根據需方要求可供應中小規格的模塊。
　　CrWMn
　　性能：具有較高的淬透性，由於加入1.20%%26mdash;1.60%（質量分數）鎢，形成碳化物，所以在淬火和低溫回火後具有一定的硬度和耐磨性。鎢有助於保持細小晶粒，從而使鋼具有較好的韌性，該鋼對形成網狀碳物比較敏感，而且這種碳公物網使工具刃部有剝落的危險。
　　用途：使用較為廣泛的冷作模具鋼。用於制造量具，如板牙、塊規、樣柱和樣套，，以及形狀復雜的高精度沖模等。
　　生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、冷拉鋼絲、銀亮鋼絲、熱軋鋼板、冷軋鋼板。
　　9CrWMn
　　性能：低合金冷作模具鋼，具有一定的淬透性和耐磨性，淬火變形較小，碳化物分佈均勻且顆粒細小。
　　用途：用於制造截面不大的，而形狀較復雜的冷沖模，以及量規、樣板等量具。
　　生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、冷拉鋼絲、冷軋鋼板。
　　Cr4W2MoV
　　性能：新中型合金冷作模具鋼，性能較穩定，與高合金冷作模具鋼Crl2、Crl2MoV相比，用其制成的模具使用壽命明顯提高。該鋼的共晶碳化物顆粒細小，分佈均勻，具有較高的淬透性和淬硬性，以及較好的耐磨性和尺寸穩定性。但鋼的熱加工溫度范圍較窄，變形抗力較大。
　　用途：用於制造各種沖模、冷鐓模、落料模、拉延模、冷擠壓凹模和搓絲板等。
　　生產品種：熱軋材、鍛材。
　　根據需方要求可供應小規格模塊。
　　6Cr4W3Mo2VNb
　　性能：高韌性冷作模具鋼，其化學成分接近高速工具鋼的基體成分，屬於一種基體鋼。因此，它具有高速工具鋼的高硬度和高強度。又因該鋼沒有過剩的碳化物，所以具有較高的韌性和疲勞強度。該鋼含有0.20%%26mdash;0.35%（質量分數）的鈮，使晶粒細化，並提高晶粒精化溫度，從而提高瞭鋼的韌性，改善瞭其工藝性能。
　　用途：用於制造冷擠壓模具、冷鐓模、螺釘沖頭、冷沖模、拉延模和搓絲板等。
　　生產品種：熱軋材、鍛材。
　　根據需方求可供應部分扁鋼或其他條鋼。
　　6W6Mo5Cr4V
　　性能：低碳高速工具鋼類型的冷作模具鋼，其淬透性好，並具有類似高速工具鋼的高硬度、高耐磨性、高強度等綜合性能，還具有比高速工具鋼韌性好的特性。用該鋼制造的冷擠壓模壽命較長。因鋼中鉬含量較高，其熱加工溫度范圍稍窄，變形抗力較大。此鋼易脫碳。
　　用途：用於制造冷擠壓凹模和上下沖頭等。
　　生產品種：熱軋材、鍛材。
　　根據需方要求可供應中小規格模塊。
　　2.鋼種選擇
　　通常接冷作模具的使用條件，可以將鋼種選擇分為以下四種情況：
　　（1）尺寸小、形狀簡單、輕負荷的冷作模具。例如．小沖頭，剪落鋼板的剪刀等可選用T7A、 T8A、T10A、T12A等碳素工具鋼制造。這類鋼的優點是；可加工性好、價格便宜、來源容易。但其缺點是：淬透性低、耐磨性差、淬火變形大。因此，隻適於制造一些尺寸小、形狀簡單、輕負荷的工具以及要求硬化層不深並保持高韌性的冷像模等。
　　（2）尺寸大、形狀復雜、輕負荷的冷作模具。常用的鋼種有9SiCr、CrWMn、GCr15及 9Mn2V等低合金刃具鋼。這些鋼在油中的淬透直徑大體上可達40mm以上。其中9Mn2V鋼是我國近年來發展的一種不含Cr的冷作模具用鋼．可代替或部分代替含Cr的鋼。
　　9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開裂傾向性比CrWMn鋼小、脫碳傾向性比9SiCr鋼小，而淬透性比碳素工具鋼大．其價格隻比後者高約30％因此是一個值得推廣使用的鋼種。
　　但9Mn2V鋼也存在一些缺點如沖擊韌性不高，在生產使用中發現有碎裂現象．另外回火穩定性較差，回火溫度一般不超過180℃在200℃回火時抗彎強度及韌性開始出現低值。
　　9Mn2V鋼可在硝鹽、熱油等冷卻能力較為緩和的淬火介質中淬火。對於一些變形要求嚴格而硬度要求又不很高的模具，可采用奧氏體等溫淬火。
　　（3）尺寸大、形狀復雜重負荷的冷作模具。須采用中合金或高合金鋼．如Cr12Mo、 Crl2MoV、 Cr6WV Cr4W2MoV等，另外也有選用高速鋼的。
　　近年來用高速鋼做冷作模具的傾向巴日趨增大、但應指出，此時已不再是利用高速鋼所特有的紅硬性長處．而用它的高淬透性和高耐磨性。為此．在熱處理工藝上也應有所區別。
　　選用高速鋼做冷模具時．應采用低溫淬火．以提高韌性。例如 W18Cr4V鋼做刃具時常用的淬火溫度為1280-1290℃。而做冷作模具時，則應采用1190℃的低溫淬火。又如 W6Mo5Cr4V2鋼．采用低溫淬火後可使壽命大大提高、特別是顯著減少瞭折損率。
　　〔4)受沖擊負荷且刀間單薄的冷作模具。如上所述．前三類冷作模具用鋼的使用性能要求均以高耐磨性為主為此均采用高碳過共析鋼乃至榮氏體鋼。而對有的冷作模具加切邊樓、沖裁模等．其對口單薄．使用時又受沖擊負荷作用則應以要求高的沖擊韌性為主。為瞭解決這一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亞共折鋼．以避免由於一次及二次碳化物而引起鋼的韌性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高鋼的回火穩定性和回火溫度（240一270℃回火）這樣有利於充分消除淬火應力使嘰提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成難熔碳化物的元素以細化晶粒、提高韌性。常用的高韌性冷作模具用鋼有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。
　　3.充分發揮冷作模具鋼性能潛力的途徑
　　在用Cr12型鋼或高速鋼做冷作模具時，一個很突出的問題是鋼的脆性大．使用中易開裂。為此，必須用充分鍛打的方法細化碳化物．除此之外應發展新鋼種。發展新鋼種的著眼點，應是降低鋼的含碳量及碳化物形成元素的數量。近年來國內研制並推廣以下幾種新鋼種、如表4.11所示。
　　Cr4W2MoV 鋼具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等優點．並具有較好的回火穩定性及綜合力學性能．用幹制造矽鋼片沖模等．可使壽命比Cr12MoV鋼提高1～3倍以上但此鋼鍛造溫區范圍較窄，鍛造河縣開裂．應嚴格控制鍛造溫度和操作規認Cr2Mn2SiWMoV鋼淬火溫度低、淬火變形小、淬透性高．有空淬微變形模具鋼之稱7W7Cr4MoV鋼可代W18Cr4V和Cr12MoV鋼．其特點是鋼的碳化物不均勻性和韌性得到很大的改善。