国内模具新钢种的开发概况

中国最庞大的下载资料库(整理.版权归原作者所有)如果您不是在cnshu.cn网站下载此资料的,不要随意相信.请访问cnshu,加入cnshu.cn必要时可将此文件解密国内模具新钢种的开发概况随着少无切削和精密成形技术在我国的快速发展，对模具材料的性能要求越来越高，一些五十年代以来长期沿用的老钢种已不能完全满足要求。为此，国内一些大学、研究所、钢厂和模具使用单位相继开发了许多具有优良性能的模具钢，使国内模具的使用寿命得到了很大提高，并使我国模具钢的钢种系列逐渐得到了补充和完善。1．冷作模具钢的开发情况对冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐磨性，足够的强度和韧性，高的疲劳寿命，良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。九十年代以前，国内常用的冷作模具钢有：碳素工具钢T1OA，合金工具钢9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si；高速工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2；轴承钢GCr15；弹簧钢60Si2Mn，渗碳钢20Cr、12CrNi3A；不锈钢3Crl3等。其中用量最大的是Cr12、Cr12MoV、T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和W18Cr4V。为满足生产要求，国内先后研究开发了一系列新型冷作模具钢。1．1高强韧耐磨钢Cr12系列冷作模具钢是较广泛采用的钢种系列，具有良好的淬透性和耐磨性，但共晶碳化物偏析较严重，韧性较差，淬火后异常变形较大。为弥补此类钢的性能缺陷，国内先后开发了一些高强韧耐磨钢，如7Cr7Mo2V2Si(代号LD)、Cr8WmoV3Si(代号ER5)、9Cr6W3Mo2V2(代号GM)、Cr8MoV2Ti、80Cr7Mo3W2V等。与Cr12、Cr12MoV相比，此类钢的碳和铬的含量较低，改善了碳化物不均性，提高了韧性；适当增加了W、Mo、V等合金元素的含量，从而增强了二次硬化能力，提高了耐磨性。所以，此类钢在具有良好的强韧性的同时，还有优良的耐磨性和较好的综合性能，主要用于制造承受应力较大、要求高强韧性和耐磨损的各类冷作模具。7Cr7Mo2V2Si，代号LD，最初是针对冷镦模具而研制的。其碳含量低于G．Steven推荐的平衡碳规律，使钢在具有高硬度的同时，又具有较好的韧性；加入Cr、Mo、V元素，有利于二次硬化，保证钢具有较高的硬度、强度和良好的耐磨性；加入一定量的Si，以强化基体，提高回中国最庞大的下载资料库(整理.版权归原作者所有)如果您不是在cnshu.cn网站下载此资料的,不要随意相信.请访问cnshu,加入cnshu.cn必要时可将此文件解密火稳定性。LD钢常用的热处理工艺是1100～1150℃淬火，530～570℃回火，回火后硬度HRC57～63。1100℃淬火后的组织为细针马氏体十残留奥氏体十剩余碳化物，晶粒度10.5级。l100℃淬火、570℃回火后的组织为回火马氏体十残余碳化物。LD钢已被广泛应用于制造冷锻、冷冲、冷压、冷弯等承受冲击、弯曲应力较大，又要求耐磨损的各类冷作模具。Cr8MoWV3Si，代号ER5，在具有较高强韧性的同时，又具有突出好的耐磨性。该钢在回火过程中弥散析出的特殊碳化物，是ER5比Crl2系钢具有更高强韧性和耐磨性的重要原因。ER5钢适用于制造承受冲击力较大，冲击速度较高的精密冷冲，重载冷冲以及要求高耐磨的其他冷作模具。9Cr6W3Mo2V2，代号GM，也是以提高耐磨性为主要目的而研制的高耐磨冷作模具钢。该钢通过Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素的合理配比，并根据平衡碳规律配碳，使钢具有最佳的二次硬化能力及抗磨损能力，同时又保持了较高的强韧性和良好的冷热加工性能，适用于制造冲裁、冷挤、冷锻、冷剪、高强度螺栓滚丝轮等精密、高耐磨冷作模具。1．2高速钢基体钢高速钢基体钢具有相当于正常淬火高速工具钢的基本成份．并允许钢中保留5％左右的过剩碳化物，另外再适当增加或减少某些元素的含量。