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            淺析冷變形模具鋼的選材與熱處理要求有哪些
            來源: | 作者:13963813331 | 發布時間: 2019-10-25 | 376 次瀏覽 | 分享到:
            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
              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。但其中模具材料的選用和相應的熱處理工藝應是重要因素,本文將從選材和熱處理工藝作簡要說明,以起拋磚引玉的作用。
            模具鋼  
              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。作者認為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。
              
              如表2所示為落料模Cr12材料采用下貝氏體等溫處理與普通淬火處理的使用次數比較表。2.4高強度冷變形模具鋼通常有高速鋼W18Cr4和W6Mo5Cr4v2組成。用于冷擠壓沖模和重載荷冷鐓沖模,中厚鋼(10-25m/m)沖孔沖頭和直徑小于5—6m/m的小沖頭。如鏈條內外片沖孔用的小沖頭,采用高速鋼經低溫加熱淬火的熱處理工藝。W18Cr4V(1220℃-1250℃加熱淬火),W6Mo5Cr4V2(用1170℃-1190℃)經低溫加熱淬火處理的模具有高的塑性變形抗力,有高的硬度和耐磨性;有足夠的刃性,實踐證明經低溫淬火的沖頭,可顯著地提高壽命,大大減少沖頭折斷事故。2.5高強韌性冷變形模具鋼有些冷擠模和冷鐓模需承受高的強度和高的沖擊韌性,而普通的高速鋼和高碳鉻剛制件易于脆斷或折斷,模具需要有高的強韌配合,具體分為兩類:1)將碳高速鋼:將W系或Mo系的高速鋼含碳量降低為0.5—0.6%,增加處理后鋼的韌性。如6W6Mo5Cr4V2,具體熱處理工藝為淬火加熱溫度1160—1180℃,冷卻后經550—570℃三次回火,硬度為Rc60-63,用于冷擠壓沖頭或冷鐓沖頭可成倍的提高使用壽命。2)基體鋼:基體鋼是改善高速鋼韌性的另一個途徑,與高速鋼相比,基體鋼的過剩碳化物很少,碳化物的顆粒細小,分布均勻所以沖擊韌性、疲勞強度均好于高速鋼,同時保持了好的耐磨性。我國研制成功并推廣應用的基體鋼。如65Nb、CG-2、012Al。以上三種基體鋼適於形狀復雜,沖擊負荷較大,韌性要求高的冷變形模具。其他還有些特殊的模具鋼,如易切削冷模鋼8Cr2S(8Cr2MnMovS),除于塑料模具較多。3)高強韌耐磨的新型模具鋼7CrMo2V2Si,簡稱LD。LD是以美國專利鋼為基礎,調整了合金元素量而研制的強韌耐磨鋼。此鋼的過剩碳化物量少,且尺寸細小,而奧化體的合金化程度高,LD經1100℃加熱淬火后,奧化體的合金度和Cr12Mov經1050℃加熱淬火,奧化體的合金化程度接近,同時固溶強化和二次強化,效果較顯著。對于模具需承受沖擊載荷和要求強韌性高的模具,可較大幅度的提高使用壽命。作者曾在自行車鏈條的內外片落料模使用過LD料,壽命比Cr12模具可提高1-3倍取得可喜的經濟效果。如表4所示的為LD、P18(高速鋼)Cr12Mov機械性能比較表。LD材料不僅用于落料沖載模還是沖頭,在耐磨性和抗崩韌開裂,抗折斷性都比較滿意,值得推廣使用。2.6抗沖擊冷變形模具鋼主要以CrW2Si系型和60Si2Mn鋼,用于抗沖擊模具和韌具(以剪刀、刀片為主)這類鋼的特點是過剩碳化物少,組織結構均勻。因含多元合金,固溶強化和回火后碳化物彌散強化較好,具有高強度、高韌性、高沖擊疲勞抗力。用于風動工具、沖剪工具和大中型沖鐓模。缺點是抗壓能力低、熱穩定性差、淬火變形難控制。對于CrWzSi系鋼,作剪刀時(如5CrW2Si)應盡量用高溫加熱淬火,以使馬氏體形態有所變化,使強韌性有大提高,這點作者在實際工作中取得很好效果。60Si2Mn主要用于制作內外六角螺栓成型冷鐓沖頭和小型沖孔沖頭。如自行車花盤的輻條孔沖頭。
              
              3、小編總結 冷變形模具鋼的使用壽命是人們在生產重最關心的問題之一,并有很多先進的成功經驗。本文是從冷變形模具的選材和熱處理角度,根據一些資料和個人的實踐,提出一些看法,僅起拋磚引玉的作用。
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