冷作模具鋼的性能(冷作模具鋼常用牌號(hào))
冷模鋼主要用于沖壓、落料、成型、彎曲、冷擠壓、冷拔、粉末冶金模具等工藝。冷模鋼需要高硬度、高耐磨性和足夠的韌性。一般可分為一般型和特殊型。
例如，美國(guó)常見(jiàn)的冷模具鋼通常包括01A2、D2和D3四個(gè)鋼種。
根據(jù)日本JIS主要用于冷模鋼SK系列，包括SK碳工具鋼系列，8種合金工具鋼SKD系列和9種SKH Mo高速鋼種有24種GB/T合金工具鋼標(biāo)準(zhǔn)包括11種鋼種，形成相對(duì)完整的系列。
隨著加工工藝、不能滿足加工工藝、加工材料和模具需求的變化。根據(jù)冷模鋼的發(fā)展方向，日本鋼廠和歐洲主要工模鋼廠開(kāi)發(fā)了專用冷模鋼，并逐步形成了自己的冷模鋼系列。
冷模鋼的分類
根據(jù)冷模具鋼的工藝性能和承載能力，每組鋼都有自己合理的適用范圍。
(1)低淬透冷作模具鋼(含)T7A、T8A、T10A、T12A、V、MnSi、Cr2、9Cr2、CrW5)該組由碳工具鋼和低合金工具鋼組成。其特點(diǎn)是合金元素含量低，加工性能好。淬火后硬化薄殼具有足夠的韌性和抗疲勞性，但鋼淬火和抗疲勞性較差。一般水淬碳素工具鋼T10A模具鋼和一般水油淬冷Cr二是典型代表。CrW5.韌性低，但耐磨性和抗咬性能優(yōu)異。
適用于小批量生產(chǎn)的各種模具和抗沖擊載荷模具。
(2)低變形冷作模具鋼(含9)Mn2V、9Mn2、CrWMn、MnCrWV、9CrWMn、SiMnMo)該組鋼的合金元素含量高于第(1)組，淬火硬化能力好，淬火操作工藝簡(jiǎn)單，零件淬火變形程度易于控制。但該組鋼的韌性和回火阻力仍然較低，250℃殘余奧氏體在左右回火過(guò)程中分解，使鋼體積膨脹，增加低溫回火的脆性。這組鋼MnCrWV是綜合性能優(yōu)異的代表鋼，9CrWMn鋼鐵在美國(guó)、英國(guó)等國(guó)最受歡迎，9Mn2鋼是西歐、捷克等國(guó)家和地區(qū)流行的冷模具鋼，廣泛應(yīng)用于美國(guó)的小型塑料模具。SiMnMo石墨鋼具有優(yōu)異的抗咬合性和耐磨性，歐美很多鋼廠都有生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)用戶很少。
該鋼組是中小批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的基礎(chǔ)鋼。
(3)微變形冷作模具鋼(含)Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV)這組鋼是高合金鋼，屬于低合金過(guò)共析鋼，Cr12MoV鋼是這組鋼的典型代表。鋼組的基本特點(diǎn)是淬火淬火性適中，耐磨性高，淬火后體積變化小。但其抗變形能力和抗沖擊能力有限Cr2Mn2SiWMoV該組鋼熱穩(wěn)定性高。
該鋼組是批量生產(chǎn)冷沖模的基礎(chǔ)鋼，也是冷擠壓模和冷軋模的主要材料。
(4)高強(qiáng)度冷作模具鋼(含)W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2)本組鋼是一種高強(qiáng)度、高回火穩(wěn)定性、高耐磨性的通用高速鋼。它是制造冷擠壓模具的基本材料。但該組鋼韌性差，合金元素消耗大，制造工藝性能差，調(diào)質(zhì)后變形難以控制，原材料及后期熱加工價(jià)格高。
(5)高強(qiáng)度高韌性冷作模具鋼(含6)W6Mo5Cr4V、CG2、65Nb)這組鋼是中碳高合金鋼，碳化物過(guò)多，組織均勻。淬火組織主要是板條馬氏體。結(jié)合多合金固溶強(qiáng)化和回火碳化物彌散強(qiáng)化，其基本特點(diǎn)是抗壓強(qiáng)度低、熱穩(wěn)定性差、淬火變形后難以控制。
適用于制作大中型冷鐓模具和精密模具。
