冷镦模具用钢.doc

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很多紧固件是采用冷镦模具形成的。冷镦模具承受剧烈的冲压载荷,其凹模表面承受很高的压应力。要求模具材料具有较高的强度、韧性和耐磨性。
冷镦模具在热处理后,表面必须具有高的硬度而心部必须具有良好的韧性,这样,表面有一定的压应力可以抵消在冷镦过程中承受的应力。
用于生产工件批量不大的冷镦模具,一般选择碳素工具钢或低合金冷作模具钢,对模具型腔表面进行局部淬火,使型腔表面硬度达到HRC60左右,而模具心5硬度为HRC35~45左右。应根据模具的截面尺寸,选择具有一定淬透性的模具钢,以得到比较理想的淬硬层深度。淬硬层过浅,可能造成使用中型腔塌陷;硬化层过深,可能使模具在使用过程中出现开裂现象。
对于要求使用寿命长的冷镦模具,则采用高合金模具钢(如Cr5Mo1V,Cr12,Cr12MoV,7CrMo2V2Si等)、高速钢(如W6Mo5Cr4V2,W18Cr4V,粉末高速钢等)、钢结硬质合金或钴含量较高韧性好的硬质合金制造。为了使模具能承受较高的冲击载荷,一般采用镶块式模具结构。模具外套采用高韧性的合金结构钢或4Cr5MoSiV1等热作模具钢制造,热处理后的硬度为HRC45左右。高硬度冷镦模具镶块采用高合金模具材料制造,用冷压或热压法镶入外套,使之紧密接触,外套对内套造成一定的压应力,以改善模具的服役条件,延长模具的使用寿命。
冷镦模具用钢的选择
生产批腾宁金属材腾宁金属材量腾宁金属材料扎板料钢种料型号/件
镶块整体模镶块模整体模镶块模整体模镶块模整体模模冷
镦Cr12Mo模Cr12MoT8Cr5Mo1VT8Cr12MoVT8T81V1,具V高速钢用
钢
Cr12MoT10Cr12MoVT10Cr12Mo1V1T10T10CPM10V1V1
7Cr7Mo3V2S钢结硬Cr2Cr12MoVCr2Cr2高速钢Cr2i质合金冷
作
模7Cr7Mo7CrSiM硬质合T10W6Mo5Cr4V2T10高速钢T10具3V2SinMoV金
用
钢
7Cr7Mo7Cr7Mo3V2S钢结硬7CrSiMnMoV7Cr7Mo3V2Si3V2Sii质合金注:镶块模具外套可采用中碳合金结构钢或4Cr4MoSiV,4Cr5MoSiV1钢制造。
Crl2
性能:高碳、高铬类型莱氏体钢,具有较好的淬透性和良好的耐磨性。%,从而钢变得硬而脆,所以冲击韧性较差,几乎不能承受较大的冲击荷载,易脆裂,而且易形成不均匀的共晶碳化物。
用途:用于制造受冲击荷载较小,且要求高耐磨性的冷冲模和冲头,剪切硬且薄的金属的冷切剪刃、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模和螺丝滚模等。
生产品种:热轧材、冷拉材、锻材、热轧钢板、冷拉钢丝。Cr12Mo1V1
性能:高碳、高铬类型莱氏体钢,无特殊要求时钻不作为必加元素。由于钼和钒的含量比Cr12MoV高,故钢的组织和晶粒度进一步细化,提高了钢的淬透性、强度和韧性,使钢的综合性能更好。
用途:用于制造要求高耐磨性的大型复杂冷作模具,如冷切剪刀、切边模、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、滚边模和要求高耐磨的冷冲模和冲头等。
生产品种:热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。Cr12MoV
性能:高碳、高铬类型莱氏体钢,具有良好的淬透性,截面尺寸在400mm以下
可以完全淬透,且具有很高的耐磨性,淬火时体积变化小。其碳含量比Cr12钢低很多,且加入了钼、钒,因此,钢的热加工性能、冲击韧性和碳化物分布都得到了明显改善。
用途:用于制造断面较大、形状复杂、耐磨性要求高、承受较大冲击负荷的冷作模具,如冷切剪刀、切边模、滚边模、量规、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、形状复杂的冲孔凹模、钢板深拉伸模,以及要求高耐磨的冷冲模和冲头等。
生产品种:热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。Cr5Mo1V
性能:合金含量中等,由于含有钼和钒,所以钢的淬透性良好,碳化物分布均匀,具有一定的冲击韧性和较好的耐磨性。
用途:用于制造定型模、钻套、冷冲模、冲头、切边模、螺纹滚模、搓丝板和量规等。
生产品种:热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。9Mn2V
性能:综合力学性能比碳素工具钢好,具有较高的硬度和耐磨性,淬透性很好,淬火时变形较小。由于钢中含有一定量的钒,细化了晶粒,减小了过热敏感性。碳化物不均匀性比CrWMn钢好。
用途:用于制造各种精密量具、样板,以及一般要求的尺寸较小的冲模、冷压模、雕刻模、料模、剪刀、丝锥、板牙和铰刀等。
生产品种:热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。
根据需方要求可供应中小规格的模块。
CrWMn
性能:具有较高的淬透性,%%26mdash;%(质量分数)钨,形成碳化物,所以在淬火和低温回火后具有一定的硬度和耐磨性。钨有助于保持细小晶粒,从而使钢具有较好的韧性,该钢对形成网状碳物比较敏感,而且这种碳公物网使工具刃部有剥落的危险。
用途:使用较为广泛的冷作模具钢。用于制造量具,如板牙、块规、样柱和样套,,以及形状复杂的高精度冲模等。
生产品种:热轧材、锻材、冷拉材、冷拉钢丝、银亮钢丝、热轧钢板、冷轧钢板。
9CrWMn
性能:低合金冷作模具钢,具有一定的淬透性和耐磨性,淬火变形较小,碳化物分布均匀且颗粒细小。
用途:用于制造截面不大的,而形状较复杂的冷冲模,以及量规、样板等量具。
生产品种:热轧材、锻材、冷拉材、冷拉钢丝、冷轧钢板。Cr4W2MoV
性能:新中型合金冷作模具钢,性能较稳定,与高合金冷作模具钢Crl2、Crl2MoV相比,用其制成的模具使用寿命明显提高。该钢的共晶碳化物颗粒细小,分布均匀,具有较高的淬透性和淬硬性,以及较好的耐磨性和尺寸稳定性。但钢的热加工温度范围较窄,变形抗力较大。
用途:用于制造各种冲模、冷镦模、落料模、拉延模、冷挤压凹模和搓丝板等。
生产品种:热轧材、锻材。
根据需方要求可供应小规格模块。
6Cr4W3Mo2VNb
