低变形冷作模具钢及热处理

低变形冷作模具钢及热处理
成分特点：加入的合金元素有Cr、Mn、Si、W、V等，其主要作用是提高淬透性，减小淬火开裂倾向，形成特殊碳化物，细化晶粒，提高回火稳定性
基本优点：具有较好的淬硬性(6l-64HRC) 和淬透性，Φ60—120mm工件能于油或硝盐中淬硬，淬火操作简便低，淬裂、变形倾向低、并易于控制。
 热处理特点：低变形冷作模具钢经淬火及低温回火后含有8％—l 5％的残余奥氏体和5％—10％的碳化物。残余奥氏体在250℃左右回火后分解，使体积膨胀，并加剧低温回火脆性。
代表钢种应用状况：
（1）在低变形冷作模具钢中，以MnCrWV钢为各国趋向于通用的综合性能优良的代表性钢种，应大力推广。
（2）CrWMn钢在我国沿用较广，但对形成碳化物网状比较敏感，这种网状碳化物的存在，会使模具刃部产生脆断倾向，国内外均趋于缩减其应用范围。
（3）9CrWMn钢，在美、英等国最为普及，我国经一些工厂长期使用，也有较好的效果。
（4）9Mn2V钢为西欧、捷克等国普遍使用的冷冲模钢种，我国引进后，已广为使用。9Mn2V钢在美国广泛用于小型塑料模。
（5）SiMnMo钢目前仅美国列为标准钢号，由于其具有优良的抗咬合能力和耐磨性，欧、美已有多家特殊钢厂将其列为基本钢号，有普及的趋势；我国已列为推荐用钢，使用者尚不多。
(一)Mn-Cr-W系钢(MnCrWV、CrWMn、9CrWMn）的特性
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。
成分特点：WMn＝0.8％~1.3％，而C、Cr、W、V的含量不同，决定了性能的差别。
MnCrWV:向钢中加入微量的V，能抑制网状碳化物，增加淬透性和降低过热敏感性、使MnCrWV晶粒度比同系钢提高一级。MnCrWV在本钢组中具有高的淬透性Φ 40~60mm工件可在油淬后穿透硬化，如图3—4所示。
CrWMn：具有高淬透性，临界淬透直径Dc(油)通常在30~50mm。W形成碳化物使之具有高硬度、高耐磨性；W还能细化晶粒，从而使之保持较好的韧性。但该钢碳化物偏析严重，锻后缓冷易形成网状碳化物。故锻后要空冷到650~700 ℃再缓冷。
Mn-Cr-W系低变形冷作模具钢应用：加工薄钢板、有色金属板的形状复杂的冷冲模材料，特别是在钟表、仪器、玩具、食品工业等以轻型冷冲压为主的工厂中，应用尤为广泛。但对于冲制奥氏体钢、硅钢片、高强度钢板时，使用效果较差。
（二）锰2系钢(9Mn2V、9Mn2)的特性
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。
主要特点：锰2系钢不含贵重的铬和钨，价格较低。Mn主要是为了提高钢的淬透性，V细化晶粒,减小了钢的过热敏感性，同时碳化物较细小和分布较均匀，冷加工性能好，热处理工艺性好，不易淬裂、变形，但在淬透性、淬硬性、回火抗力、强度、回火脆性、磨裂倾向等方面不如Mn-Cr-W系钢。
9Mn2V钢相变点：如Ac1:730ºC、Accm＝765ºC、Ar1 652ºC、Ms l25℃。
9Mn2V合金化：9Mn2V钢含有0.2％的钒(质量分数)，能抑制过热敏感性及网状碳化物的析出，冶金质量易于保证，碳化物细小。
9Mn2V和MnCrWV钢淬火后不同温度回火的力学性能如图3—5所示。
9Mn2V钢工艺性能:(1)锻造工艺：始锻温度1130~1160℃、终锻温度800℃，空冷到650~700℃,再缓冷。(2)退火工艺：加热温度750~770℃，保温3~5h,等温温度680~700℃，保温3~5h(3)淬火工艺：淬火温度780~820℃，油冷．硬度62HRC以上，淬透性好。Φ60~70mm的工件可在油中淬硬，热处理变形较小。(4)回火工艺：回火温度150~200℃，空冷。硬度60~62HRC，回火温度在200~300℃范围 有回火脆性及显著体积膨胀，应予以防止
9Mn2V钢的使用范围 :适于制造一些要求的尺寸较小的冷冲模、冷压模、雕刻模、落料模等，制作冲件厚度小于4mm的冷冲模，刃磨寿命稳定在2~3.5万次的水平。
9SiCr钢相变点：如Ac1:770ºC、Accm＝870ºC、Ar1 730ºC、Ms l60℃。合金化及特点：是一种传统的低合金工具钢，具有较好的淬透性。硅能细化碳化物，通过适宜的热处理可获得均匀细小的粒状碳化物组织。价格低廉，性能介于碳素工具钢与Cr12之间.    热处理特性：（1）淬火温度880 ℃，钢的抗弯强度明显下降，A残也有较大增加，故适宜的淬火温度为860~870 ℃。（2）有较好的回火稳定性，回火温度为270 ℃左右仍能保持60HRC以上，但在250 ℃左右抗弯强度最低，故应避免在此温度下回火  
9SiCr工艺性能: (1)锻造工艺：始锻温度1050~1100℃、终锻温度850~800℃，锻后缓冷。(2)退火工艺：加热温度780~810℃，保温2~4h,等温温度680~720℃，保温4~6h。(3)淬火工艺：淬火温度860~880℃，油冷．硬度62~65HRC，淬透性好。Φ60~70mm的工件可在油中淬硬，热处理变形较小。 (4)回火工艺：回火温度180~200℃，空冷。硬度60~62HRC，回火温度在250℃范围 有回火脆性，应避免此温度回火。
9SiCr使用范围：适用于制造薄刃和形状复杂的轻载冷冲模，如打印模、搓丝板等；也可部分取代Cr12MoV、5CW2Si钢用于机械化载荷较重的冷作模具，如厚钢板冲剪工具、冷墩模等   9SiCr钢的主要缺点：退火硬度较高，加热时脱碳敏感性大，故加热时应注意防护。
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。
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