(6)抗沖擊冷作模具鋼(含4)Cr2si、5CrW2Si、60Si2Mn、5CrNiMo、5CrMnMo、5SiMnMoV、9SiCr)本組鋼為中碳低合金鋼，可進(jìn)一步細(xì)分為硅錳鋼60Si2Mn、鉻鎢硅抗沖擊模鋼4Cr2si、5CrW2Si、6CrW2Si。其基本特點(diǎn)是抗沖擊疲勞性能優(yōu)異，耐磨性低，抗壓強(qiáng)度高。是各種沖剪工具、精密模具、冷軋模具的基本材料。
硅錳鋼60Si2Mn它是一種流行的彈簧鋼，可用于48個(gè)硬度，如內(nèi)六角螺釘、硬合金模具預(yù)應(yīng)力套筒等 ~ 52 HRC的小沖頭。Cr-W-Si沖擊模具鋼是一種性能優(yōu)異的冷熱模具通用鋼，廣泛應(yīng)用于世界各地。它具有強(qiáng)度高、韌性高、耐磨性好、等溫回火適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。鋼中的鉻和硅能保證淬火、疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，鎢能細(xì)化晶粒，保證淬火。
5CrNiMo和5CrMnMo本來(lái)屬于高韌性熱作模具鋼。由于其良好的淬火和高硬化能力，在低溫回火或等溫淬火狀態(tài)下具有良好的強(qiáng)度和韌性，特別是對(duì)低間隙的敏感性。國(guó)內(nèi)外主要用于承載條件差、易碎的重型冷模，但耐磨性低。5SiMnMoV如果厚度大于20，鋼材主要用于厚鋼板和重型沖孔模具的沖孔剪切工具mm鋼板直剪厚度大于6mm圓盤剪、大中型圓鋼、型鋼下料剪、中厚板下料模、精密模具等。
(7)低合金空淬模具鋼要求淬透性好，熱處理變形小，強(qiáng)度和韌性好，耐磨性好。它是一種低合金氣淬微變形鋼，可以減少模具零件的淬火變形和開(kāi)裂。
標(biāo)準(zhǔn)高合金冷作模具鋼(如D2和A2)淬透性好，但合金含量高，成本高。因此，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的一些低合金微變形鋼一般都含有Cr、Mn合金元素的總含量一般小于5%，適用于制造精密復(fù)雜、批量小的模具。典型的鋼材，如美國(guó)A6.日立金屬公司ACD大同特鋼公司37鋼G愛(ài)知鋼鐵公司04鋼鐵AKS3鋼等。
我國(guó)的GD鋼，經(jīng)900℃淬火，200℃回火后，可在鋼組織中保持一定量的殘余奧氏體，韌性好，尺寸穩(wěn)定性好，可用于制易碎冷模，使用壽命長(zhǎng)。
?。?）為了縮短模具制造周期，簡(jiǎn)化熱處理工藝，節(jié)約能源，降低模具制造成本，日本開(kāi)發(fā)了一些特殊的冷模具鋼，以滿足火焰淬火的要求。典型的例子是愛(ài)知鋼SX105V(7CrSiMnMoV)和SX4(Cr8)日立金屬HMD5和HMD一、大同特鋼公司G05鋼等。7CrSiMnMoV國(guó)內(nèi)發(fā)展已經(jīng)完成。
模具加工后，可用氧乙炔噴槍或其它加熱器加熱火焰淬火鋼，然后空冷淬火。淬火后可直接使用。由于其工藝簡(jiǎn)單，在日本得到了廣泛的應(yīng)用。該鋼的代表性鋼種有7種CrSiMnMoV，淬透性好。φ80mm鋼在油中淬火時(shí)，離表面30mm硬度可高達(dá)603HRC，心與表面硬度相差3HRC，180預(yù)熱火焰淬火 ~ 200℃。將噴槍加熱到900 ~ 1000℃淬火，硬度可達(dá)≥60HRC，可獲得≥1.5mm的硬化層。
(9)為了提高冷模鋼的韌性，降低鋼的耐磨性，國(guó)外一些主要模鋼廠家開(kāi)發(fā)了一系列高韌性、高耐磨性的冷模鋼。一般來(lái)說(shuō)，這種鋼含有約1%的碳和8.0%的鉻。添加Mo、V、Si碳化物小，分布均勻，韌性遠(yuǎn)高于合金元素Cr耐磨性和12型鋼Cr類似于12型鋼。其硬度、抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性高，回火穩(wěn)定性高Cr適用于高速?zèng)_床和多工位沖床。