性能:高韧性冷作模具钢,其化学成分接近高速工具钢的基体成分,属于一种基体钢。因此,它具有高速工具钢的高硬度和高强度。又因该钢没有过剩的碳化物,所以具有较高的韧性和疲劳强度。%%26mdash;%(质量分数)的铌,使晶粒细化,并提高晶粒精化温度,从而提高了钢的韧性,改善了其工艺性能。
用途:用于制造冷挤压模具、冷镦模、螺钉冲头、冷冲模、拉延模和搓丝板等。
生产品种:热轧材、锻材。
根据需方求可供应部分扁钢或其他条钢。
6W6Mo5Cr4V
性能:低碳高速工具钢类型的冷作模具钢,其淬透性好,并具有类似高速工具钢的高硬度、高耐磨性、高强度等综合性能,还具有比高速工具钢韧性好的特性。用该钢制造的冷挤压模寿命较长。因钢中钼含量较高,其热加工温度范围稍窄,变形抗力较大。此钢易脱碳。
用途:用于制造冷挤压凹模和上下冲头等。
生产品种:热轧材、锻材。
钢种选择
通常按冷作模具的使用条件,可以将钢种选择分为以下四种情况:
(1)尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如(小冲头,剪落钢板的剪刀等可选用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是;可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是:淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此,只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。
(2)尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国近年来发展的一种不含Cr的冷作模具用钢(可代替或部分代替含Cr的钢。
9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小,而淬透性比碳素工具钢大(其价格只比后者高约30%因此是一个值得推广使用的钢种。
但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高,在生产使用中发现有碎裂现象(另外回火稳定性较差,回火温度一般不超过180?在200?回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。
9Mn2V钢可在硝盐、热油等冷却能力较为缓和的淬火介质中淬火。对于一些变形要求严格而硬度要求又不很高的模具,可采用奥氏体等温淬火。
(3)尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢(如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WVCr4W2MoV等,另外也有选用高速钢的。
近年来用高速钢做冷作模具的倾向巴日趋增大、但应指出,此时已不再是利用高速钢所特有的红硬性长处(而用它的高淬透性和高耐磨性。为此(在热处理工艺上也应有所区别。
选用高速钢做冷模具时(应采用低温淬火(以提高韧性。例如W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290?。而做冷作模具时,则应采用1190?的低温淬火。又如W6Mo5Cr4V2钢(采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。
〔4)受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述(前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加切边楼、冲裁模等(其对口单薄(使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾(可采取以下措施(?降低合碳量(采用亚共折钢(以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降;?加入Si(、Cr等合金元素(以提高钢的回火稳定性和回火温度(240一270?回火)这样有利于充分消除淬火应力使叽提高(而又不致降低硬度;?加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、4CrW2Si;、5CrW2Si等。

在用Cr12型钢或高速钢做冷作模具时,一个很突出的问题是钢的脆性大(使用中易开裂。为此,必须用充分锻打的方法细化碳化物(除此之外应发展新钢种。发展新钢种的着眼点,应是降低钢的含碳量及碳化物形成元素的数量。近年来国内研制并推广以下几种新钢种、。
Cr4W2MoV钢具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等优点(并具有较好的回火稳定性及综合力学性能(用干制造硅钢片冲模等(可使寿命比Cr12MoV钢提高1,3倍以上但此钢锻造温区范围较窄,锻造河县开裂(应严格控制锻造温度和操作规认Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低、淬火变形小、淬透性高(有空淬微变形模具钢之称7W7Cr4MoV钢可代W18Cr4V和Cr12MoV钢(其特点是钢的碳化物不均匀性和韧性得到很大的改善。
常用冷作模具钢性能比较
耐磨脱碳敏感钢号工作硬度韧度淬火不变形性淬硬深度可加工性性性
好差好深较差较小Cr1258~64
好较差好深较差较小Cr12MoV55~63
中等中等较好较浅较好较大9Mn2V58~62
中等中等中等较浅中等较大CrWMn58~62
中等中等中等较浅中等较大9SiCr57~62
较好较差中等深较差中等Cr4W2MoV58~62
较好较好中等深中等中等6W6Mo5Cr4V256~62
好较差中等深较差小W18Cr4V260~65
好中等中等深较差中等W6Mo5Cr4V258~64
较好较好中等深中等中等CrW2Si54~58
较差中等较差浅好大T10A56~62
中等中等较差较浅中等大9SiCr58~62
中等中等中等较浅较好较大Cr258~62
较好较好中等深较差较小7Cr7Mo2V2Si57~62
中等好较好较深好中等5CrNiMo47~51
47~51中等中等较差较深较好极大60Si2Mn57~61
47~51中等中等较差较深较好极大65Mn57~61
差中等中等中等好小40Cr45~50