冷作模具钢的牌号及应用

HEATS

    当今，我国常用的冷作模具钢仍是CrWMn 低合金工具钢和Cr12MoV 、Cr12 高合金工具钢等钢材。但由于其碳化物偏析较严重，特别是在模具规格尺寸较大时易造成畸变的方向性和强韧性的降低。现介绍一些国内外新研发的冷作模具钢，供冷镦紧固件模具制造参考。
    •低合金冷作模具钢
    该钢的主要特点是工艺性好，淬火温度低，热处理畸变小，强韧性好，并且有适当的耐磨性。在钢中加铬或锰可提高淬透性，并使钢在淬火和低温回火后保留一定量的残余奥氏体，减少畸变；加入硅或镍可使基体强韧化，并提高回火抗力，在相同硬度下，比其它同类钢有更高的强韧性，加入钼或钒可细化晶粒。表1为低合金冷作模具的化学成分。 # E, L+ Z: K, {# r2 G

表 1 为低合金冷作模具的化学成分 (W%)

- Q- f% x, i0 l2 p0 V& U2 X2 U: o: E4 l8 j! B5 h1 w* b: N/ E% ~3 D' s* V+ F( R+ A5 l# V. P# H8 A8 i& A) u' u$ ?" j- L( H( ^. I2 r7 H2 b! |. M9 P4 N# g5 M4 o0 C, k2 P6 O0 _' }7 s* t9 @( r. L1 p$ A5 o: N% Q- ], [+ p$ b4 x# g0 _( A$ n" x$ |' P/ R8 y7 Q% m0 D- N7 r7 F: f. B2 E, [ J' N7 t$ {# z2 F6 k. @4 ?9 w' S* Y% u, f% B8 v: {; G0 i* L8 f! j9 F+ V( K1 p( t2 ], n# F( ^; b# A( p$ t) j, x. v7 V& j, k. W7 t; P+ m/ M; q5 K7 E6 f2 U `# O& I& W: e, b, E+ y. D: y* z% u4 U

1 e. j% [1 P2 }- B) ?3 u 牌号	C	% @$ r- a6 {/ P, ], z9 L1 G Cr	Mo	; n( `6 }; V% _. W4 g% s- M V	Si	K; L ~- d% D% t0 p Mn	" z9 `. w3 A; A& I2 a Ni	W
. f% H- a. P S/ u GD	0.69	4 c+ @0 d& f) C2 |6 J% M 1.15	0.45	0.18	* A% M: E$ A W, h8 @! y/ _ 0.70	0.85	0.85	1 m, J, \, j L6 v/ K, O( W ――
DS	0.59	- g* R; a* ~% W' A7 j 1.15	0.25	0.20	0.65	4 S4 L) k& [# D3 S 0.88	9 [- E- X4 b5 t" n 0.88	+ P& U$ a4 D/ W# c9 H 0.50
D1	9 M2 M# O+ M, `0 \( J0 x4 F# X' B 0.95	0.50	/ c% w9 S& D! } ――	% J7 ~, |( G/ ~4 O) c" M 0.20	- Q( Y. Y }* V' ? ――	& J: b& W% {/ @( V 1.20	0 f1 k5 y; o- Y/ Z$ e5 l1 p ――	9 }! u4 T6 |. B. V% t- ^" h7 {3 q 0.50
CrWMn	0.98	6 }& O" b) Z2 E8 i, L. ~. _, ]/ G% S 1.05	――	0 q3 W4 b' p+ G/ a1 R* | ――	5 h: Q& `% D. |7 t: P( V ――	9 n/ d: x) d6 Q( I5 f 0.95	7 j$ d0 p; \- f ――	1.40

    GD 钢(6CrMnNiMoVSi 钢 ) 经900 ℃淬火和200 ℃回火后仍保持适量( 约 15%) 的稳定的残余奥氏体，未溶碳化物均匀细小，有利于减少畸变和提高钢的强韧性，而且GD 钢热处理后畸变量小于CrWMn 钢，用于制作易崩刃断裂的冷冲模 ( 如切料剪刀片等 ) 具有高的使用寿命，硬度60 ～ 61HRC，冲击值145J/cm 2 。
    DS钢经900 ℃淬火和200 ℃回火后有较高的强韧性，硬度59 ～ 60HRC，冲击值210J/cm 2 ，冲击韧度高于6CrW2Si 工具钢。
    •基体钢
    基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体化学成分相同的钢。我国研制的一些基体钢，如 65Cr4W3Mo2VNb( 简称65Nb) 钢、65W8Cr4VTi( 简称 LM1) 钢，65Cr5Mo3W2VTi( 简称 LM2) 钢。
　　表 2 为基体钢化学成分。

