一、冷作模具鋼

冷模具鋼包括沖裁模具(落料沖孔模、修邊模、沖頭、剪刀)、冷軋模具和冷擠壓模具、壓彎模具和拉絲模具。

1.冷作模具鋼的工作條件和性能要求

冷模具鋼在工作時(shí)。由于加工材料的變形阻力相對(duì)較大，模具的工作部分承受較大的壓力、彎曲力、沖擊力和摩擦力。因此，冷模具的正常報(bào)廢通常是磨損。也有因斷裂、坍塌和變形過(guò)差而提前失效的。 冷模具鋼與刀具鋼相比有許多共同點(diǎn)。模具需要高硬度和耐磨性、高彎曲強(qiáng)度和足夠的韌性，以確保沖壓過(guò)程的順利進(jìn)行。不同之處在于模具的形狀和加工工藝復(fù)雜。而且摩擦面積大，磨損可能性大，難以磨損。因此，它需要更高的耐磨性。模具工作時(shí)沖壓大，由于形狀復(fù)雜，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，韌性高；模具尺寸大，形狀復(fù)雜。因此，它需要、更小的變形和開(kāi)裂傾向。簡(jiǎn)而言之，冷模具鋼在淬火、耐磨、韌性等方面的要求高于刀具鋼。但在紅色硬度要求較低或基本不要求（因?yàn)槭抢湫纬桑?，因此也形成了一些適合冷模具的鋼，如高耐磨、微變形冷模具鋼、高韌性冷模具鋼等。

2、鋼種選擇

根據(jù)冷模的使用條件，鋼種的選擇可分為以下四種情況： (1)尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、負(fù)荷輕的冷模。比如小沖頭、剪鋼板的剪刀等。T7A、T8A、T10A、T12A等碳工具鋼制造。這種鋼的優(yōu)點(diǎn)是可加工性好，價(jià)格便宜，來(lái)源容易。但其缺點(diǎn)是淬火性低、耐磨性差、淬火變形大。因此，只適用于制造一些尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、負(fù)荷輕、硬化層不深、韌性高的冷模具。 (2)冷作模具尺寸大，形狀復(fù)雜，負(fù)荷輕。常用的鋼種有9種SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃鋼。這些鋼在油中的淬透直徑一般可達(dá)40mm以上。其中9Mn2V鋼是近年來(lái)我國(guó)發(fā)展的一種Cr冷作模具用鋼可替代或部分替代Cr的鋼。 9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開(kāi)裂傾向比CrWMn鋼小，脫碳傾向性比9SiCr鋼小，淬透性大于碳工具鋼。它的價(jià)格只比后者高30%左右，所以是一種值得推廣的鋼種。Mn2V鋼材在生產(chǎn)和使用中也存在一些缺點(diǎn)，如沖擊韌性低、此外，回火穩(wěn)定性差，回火溫度一般不超過(guò)180℃在200℃回火時(shí)，抗彎強(qiáng)度和韌性開(kāi)始出現(xiàn)低值。 9Mn2V鋼可以在冷卻能力相對(duì)較低的淬火介質(zhì)中淬火，如硝酸鹽和熱油。對(duì)于一些變形要求嚴(yán)格、硬度要求低的模具，可采用奧氏體等溫淬火。 (3)冷作模具尺寸大，形狀復(fù)雜，負(fù)荷重。必須使用中合金或高合金鋼，如Cr12Mo、Crl2MoV、 Cr6WV、Cr4W2MoV此外，還有高速鋼。 近年來(lái)，使用高速鋼制冷模具的趨勢(shì)越來(lái)越大，但應(yīng)該指出的是，它不再利用高速鋼獨(dú)特的紅硬優(yōu)勢(shì)。它具有高淬火性和高耐磨性。因此，在熱處理過(guò)程中也應(yīng)存在差異。 高速鋼制冷模具應(yīng)采用低溫淬火，以提高韌性。W18Cr4V鋼制刀具常用的淬火溫度為1280-1290℃。制作冷模時(shí)，應(yīng)使用1190℃低溫淬火。又如W6Mo5Cr4V2.采用低溫淬火后，壽命可大大提高，尤其是折損率明顯降低。 〔4）刀間受沖擊負(fù)荷和薄的冷作模具。如上所述，前三種冷作模鋼的使用性能要求主要是高耐磨性，因此均采用高碳過(guò)分析鋼甚至萊氏體鋼。對(duì)于一些冷作模具，如切邊樓、沖裁模等，對(duì)口較薄，使用時(shí)受沖擊負(fù)荷影響，沖擊韌性要求較高。為解決這一矛盾，可采取以下措施①減少合碳量。采用亞共析鋼，避免一次和二次碳化物導(dǎo)致鋼韌性下降；②加入Si、Cr等合金元素。提高鋼的回火穩(wěn)定性和回火溫度(240-270℃回火)有利于在不降低硬度的情況下充分消除淬火應(yīng)力，提高性能；②加入W形成難熔碳化物的元素可以細(xì)化晶粒，提高韌性。常用的高韌性冷模具鋼有6種SiCr、4CrW2Si、5CrW2Si等。