此类钢有效地解决了高速钢碳化物不均匀分布和韧性较差的问题，钢的抗弯强度、韧性、塑性和疲劳抗力高于高速钢，但耐磨性低于高速钢，用于制造要求高强度和足够韧性的冷挤压、冷冲、冷镦等模具。由于高速钢基体钢的红硬性好，所以也用于制造热作模具。国内研制的高速钢基体钢有：65Cr4W3Mo2VNb（简称65Nb）、60Cr4Mo3Ni2WV（代号CG-2）、5Cr4Mo3SiMnVA1（代号O12A1）、65W8Cr4VTi（代号LMI）、65Cr5Mo3W2VSiTi（代号LMZ）等。65Cr4W3Mo2VNb，其基体成份相当于淬火后的W6Mo5Cr4V2钢，但碳含量较一般基体钢高，以增加碳化物量和提高耐磨性。加入0.2～0.35％Nb，以提高钢的强韧性和改善工艺性。65Nb用于制造冷挤压、厚板冷冲、冷镦等承受较大载荷的冷作模具，也可用于温热挤压模具。1．3低合金冷作模具钢国内开发的低合金冷作模具钢中，有7CrSiMnMoV（代号CH）、6CrMnNiMoVSi（代号GD）、6CrMnNiMoVWSi（DS）、CrNiWMoV等。这些钢的淬透性好，淬火温度较低，热处理变形小，价格低，具有较好的强度和韧性的配合，适用于制造精度复杂模具。中国最庞大的下载资料库(整理.版权归原作者所有)如果您不是在cnshu.cn网站下载此资料的,不要随意相信.请访问cnshu,加入cnshu.cn必要时可将此文件解密7CrSiMnMoV，代号CH，在820～1000℃淬火，可获得HRC60以上的硬度，是一种空淬微变形钢，可以火焰加热空冷淬硬。该钢的耐磨性尽管比Cr12MoV差，但比9Mn2V和T10A好；抗弯强度、抗压强度和冲击韧性都优于Cr12MoV和9Mn2V；热处理后的变形量和常用的Cr12MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr4W2MoV等钢相当。CH钢具有良好的强韧性和良好的工艺性，可用于代替T10A、9Mn2V、CrWMn、GCr15、Cr12MoV等制造对强韧性要求较高的冷作模具，如冲孔凸模、中薄钢板（2～5mm厚）的修边落料模等。由于该钢可以采用火焰加热空冷淬硬，所以也用于制造要求表面火焰淬火的部分汽车模具。6CrMnNiMoVSi，代号GD，较CH钢增加了0.85％左右的Ni，进一步强韧化了基体。该钢的淬火温度范围较宽，淬透性好，也可火焰加热空冷淬火，具有良好的强韧性。当用于制造易崩及断裂的冷冲模具时，模具寿命较高。1．4无磁高强度模具钢电子工业中的部分磁性元件需用无磁性的模具生产，7Mnl5Cr2A13V2WMo钢的导磁系数很低，强度、耐磨性也良好，但切削加工比较困难。国内开发的无磁模具钢有18Mn12Crl8NiN（代号A18）、8Mnl5Cr18（代号WCG）、50Mnl8Cr4WN（简称50Mn）等。其中50Mn具有低磁导率（μ＜1.1H／m），较高强度和良好的加工性能，经1020～1070℃（水冷）固溶处理后，硬度HRC30左右。再经过590℃士10℃时效，硬度上升至HRC35左右。2．热作模具钢的开发情况热作模具大体分为热锻模、热挤压模、压铸模和冲裁模。5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8V是热作模具钢中应用量仍然较大的钢种。5CrNiMo主要用于厚度300～400mm的大中型锻模，5CrMnMo适用于厚度在250mm以下的小型锻模。但当用于更大截面或更高温度时，这两种钢存在淬透性、热稳定性、热疲劳性及耐磨性不够的问题。3Cr2W8V的高温强度较高，但钢的热疲劳性较差，韧性也不高，用于压铸模具和铝、铜合金热挤压模具时，模具的使用寿命都较低。国内在热作模具方面先后开发了几十种钢。2．l大截面热锻模具钢为弥补5CrMnMo和5CrNiMo在较大截面和较高温度时热稳定性、热疲劳性及淬透性不够的缺陷，内开发了45Cr2NiMoVSi（简称45Cr2）、5Cr2NiMoVSi（简称5Cr2）、3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi（代号B2）等大中国最庞大的下载资料库(整理.版权归原作者所有)如果您不是在cnshu.cn网站下载此资料的,不要随意相信.