高强韧性冷作模具钢

    低合金钢、不锈钢和轴承钢冷挤压技术的发展对冷作模具钢提出了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且还要有高韧性。显然，上述各类模具钢不能满足这些要求。铬钨硅系钢的耐磨性不够，而高铬钢、中铬钢、高速钢中碳化物含量高，韧性不足。为了满足冷挤压工艺发展的需要，目前已研制出多种高强韧性模具钢，如降碳高速钢、基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。
    1 .6W6Mo5CY4V(6W6)钢
    (l)主要性能特点6W6称降碳高速钢，相对W6Mo5C衅VZ钢，碳的质量分数降低了0.21%左右，钒的质量分数降低了1 .05%一1 .n%。由于碳、钒含量的降低，使得碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善，不均匀度为1一2级。淬火硬化状态的抗弯强度和塑性提高了30%一50%，冲击韧度提高了50%一100%，但淬火硬度减少了2一3HRC。其主要缺陷是易产生脱碳，耐磨性稍差。
    (2)热加工工艺
    l)锻造。6W6Mo5C讨V钢含铝量较高，锻造温度范围稍窄。锻造工艺是:始锻温度为1050一ll000C，终锻温度为850一900“C，锻后缓冷。因变形抗力较大需深透锻造。
    2)退火。退火工艺可按高速钢进行，退火易软化，退火硬度小于229HBW，可加工性较好。
    3)淬火与回火。图2一4是淬、回火温度对6w6钢力学性能的影响，该钢仍保持较强的二次硬化能力和良好的热稳定性。二次硬化状态下的冲击韧度随淬火温度降低而明显上升，但硬度下降。回火时的强度峰值出现在560一580“C之间，硬度峰值和冲击韧度谷值位于540一560oC之间。因此，为了获得良好的韧性和较高的耐磨性，通常采用较低温度淬火，较高温度回火，工艺参数为:1 150一1200“C油淬，560一580oC回火三次.
    (3)应用范围6W6Mo5Cr4V钢主要用于取代高速钢或CrlZ型钢制作易于脆断或开裂的冷挤压凸模或冷徽模，寿命可提高2一10倍。用于大规格的圆钢下料剪刀，寿命可提高数十倍。
    2.基体钢
    所谓基体钢，就是具有高速钢正常淬火基体成分的钢。这类钢过剩碳化物少，细小均匀，工艺性能好，强韧性有明显改善，广泛用于高负荷、高速耐冲击冷、热变形模具。下面主要介绍三种常用的基体钢，即65C衅W3 MoZVNb(65Nb)钢、7C刀M‘vZsi(山)钢、SCr4MO3SIMnV川(olZAI)钢。
    (l)65C抖W3 MoZVNb钢
    l)主要性能特点。该钢，c的平均值为0.65%，故称65Nb。与W6Mo5Cr4VZ钢淬火基体成分相比，碳、钨含量稍高，铝含量稍低，并加人少量的妮。Nb与C形成稳定性高的NbC，其尺寸小，分布均匀，强烈阻止奥氏体晶粒长大。因而该钢具有高速钢的强度、硬度和耐磨性，又有较好的韧性，钢的工艺性能也得到很大改善。而且，直径小于50mm的65Nb钢轧材不需改锻，仍可获得满意的性能和寿命。
    2)热加工工艺
    ①锻造。65Nb钢变形抗力小，锻造性能良好。锻造时要缓慢加热，始锻温度为1100“C，终锻温度为900一850oC，锻后缓冷。
    ②退火。65Nb钢的退火工艺为:加热860OC，等温温度730一740OC，退火硬度为183一207HBW。由于该钢退火易软化，延长等温时间，硬度可降低至1 soHBW左右，为模具本身的冷挤压成形提供了条件。
    ③淬火与回火。图2一5是淬火温度对65Nb钢力学性能的影响，由图可见，随着淬火温度的升高，‘由于碳化物不断溶解，残留奥氏体随之增加，奥氏体晶粒缓慢长大，当淬火加热温度大于1 160“C时，才开始明显长大。所以，65Nb钢适宜的淬火加热温度为1080一1180oC，当淬火温度超过11800C后，晶粒粗化，强度下降。