' |$ y6 A0 N5 m1 `+ `+ t

基体钢化学成分见表 2 （ W% ）

) _- X$ _/ C8 E' ?. K+ w& T4 ~0 k: _% J3 L* M/ r7 R, T. [, ~( b/ k7 {$ V6 V+ v0 b5 R9 U" F% I: O8 w6 G L5 n* D! R# K2 j8 `: O8 g4 ]; M' b/ h" r' I, s. c" C5 Y5 a1 {) X0 N* k7 h+ H: S' @+ e+ F0 `; Q+ L7 x/ D4 k9 |; U9 G6 ^1 Z& {; \) y% u0 z+ i; x$ H; D. X+ k% k6 h a0 o% n% M" P. ~& C; r- M- K! o# @, n0 u' W" Z- e, x1 `$ g( B9 l' X3 k# |6 F u- C W# Y8 E1 B1 y0 o& \' y x0 `5 }. M V& a9 `! g+ i8 y4 I9 L G) `/ Z, J& F8 U% M h. [3 \3 C: E0 G+ v: t5 N! ]" U( i. e; c: j5 o9 `" P- O4 F2 f+ K; ~" g$ D3 ]1 D8 C0 y6 ~# d+ x0 K3 l2 r ^: l7 Y% m2 l9 N1 ~/ j$ b) L1 t; S+ {: H0 r; a0 j( y. V; l: b. j; B: U' t: g) u8 U7 g4 _" `- E. _9 F5 X( u! g5 }/ @" I5 L2 n# p* k, l# j# r# l) [' ^0 V, r Y. {1 ?) H; _5 i- g4 N% V h6 m

" b' y- Q" P* g 牌号	C	& e- A a9 ~; R9 s+ H9 I! J Si	$ {' w1 ~. k" S9 f Cr	6 I9 N1 \9 I5 {# y W	6 o: ]0 [6 M; @3 Q* G: t Mo	' D- I2 E( d. i' U V	Nb	. j; I0 a5 e$ A, ^ 其它
65Nb	) d- m& \: Z5 h9 t 0.65	――	4 u8 l% c% A; Y. a; p 4.1	2.75	/ L4 P: n5 ~9 `5 E; b1 x 2.25	" }' q1 h; v9 S/ M' i 0.95	0.25	――
3 c% H7 d& _7 O; ^+ M# q0 m5 G LM1	5 c* I& c6 o; Q* H8 t n5 I 0.65	& ~, ]; h4 \" d+ } b3 v ――	% G, V+ ~& |$ m! j* n 4.5	0 w+ ^3 T" g$ u6 ] 8	――	% D9 P7 _( L6 w0 w G' z. v' V 1	3 Q( d, g1 t6 g b0 I0 V ――	0.2Ti
- W0 H, [! Z3 A* y: F LM2	0 {) t4 O0 V4 e1 | 0.65	1.0	% i' | z$ S8 B9 t3 h 4.9	2	3.1	1.2	- S$ ?; P3 n( P( V1 b1 i ――	0.2Ti

    我国开发的几种基体钢的主要成分相当于高速钢淬火组织中的基体，但含碳量稍高于基体的，以增加一次碳化物量和提高耐磨性，此外，还加入少量的强碳化物形式元素铌或钛，以形成比较稳定的碳化物，阻止淬火加热时晶粒的长大并改善钢的工艺性能。
    LM1 和Cr12MoV 钢的强韧性对比硬度前者62.5HRC，后者61.5HRC，无缺口试样冲击值前者 30J/cm2，后者则只有5J/cm2 。基体钢具有较高的强韧性，广泛用于制作冷挤压、厚板冷冲、冷镦成型模具。65Nb 钢还可用于黑色金属的温挤压模具。
    •韧性较高的冷作模具钢
    为了提高冷作模具钢的韧性，并进一步增加钢的耐磨性，我国研制LD 、ER5 和GM钢等，日本的 TCD 、AOF11 、DC53 钢，美国的 DIE 钢，瑞典的 ASSAB88 钢，奥地利的K340 、K360 。
    这些钢的化学成分有如下特点，适当降低铬含量以改善碳化物偏析，增加钨、钼和钒的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性，此类钢大都采用较高的淬火温度(1140 ～ 1160 ℃ ) 和1 ～ 3 次高温回火(520 ～ 560 ℃ ) 与Cr12 冷作模具钢比较，有较高的韧性和更好的耐磨性，因而制作的模具有更高的寿命，更适于冲床和多工位冷镦机的使用。
    LD钢的适宜淬火温度为1100 ～ 1150 ℃，回火温度可选530 ℃～ 550 ℃，硬度59 ～ 62HRC，制作冷冲模、落料模、冷镦模等代替Cr12MoV 钢，模具寿命有显著提高。
    ER钢1120 ℃淬火和580 ℃回火三次后，有最佳的二次硬化效果。强度、韧性和抗冲击磨损的能力均优于Cr12钢，适用于制作精密、重载和高速冷冲模具，具有高的使用寿命。
    GM钢由于合金元素与碳的配比适当，具有高的二次硬化能力，1120 ～ 1140 ℃淬火540 ℃两次回火后，硬度可达64 ～ 66HRC ，保证了优异的耐磨性能。GM 钢制作的模具有冲床上使用和制作多工位级进模，使用寿命比Cr12MoV 钢提高数倍，用于制作高强度螺栓滚轮，滚制12.9级 40 ～ 42HRC螺栓，寿命比Cr12MoV 钢提高10倍以上。对GM钢还可以采用1070 ℃淬火，150 ℃两次回火的低温淬火、低温回火工艺，硬度为62 ～ 63HRC，尤其适宜制作冷镦模具使用。