3.充分發(fā)揮冷作模具鋼性能潛力的途徑

在用Cr當(dāng)12型鋼或高速鋼制成冷模具時(shí)，一個(gè)突出的問(wèn)題是鋼的脆性大，使用時(shí)容易開(kāi)裂。因此，碳化物必須通過(guò)充分鍛造來(lái)細(xì)化。此外，還應(yīng)開(kāi)發(fā)新的鋼種。新鋼種發(fā)展的重點(diǎn)應(yīng)該是降低鋼的碳含量和碳化物形成元素的數(shù)量。  Cr4W2MoV鋼具有硬度高、耐磨性高、淬火性好等優(yōu)點(diǎn)。并具有良好的回火穩(wěn)定性和綜合力學(xué)性能。用于制造硅鋼板沖壓模具。它可以使用壽命比Cr12MoV鋼提高1~3倍以上。但鋼鍛溫區(qū)范圍狹窄，鍛造易開(kāi)裂。鍛造溫度和操作規(guī)范應(yīng)嚴(yán)格控制。

Cr2Mn2SiWMoV鋼淬火溫度低，淬火變形小，淬火性高。

7W7Cr4MoV鋼可代W18Cr4V和Cr12MoV鋼的特點(diǎn)是碳化物的不均勻性和韌性大大提高。

 

二、熱作模具鋼

1.熱作模具的工作條件

   熱模具包括錘鍛模具、熱擠壓模具和壓鑄模具。如前所述，熱模工作條件的主要特點(diǎn)是與熱金屬接觸，這是與冷模工作條件的主要區(qū)別。因此，它將帶來(lái)以下兩個(gè)問(wèn)題：  (1)模腔表面的金屬被加熱。通常錘鍛工作時(shí)，模腔表面溫度可達(dá)300~400℃以上熱擠壓?？蛇_(dá)500一800℃以上；壓鑄模腔溫度與壓鑄材料的類型和澆筑溫度有關(guān)。如果壓鑄黑色金屬，模腔溫度可達(dá)1萬(wàn)℃以上。如此高的使用溫度會(huì)顯著降低模具腔的表面硬度和強(qiáng)度，在使用過(guò)程中容易折疊。因此，熱模鋼的基本使用性能要求是熱塑性抗力高，包括高溫硬度、高溫強(qiáng)度和高熱塑性變抗力，實(shí)際上反映了鋼的高回火穩(wěn)定性。這是熱模鋼合金化的第一種方法，即添加Cr、W、Si等合金元素能提高鋼的回火穩(wěn)定性。  （2）模腔表層金屬產(chǎn)生熱疲勞（龜裂）。熱模的工作特點(diǎn)是具有間歇性．每次使熱態(tài)金屬成形后都要用水、油、空氣等介質(zhì)冷卻模腔的表面。因此．熱模的工作狀態(tài)是反復(fù)受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產(chǎn)生反復(fù)的熱脹冷縮，即反復(fù)承受拉壓應(yīng)力作用．其結(jié)果引起模腔表面出現(xiàn)龜裂，稱為熱疲勞現(xiàn)象，由此，對(duì)熱模具鋼提出了第二個(gè)基本使用性能要求．即具有高的熱疲勞抗力。

