冷变形模具钢的选材与热处理

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随着机械加工工业的发展，生产中依靠冷作模制造的零件越来越多，使用的冷变形模具种类越来越多。冷体积模锻(冷镦、冷挤压、压印等);板料冲压(如拉伸、落料、切边、冲孔等);材料轧制(冷轧、轧轮成型等)。虽然冷变形模具的种类繁多，工作条件不一，性能要求也有所不同，但基础工作情况相近：即均在冷状态下使金属变形，工作时承受较大的剪切力、压力、弯曲力、冲击力和摩擦力。

因而对这类模具钢应具有以下基本性能：

1)高硬度和高强度，以保证在承受高应力时不容易产生微量塑性变形或破坏。

2)高的耐磨性能，在高的磨损条件下能保证模具的尺寸精度，这点对拉伸模和冷冲压模显得更加重要。

3)足够的韧性，以便在冲击载荷和动载荷下，不易发生工作韧的剥落或崩溃。

4)热处理变形要小，因大多数模具具有复杂的型腔和精确精度，热处理的变形很难用修磨加工来消除，此外有些冷变形模具还应有足够的耐热性能。如何合理的选择冷变形模具的材料和恰当的热处理手段，以提高模具的使用寿命是生产中最为关心的问题，作为冷变形模具的正常失效应该是磨损、微量的塑性变形和疲劳失效。但在实际生产中，除磨损失效外，而以崩韧折断、开裂等提前失效，屡见不鲜。众所周知，影响冷变形模具的使用寿命是一个综合的因素;原材料选择的合理性、原材料内部的冶金质量、设计和制造工艺的合理性、使用条件和操作工人的技术水平等。

1、冷变形模具钢的选材问题

冷变形模具的选材应考虑以下几个因素：

1)模具的工作条件，包括设备种类、加工频率、被加工的材质、润滑及环境等;

2)模具形态的复杂程度及加工程序;

3)产品的生产批量及技术要求;

4)模具材料来源的难易及加工条件，大型模具的材料费用往往占模具成本的50%以上，对于形态复杂、精度要求高的模具，宜选用淬火变形小的模具钢。

根据实际使用，常用的冷变形模具钢有低淬透性钢、低变形钢、微变形钢、高强度钢、高韧性钢、抗冲击冷变形模具钢。

2、各类冷变形模具钢的特点和相应的处理工艺

2.1 低淬透性冷变形模具钢

这类钢以碳素工具钢尤以高碳络钢GCr15和9Cr2Mo等为主：其中以GCr15轴承钢和9Cr2Mo来制作各种成型轧轮和制作冷轧辊为代表，GCr15钢具有良好的耐磨性，但淬透性差，淬火变形大，作为小型冷轧辊(φ≤200m/m)可采用整体加热或整体高温900—950℃快速加热，淬火冷却用盐水→油，控制工件在盐水中的冷却时间而后经200—220℃回火，辊表面硬度控制在Rc60—62之间，能获得较高的使用寿命，如硬度Rc≥62以上易造成辊表面在轧制时产生表面剥落，用GCr15所制的各种成型轧轮可用碱浴等温淬火或用二硝、三硝溶液淬火，控制在溶液中的冷却时间，取出空冷或油冷能使轧轮获得表面高硬度变形小的效果。

随着加工工业的发展，材料改制工业大量的发展，相应的各种高速多辊轧用钢9Cr2Mo何德国轧辊钢86CrMoV7有必要在工业方法上

要有新的突破，要在强韧化处理上作文章，在采用新的轧辊用钢也要有新的突破。目前在高速轧机的工作辊何传动辊有采用D2(Cr12MOv;Cr12Movco)和5H12(5Cr5MovSi)等。要根据接触挤压疲劳应力和摩擦磨损的观点去选用工作辊的材料，同抗断带来事故的能力去选用传动辊的材料。

2.2 低变形变形模具钢

1)Mn-Cr-W系，这是各国通用的综合性能优良的代表钢种，以CrMn为代表钢。此钢具有热处理变形小，耐磨性能较高的特点，具有较高的淬透性和韧性。用CrWMn钢制作的模具，如采用合理的热处理工艺，控制和调节好，淬火时造成的热应力和组织应力，减少变形完全可以替代工厂常用的Cr12制作的落料模具。

2)Mn系，9Mn2V是我国作为CrWMn，9CrSi等的代用钢，可用于制造冷冲模、落料模、剪刀、弯曲模。

3)SiMnMo系石墨钢，特点是含Si量高，在强烈的石墨化元素Si的作用下，部分碳是石墨化状态存在，使钢具有自润作用，具有较高的抗咬合性，良好的切削性和耐磨性，热处理变形小，尺寸稳定。SiMnMo钢，用于制作表面质量要求严格的弯曲、拉伸、整形冲模能显著提高冲件的质量。

2.3高耐磨微变形冷变形模具钢以Cr12Mov型为代表，这是国内外最广泛采用的高性能冷变形模具钢。Cr12Mov是改进Cr12钢，碳含量过高，造成严重的大块状碳化物不均匀的缺点。Cr12Mov钢的特点是具有高的耐磨性、淬透性，是微变形冷冲裁模，冷镦模的主要材料目前一般工厂中仍广泛使用Cr12钢，改材料具有高的硬度，高耐磨性，高淬透性，尤其是热处理后变形微小，钳加工时锉削性能好，在用于冲裁成型模、拉伸模等模具上仍获得广泛使用。但Cr12材料得严重碳化物不均匀和形成大块状碳化物得分布，成为模具在使用中造成崩韧、开裂、折断过早失效得根源。根据现场实践经验，如一些落料冲模具使用贝氏体和残奥加碳化物的混合组织，使用寿命将有明显提高。