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機械加工性良好(切削性較SKD1提高20%)

淬透性良好,空冷淬硬(不易出現(xiàn)淬裂)

耐磨性極為優(yōu)異(可用作不銹鋼及高硬度材的沖裁模)

韌性良好

沖裁模HRC58~62高級量規(guī)HRC60~65

成形軋輥HRC58~63搓絲輥HRC60~63

十字槽頭螺釘成形模HRC57~62冷擠壓制模壓力機用原陽模HRC58~65

拉伸模HRC58~63冷鐓模HRC58~62

剪刀HRC50~65熱固性樹脂成形用模HRC56~61

冷作工具鋼在工作時.由于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。

冷作工具鋼與刃具鋼相比.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、其不同之處在于模具形狀及加工藝復雜.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.又由于形狀復雜易于產(chǎn)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,冷作工具鋼在淬透性、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(tài)成形),所以也相應形成了一些適于做冷作模具用的鋼種,例如,發(fā)展了高耐磨、微變形冷作模具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結(jié)合有關鋼種選用進一步說明。

用途:用于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、鉆套、量規(guī)、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉延模和螺絲滾模等。

生產(chǎn)品種:熱軋材、冷拉材、鍛材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

用途:用于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(chǎn)品種:熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

用途:用于制造斷面較大、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(guī)、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(chǎn)品種:熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

用途:用于制造定型模、鉆套、冷沖模、沖頭、切邊模、螺紋滾模、搓絲板和量規(guī)等。

生產(chǎn)品種:熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

用途:用于制造各種精密量具、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(chǎn)品種:熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

根據(jù)需方要求可供應中小規(guī)格的模塊。

用途:使用較為廣泛的冷作工具鋼。用于制造量具,如板牙、塊規(guī)、樣柱和樣套,,以及形狀復雜的高精度沖模等。

生產(chǎn)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。

用途:用于制造截面不大的,而形狀較復雜的冷沖模,以及量規(guī)、樣板等量具。

生產(chǎn)品種:熱軋材、鍛材、冷拉材、冷拉鋼絲、冷軋鋼板。

用途:用于制造各種沖模、冷鐓模、落料模、拉延模、冷擠壓凹模和搓絲板等。

生產(chǎn)品種:熱軋材、鍛材。

根據(jù)需方要求可供應小規(guī)格模塊。

用途:用于制造冷擠壓模具、冷鐓模、螺釘沖頭、冷沖模、拉延模和搓絲板等。

生產(chǎn)品種:熱軋材、鍛材。

根據(jù)需方求可供應部分扁鋼或其他條鋼。

用途:用于制造冷擠壓凹模和上下沖頭等。

生產(chǎn)品種:熱軋材、鍛材。

(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(yōu)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,只適于制造一些尺寸小、形狀簡單、輕負荷的工具以及要求硬化層不深并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(fā)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.其價格只比后者高約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(chǎn)使用中發(fā)現(xiàn)有碎裂現(xiàn)象.另外回火穩(wěn)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(xiàn)低值。

9Mn2V鋼可在硝鹽、熱油等冷卻能力較為緩和的淬火介質(zhì)中淬火。對于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、Cr6WVCr4W2MoV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(qū)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.采用低溫淬火后可使壽命大大提高、特別是顯著減少了折損率。

〔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。為了解決這一矛盾.可采取以下措施.①降低合碳量.采用亞共折鋼.以避免由于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(wěn)定性和回火溫度(240一270℃回火)這樣有利于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(fā)揮冷作工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(fā)展新鋼種。發(fā)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(shù)量。近年來國內(nèi)研制并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(yōu)點.并具有較好的回火穩(wěn)定性及綜合力學性能.用干制造硅鋼片沖模等.可使壽命比Cr12MoV鋼提高1~3倍以上但此鋼鍛造溫區(qū)范圍較窄,鍛造河縣開裂.應嚴格控制鍛造溫度和操作規(guī)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。

冷作工具鋼側(cè)重硬度、耐磨性。含碳量高,添加合金元素以增加淬透性,提高耐磨性為主。

熱作模具鋼對硬度要求適當,側(cè)重于紅硬性,導熱性,耐磨性。因此含碳量低,合金元素以增加淬透性,提高耐磨性、紅硬性為主。

失效形式

冷作工具鋼的失效形式

脆性斷裂失效:主要是模具存在冶金缺陷,如帶狀組織和網(wǎng)狀碳化物;工藝缺陷,如晶粒粗大,表面磨削燒傷,粗糙刀痕,回火不足等;或因工作過程操作不當發(fā)生超載,容易發(fā)生早期脆斷失效。早期脆斷的模具壽命很短,一般加工工件不超過數(shù)千件,有的壽命甚至只有幾十次至幾百次。脆性斷口平齊,顏色一致。

疲勞斷裂失效:主要是由于循環(huán)應力所造成的,其斷裂過程要比脆斷失效緩慢得多,其模具壽命在5000-10000次以上。疲勞斷裂端口呈現(xiàn)不同區(qū)域,可看到疲勞源、疲勞擴展區(qū)和快速斷裂區(qū)。疲勞斷裂常見于各種重載模具,如冷擠壓模。由于重載模具在施壓變形過程中,模具表面的瞬時溫度可達200-300℃,造成溫度循環(huán),因而加速了疲勞裂紋的蒙山。

斷裂抗力一次性脆斷抗力:能表征一次性脆斷抗力的指標為一次沖擊斷裂功、抗壓強度和抗彎強度。上述指標可反映沖頭在過載時的斷裂抗力。

疲勞斷裂抗力:由在一定的循環(huán)載荷下所表現(xiàn)的斷裂循環(huán)次數(shù)或在規(guī)定的循環(huán)次數(shù)導致試樣斷裂的載荷值來表征,可用小能量多次沖擊斷裂功或多次沖擊斷裂壽命,拉一壓疲勞強度或疲勞壽命,接觸疲勞強度或接觸疲勞壽命幾個指標來反映。

裂紋斷裂抗力:當模具中已存在微裂紋后,其斷裂抗力大大減弱。因此,不能采用光滑試樣測試的各種斷裂抗力,來評價裂紋體的斷裂抗力。根據(jù)斷裂力學理論,可采用斷裂韌度指標來表征裂紋體的斷裂抗力。