 一般來(lái)說(shuō)，影響鋼熱疲勞抗力的主要因素有：   ①鋼的導(dǎo)熱性。鋼的高導(dǎo)熱性可以降低模具表面金屬的加熱程度，從而降低鋼的熱疲勞傾向。一般認(rèn)為鋼的導(dǎo)熱性與碳含量有關(guān)，碳含量高時(shí)導(dǎo)熱性低，因此高碳鋼不應(yīng)用于熱模鋼。碳鋼通常用于生產(chǎn)（C0.3％5~0.6%)合碳量過(guò)低，會(huì)降低鋼的硬度和強(qiáng)度。也不利。   ②鋼的臨界點(diǎn)影響。通常，鋼的臨界點(diǎn)（Acl）鋼的熱疲勞傾向越低。因此，通常添加合金元素Cr、W、Si、提高鋼的臨界點(diǎn)。從而提高鋼的熱疲勞抗力。

2.常用熱作模具鋼

  (1)錘鍛模鋼。一般來(lái)說(shuō)，錘鍛模鋼有兩個(gè)突出的問(wèn)題。一是工作時(shí)受沖擊負(fù)荷影響。因此，鋼的力學(xué)性能要求較高，特別是塑變抗力和韌性要求較高；二是錘鍛模截面尺寸大(400mm）因此，鋼的淬透性要求較高，以確保整個(gè)模具的組織和性能均勻。   錘鍛模常用鋼有5種CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等等。不同類型的錘眼模具應(yīng)選擇不同的材料。特大型或大型錘鍛模5CrNiMo為好.也可以用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等等。中小型錘鍛模型通常選擇5CrMnMo鋼。   (2)熱擠壓模具用鋼，其工作特點(diǎn)是加載速度慢。因此，模腔的加熱溫度較高，通常可達(dá)500-800℃。這種鋼的使用性能要求主要是高溫強(qiáng)度(即高回火穩(wěn)定性)和高耐熱疲勞性。ak淬透性要求可適當(dāng)降低。一般熱擠壓模尺寸較小，通常小于 70~90 mm。      常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5％Cr類型等熱模具鋼。CrW2Si可制作冷模具鋼和熱模具鋼。由于用途不同，可采用不同的熱處理方法。冷模時(shí)淬火溫度低(870-900℃）低溫或中溫回火處理；熱模時(shí)淬火溫度較高(一般為950-1000℃）高溫回火處理。    （3）壓鑄模具鋼。一般來(lái)說(shuō)，壓鑄模具鋼的性能要求與熱擠壓模具鋼相似，即回火穩(wěn)定性高，熱疲勞抗力高。因此，通常選擇的鋼類型一般與熱擠壓模具鋼相同。如果通常使用4CrW2Si和3Cr2W8V等鋼。但與低熔點(diǎn)不同。Zn合金壓鑄?？蛇x40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；對(duì)Al和Mg合金壓鑄?？蛇x擇4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等對(duì)Cu合金壓鑄模多采用3Cr2W8V鋼。    近年來(lái)，隨著黑色金屬壓鑄工藝的應(yīng)用，高熔點(diǎn)鋁合金和鎳合金被廣泛使用。Cr2W8V鋼進(jìn)行Cr-Al-SI用于制造黑色金屬壓鑄模具的三元共滲。最近國(guó)內(nèi)外都在試驗(yàn)用高強(qiáng)度銅合金作為黑色金屬的壓鑄模材料。

 

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