请访问cnshu,加入cnshu.cn必要时可将此文件解密截面热锻模具钢。与5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2中既含有较高的Cr和Mo，又加入了少量的V，使CCT曲线上的高温转变区上移，低温转变区显著右移，提高了钢的淬透性。截面尺寸在500*500mm以下的模具经970-990℃淬火，650～680℃回火后，硬度可达HRC36-44。45Cr2和5Cr2还具有二次硬化能力，它们的高温强度较5CrNiMo钢高50％，热稳定性高出100～150℃，冲击韧性则相当。另外，钢的热磨损性、热疲劳性及抗热裂纹扩展的能力也强于5CrNiMo。这二种钢用于12000t以下机械压力机模具及16t以下模锻模具，模具的使用寿命是5CrNiMo钢制造的同种模具寿命的数倍。2．2中小热锻模具钢中小热锻模具的表面温度可达600℃以上，5CrMnMo和5CrNiMo的高温性能显然不能满足要求。3Cr2WSV钢的高温强度较高，但韧性及热疲劳性能较差。为此，国内较早开发了2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB（代号ER8）等3％Cr-3％Mo和3％Cr-2％Mo型的中碳铬系高强度热作模具钢，其中3Cr3Mo3VNb是根据形成合金碳化物所需的碳量对2Cr3Mo3VNb做进一步成份调整而来的。这二种钢中加人了3％左右的Mo，既能提高钢的淬透性和防止出现回火脆性，又能提高钢的热稳定性。加人V和Nb则可起到细化晶粒，降低钢的过热敏感性作用。因此，钢的淬透性高，淬火加热温度范围宽，过热敏感性低，具有高温强度高、热稳定性好、塑性韧性好、冷热疲劳性能好、热磨损性能好等优点，用于制造不锈钢（2Crl3）等热锻模，轴承凹模和辊锻模，都取得了良好的使用效果。4Cr3Mo3W4VNb，代号GR，除Cr、Mo、V和Nb外，又加入了4％W，所以钢的高温强度和热稳定性得到了进一步提高，是中碳铬系热作模具钢中高温强度较高，热稳定性较好的钢种。该钢还具有良好的冷热疲劳性能，该钢适用于制造工作温度600-700C℃的浅型腔中小锻模，也可用于铜合金热挤压模具。除以上30Cr-30Mo型热作模具钢外，国内先后开发的5％Cr系中碳中合金热作模具钢已较大量用于热锻模具，如4Cr5MoVSi、4Cr5MoV1Si等，其中4Cr5MoV1Si具有优异的韧性和良好的冷热疲劳性能，适用于制造工作温度在600℃以下，对韧性和塑性要求较高的模具。如用4Cr5MoV1Si代替5CrNiMo、5CrMnMo制造汽车连杆、曲轴锻模，模具的使用寿命得到了明显提高；用于制造铝合金压铸模具和铝型材挤压模具，模具的使用寿命较高。另外，该钢还可作塑料模具钢使用。目前，4Cr5MoV1Si钢的优良性能已在国内得到了广泛认可，应用量已较大。许多大学、研究院所和钢厂不惜花重金对该钢做研究和生产质量改进工中国最庞大的下载资料库(整理.版权归原作者所有)如果您不是在cnshu.cn网站下载此资料的,不要随意相信.请访问cnshu,加入cnshu.cn必要时可将此文件解密作，并就此打出了自己的优质品牌。2．3压铸模具钢在有色金属压铸中，3Cr2W8V曾是应用广泛的模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2Mo等中碳低合金钢也作为铝锌合金压铸模具钢使用。3Cr2W8V的冷热疲劳性能较差，模具的使用寿命不高。国内为此先后开发了几个新型模具钢，如4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）和4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10）等。4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4），最初就是针对铜合金压铸模具而研制的。该钢通过合理的成份配比，使其在达到高的热强性及热稳定性的同时，又保持了良好的韧性和塑性，抗冷热疲劳性能明显优于3Cr2W8V，模具的使用寿命较3Cr2W8V制造的模具的使用寿命有明显提高。该钢也可用于制造热挤压和中小热锻模具。4