20世紀(jì)70年代，釩合金首次開(kāi)發(fā)VascoDie(8Cr8Mo2V2Si)，包括美國(guó)在內(nèi)的快速發(fā)展CRUCIBLE公司開(kāi)發(fā)的CRU-WEAR鐵，鐵姆肯公司Lescowear、K日本楊珊特鋼340鋼博勒公司QCM8.大通特鋼DC愛(ài)鋼鐵公司SX5(Cr8MoV)、TCD等鋼材。中國(guó)也在發(fā)展LD鋼、GM鋼、ER5鋼等。
這種鋼代表日本低V含量的鋼種DC53鋼和高V含量耐磨鋼。
回火后，DC53鋼的韌性是D的兩倍，抗疲勞強(qiáng)度是D的兩倍D2高20%。運(yùn)動(dòng)后，退火后的超耐磨鋼硬度可達(dá)225~255 HBS，淬火后的硬度可達(dá)63HRC。在480～570℃超耐磨鋼具有明顯的二次硬化效果，其耐磨性和韌性優(yōu)于D2鋼。
(10)基體鋼高速鋼因其優(yōu)異的耐磨性和紅硬性，已廣泛應(yīng)用于制造日本標(biāo)準(zhǔn)高速鋼等高性能、長(zhǎng)壽命的冷模具SKH51(W6Mo5Cr4V2)。通常通過(guò)降低淬火溫度、淬火硬度或碳含量來(lái)提高高速鋼的韌性，以滿足模具的要求。
基體鋼由高速鋼發(fā)展而來(lái)，其化學(xué)成分相當(dāng)于高速鋼淬火基體。因此，淬火后殘留碳化物數(shù)量少，分布均勻。與高速鋼相比，鋼的韌性大大提高。20世紀(jì)70年代初，美國(guó)和日本進(jìn)行了研究VascpMA、VascoMatrix1和MOD最近開(kāi)發(fā)了二級(jí)基體鋼DRM1、DRM2、DRM3.一般用于韌性高、耐回火性好的冷模。我國(guó)還開(kāi)發(fā)了一些基體鋼，如65Nb(65Cr4W3Mo2VNb)、65W8Cr4VTi、65Cr5Mo3W2VsiTi等鋼。
鋼具有良好的強(qiáng)度和韌性，可廣泛應(yīng)用于冷擠壓、厚板冷沖壓、線輪、模具、冷軋模具等。也可用作溫度擠壓模具。
(11)萊比錫高合金冷模鋼，特別是大截面鋼，共晶碳化物粗大，分布不均勻，嚴(yán)重降低了鋼的韌性、磨削性和各向同性。因此，近年來(lái)，國(guó)外生產(chǎn)模具鋼的主要特種鋼企業(yè)開(kāi)發(fā)了一系列粉末冶金高速鋼和高合金模具鋼，使這些鋼發(fā)展迅速。
國(guó)外模具鋼粉冶金生產(chǎn)已成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。2002年，美國(guó)坩堝廠年產(chǎn)能1.2萬(wàn)噸，而奧地利博勒廠僅生產(chǎn)1.8萬(wàn)噸粉末工具鋼(主要是高速鋼和冷模具鋼)。粉末冶金工藝由于霧化鋼粉冷卻速度快，形成了細(xì)小均勻的碳化物，顯著提高了模具材料的韌性、可磨性和各向同性。由于碳化物的小而均勻，這種特殊的生產(chǎn)工藝改進(jìn)了機(jī)械加工和研磨。日本大同等一系列新型鋼種，通過(guò)在鋼中添加更高的碳含量和釩含量來(lái)開(kāi)發(fā)DEX系列(DEX40、DEX60、DEX80等。)，日立金屬的HAP系列，不二周助FAX系列，瑞典UDDEHOLM的VA-NADIS系列，法國(guó)Erasteel的ASP系列。美國(guó)CRUCIBLE粉末冶金工具鋼發(fā)展迅速，形成CPM1V、CPM3V、CPM10V、CPM15V等一系列粉末冶金鋼。與普通工藝生產(chǎn)的工具鋼相比，其磨削性和韌性顯著提高。20世紀(jì)80年代，中國(guó)對(duì)粉末冶金高速鋼進(jìn)行了研究，但沒(méi)有工業(yè)化。
