低合金冷作模具钢的热处理工艺特点

低合金冷作模具钢俗称油淬钢，主要是GB1299标准中的低合金工具钢，用于非合金工具钢淬透性不足，模具零件淬硬层浅或淬火变形较大的情况下取代非合金工具钢的场合。当这一类钢含Mn或Si的量偏低，或模具零件尺寸较大时，必须水淬，否则达不到预期效果。因此，模具零件形状复杂、淬火开裂危险性较大时，不宜采用这一类钢，低合金冷作模具钢的热处理（淬火回火）原则上与非合金工具钢基本相同。
⒈铬钨锰钢
铬钨锰钢有CrWMn钢和9CrWMn钢两种，两者含碳量和合金元素量均有差异。国内通常把9CrWMn钢相当于美国AISI的O1钢，其实两者有差别，O1钢有时含V，而Cr、W含量较低（0.4%~0.6%），同类的钢种还有：日本大同特殊钢株式会社的GOA钢、德国葛利兹的1.2510、瑞典Uddeholm钢厂的ARNE
一般淬火温度为820~840℃，φ40~60mm尺寸零件油冷能淬透，淬透性算是比较好的。由于淬火温度低，又在油中冷却，变形小且尺寸稳定性好。淬火温度应根据模具零件的尺寸大小、形状及其他生产条件进行适当调整。
回火温度一般取170~200℃，回火弧硬度一般可达60HRC左右。在250~350℃回火，会使韧性下降，应避免。低温回火，保温时间要充分，最好两次。
⒉锰钒钢
9Mn2V钢是不含Cr、Ni的经济型低合金冷作模具钢，相当于德国的90MnV8（DIN）。热处理工艺性良好，变形开裂倾向小，在100℃左右的热油中淬火效果更好。但是，淬透性、淬硬性、回火抗力、强度、磨裂倾向等均不如CrVMn系的钢种好。9Mn2V钢的油淬临界直径为D0=30mm。钢的回火抗力差，并且不宜在200~250℃温度范围内回火，因为有低温回火脆性。常规热处理工艺如下。
等温退火，760~780℃奥氏体化，670~690℃等温并充分保温，硬度≤20HRC。
淬火，780~820℃，油冷，硬度≥61HRC。若在820~850℃淬火，硬度可达63~65HRC。
回火，一般取180~200℃，硬度≥59HRC。若两次回火，效果更好。硬度要求降低的塑料模具零件，可采用350℃。
⒊高碳铬钢
高碳铬钢Cr2和滚动轴承钢GCr15化学成分和性能基本相同，价廉易得，是经济型淬油淬水通用的冷作模具钢。其淬火临界直径D0（油）=15~25mm，D0（水）=30~50mm。
冲模型腔变形趋势是薄型趋胀，一般模具零件油淬或碱浴淬火趋缩。用萧燕浴或热油浴分级淬火，内孔趋胀，但变量小。
Cr2钢模具零件壁厚不大于25mm可用油淬。φ180mm以下的可用煤油或碱浴或盐水溶液淬硬。
回火温度一般取160~180℃，强韧性好。250℃左右回火，韧性下降。
9Cr2是Cr2的低碳品种。GCr15是滚动轴承专门用钢，冶金质量比Cr2高，由于市场性好，国内应用普遍。
⒋铬硅钢
9SiCr在我国有悠久的使用历史，有丰富的使用经验。9SiCr与弹簧管60Si2Mn、轴承钢GCr15都是中小型轻载冷作模具零件的常用材料，并且可用互相替代。
Cr、Si提高钢在贝氏体转变区的稳定性，Si还可细化碳化物，有利于提高耐磨性，回火稳定性和塑性变形抗力。9SiCr具有易于消除网状碳化物且使碳化物细小均布、淬透性和淬硬性较好等优点。回火时随温度升高硬度下降变化平缓。9SiCr钢宜采用等温淬火和分级淬火。
由于钢退火的原始组织对钢的可加工性、淬火质量有显著影响，9SiCr钢原材料供货状态互殴锻后要严格控制，硬度宜不高于229HBS，珠光体级别2~4级为宜。
9SiCr钢的缺点是易氧化、脱碳，淬火加热时应防止钢的硬化脱碳。淬火后残留奥氏体少。常规淬火温度850~870℃，硬度可达63~64HRC。硬度要求58~61℃HRC时，回火温度取200~250℃；中等载荷模具零件，硬度要求为56~58HRC，取280~320℃回火；要求韧度较高时，硬度54~56HRC，回火温度取350~400℃。
⒌硅锰钢
实践证明，弹簧管60Si2Mn制作韧性要求较高的冷作模具零件（如内六角螺钉冷镦冲头等）有良好的效果，故广为采用。由于含Si，钢有脱碳敏感性，即使只有轻微的脱碳，对耐磨性和疲劳抗力有明显损害。
60Si2Mn钢淬火温度，正常去850~870℃，油冷。回火温度，视模具零件的硬度要求而取，如400℃回火，硬度46HRC；500℃回火，硬度40HRC；600℃回火，硬度34HRC。
在ISO 4975-1980标准中，60Si2Mn曾作为冷作模具钢收入，但在1999年修订后取消了，可能坐冷作模具零件不是很适宜，或者归入弹簧钢更合理。

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资料来源：东莞市弘超模具科技有限公司
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