    3)应用范围。65 Nb钢适于制作形状复杂的非铁金属挤压模、冷冲模、冷剪模及单位挤压应力为2500MPa左右的钢铁材料冷挤压模具，也可用于轴承、标准件，汽车行业中的锻模、冲模及剪切模具，可获得高的使用寿命。
    65Nb钢对于挤压应力超过2500MPa的钢铁材料挤压模及要求耐磨性高的模具，其抗压屈服强度和耐磨性均显不足，这类问题，有些可以通过表面处理的方法来解决。
    (2)7Cr7MoZVZSi(山一l)钢
    l)主要性能特点。LD一1钢是一种不含钨的基体钢。含碳量和铬、钥、钒的含量都高于高速钢基体，所以钢的淬透性和二次硬化能力有了提高。尤其是钒的二次硬化效应强烈。不仅如此，未溶的vC还能显著细化奥氏体晶粒，增加钢的韧性和耐磨性。
    该钢性能优于crlZ型钢、高速钢，具有高强度、高韧性和高的耐磨性。冷热加工的工艺性优良，热处理变形小，通用性强。
    2)热加工工艺
    ①锻造。动一1钢锻造性能良好，宜缓慢加热，保证热透。锻造加热温度应严格控制在1 130一1 1500e，终锻温度为850“C，锻后砂冷。
    ②退火。退火工艺采用球化退火。加热温度为840一860OC，保温2h;等温温度为700一720oC，保温4一6h，缓冷到400“C以下出炉空冷。退火硬度为220一250HBW。
    LD钢的淬火温度范围较宽，为floo一1150oC。淬火后，约有34%的残留奥氏体，所以淬火变形小。为使残留奥氏体充分转变为马氏体，必须进行高温回火，回火温度为540-570OC，回火次数为2一3次，每次1一Zh为宜。回火后的硬度为57一63HRC。有时为了提高模具的韧性，也可采取“低淬低回”工艺，淬火温度为ro50一1080“c，回火温度为180一220oC，回火后硬度为58一6()HRC。
    3)应用范围。综上所述，和其他模具钢相比，LD钢有更好的综合性能，因此，广泛用于冷挤、冷徽、冲压和弯曲等冷作模具的制造，其寿命可比高铬钢、高速钢提高几倍到几十倍。
    (3)SCI4Mo3SIMnVAI(olZAI)钢
    l)主要性能特点。olZAI钢的。C为0.47%一0.57%，在三种基体钢中是最低的。该钢强韧性高，抗热疲劳性好，是冷、热兼用型模具钢。由于含有Cr、M。、从等与氮有强烈亲和力的元素，渗氮性能良好，可以通过渗氮进一步提高耐磨性和耐蚀性。
    2)热加工工艺
    ①锻造。012拟钢的导热性差，变形抗力大，锻造较为困难。锻造工艺是:加热温度为11(X)一1 140oC，始锻温度为1050一11(X) oC，终锻温度为850oC以上，锻后砂冷。
    ②退火。采用等温退火工艺:加热温度为850一870oc，保温4h;炉冷至710一720oc，保温6h，炉冷至550oC以下出炉空冷，硬度‘229HBW。
    ③淬火和回火。用于冷作模具，olZAI钢的最佳淬火、回火工艺:500“c和850oc二次预热，1090一1 120oC的盐浴炉加热(30扩mm)油淬，510oC回火两次，每次2h油冷。回火硬度为60一62HRC。
    3)应用范围。012AI钢用于冷作模具，主要代替CrlZMoV钢制作冷徽模、中厚钢板凸模、搓丝板、内六角凸模、切边模等，使用寿命比cr12M0v钢大幅提高。
    3 .6CrNISIMnMoV(GD)钢
    基体钢虽然具有高强韧性和较好的耐磨性，但其合金元素含量(质量分数)大于ro%，成本较高;其次，淬火温度区间较窄，一般不能用箱式电阻炉加热淬火，从而限制了该类钢在中小企业的推广使用。GD钢就是针对基体钢的上述缺陷而研制的新钢种。
    从合金化和性能特点看，GD钢属于高强韧性低合金冷作模具钢。其成分与CrwMn相比，降低了碳含量，新增了镍、硅、钥、钒，合金元素总量为4%。