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。

表 1 为低合金冷作模具的化学成分 (W%)

3 W* i" U0 J& T' l) \$ U0 ?+ ^5 b& \. P9 g$ H0 C% p2 k0 t4 L& B9 b& B( v; E3 L0 X& y% {6 n: L1 @# G4 u# P2 C" [* R k7 r! n) ], O1 f- J1 w, R0 \6 X0 v% U/ B1 _' u7 Q: K4 }6 u0 K/ ~2 z- n1 X5 I0 o# Z; n V* N/ R: ?4 w8 n7 n. p. Q& e, R! u# q# O" W& ^: \& S1 A8 ~5 V0 Q5 w2 X. H9 U7 [' |% q$ @# G9 f0 p3 e1 J6 ~1 C7 k" t3 _' d& @3 Q/ k$ c5 l$ E# x& \ b; V- Y+ S# r# [9 Z" f; K6 e9 `/ h) a! H3 B3 o) J; U& M; Z( w6 N" D+ l( \4 d, r" A& N! k6 a8 ]5 w, ] ^4 Y, X _$ G. y/ {8 q O2 [6 S2 v' O) \, f/ r" f/ `5 L3 |2 V* n2 n& i e3 v7 i E+ c* T+ n& |; o' e& O6 t% V+ U9 M+ P' m7 B9 O. ?6 f& q. c- ] ~0 n) g9 Q. r+ g' E! t( [) H3 a% k' ~4 x) P& A+ W- q5 L$ T% M% Z) Q2 R) d; E2 j0 @' y4 B6 `8 Z" w3 T3 y; P" p& G0 `% N' i4 [2 a: |7 j1 n8 Z$ f& x, p: f7 y" z: [4 j7 g6 S+ Q6 A/ |; K: q. m

牌号	C	1 U9 ]% D8 [& d( d, [! h Cr	7 G" d7 z0 B3 S) J |2 O Mo	V	8 k3 }; I G1 e- P* x9 N9 n Si	Mn	2 C, R% d: x0 K: p, E$ C% K; b0 H8 r Ni	5 a3 d0 j% c* w% g7 p! O4 b W
GD	+ ?' \3 Q* F* G! m0 _# I 0.69	" B5 w8 G/ {0 y9 c" C" g 1.15	0.45	0.18	7 B6 A# P4 d3 E, c3 w! X, D 0.70	0.85	0.85	――
DS	8 h3 Z* _4 N2 m0 H( q# l0 B 0.59	1.15	0.25	0.20	" W# L- f( P4 V1 f. K" o* k: r 0.65	0 F" r* P4 J# I1 {$ p 0.88	0.88	+ i% w, ^9 Q& A6 W) D% ? 0.50
5 _6 `! K* S0 b- j9 {+ r/ m+ j D1	0.95	0.50	H3 \# h7 _8 T8 D) Q ――	0.20	――	f$ W; p+ c2 t! X' {9 e 1.20	――	0.50
; q7 k8 I9 E' ^6 \2 ]3 y CrWMn	5 Z) ]! u6 r& X" M7 T 0.98	1.05	# w. ?2 }2 ?0 U U. F1 j+ {$ f ――	7 _. B. `+ e% q( }) C3 I, b ――	――	0.95	+ N T4 W) B4 g- r; ? ――	1.40

, _7 B6 y j; o# c

    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。

基体钢化学成分见表 2 （ W% ）

# o( N+ e6 c- O* H9 Q2 F6 K0 H' q5 [ a' w9 F; A& y d# ?' ?: V9 ]$ p/ s( Q5 u, r: U; H+ @. I$ k$ P1 Y6 k& q0 |2 y4 O5 t2 [7 ~+ b5 S+ j2 |) b' O' F* L) Y6 N' ?3 `2 u, g; k' k( e% T' u, f" G5 \3 V: X) ?$ s, i, Z' m q# k% y" ~7 q' W5 w1 V8 o5 b# q% m8 H" G/ \- y' ~& X5 b- Y, x& F9 }( U+ t, z) r/ \) k+ ~2 ^0 e; L) t- Q: {2 S" `/ q& r1 [- _& Y/ O5 t( Y9 Y# ]8 b( ~0 R- K4 r7 c% x D" K. ^2 X) |4 J; I8 p' _/ P! I) u! s. K' _! m! X% S5 b* h5 E% g* D" J6 H# T( @$ _% U5 c& E

牌号	( q( f6 t4 B4 l) `2 q+ E C	: p" T; ~- C: F/ R+ C2 J! Y3 D" H Si	Cr	W	0 G0 B9 H! Y; _3 o" `& m4 y/ | Mo	5 S+ Q9 T6 R% `- b V	2 C2 {. ]3 q# A( Y1 A Nb	其它
65Nb	0.65	; d8 j7 c! g! C K. p! Z' A: o9 O( f2 _ ――	' Z: r* e) g: P) I& M" u. c4 c& Y 4.1	2.75	+ O$ j3 F; }* f" r' ~$ g. ? j& \ 2.25	; [9 u! W$ W M$ N% S$ ^0 L2 E! C 0.95	% o# f! J( h o1 t7 Y: @2 @' f y 0.25	――
LM1	0.65	5 t4 t* s; t) @6 { ――	4.5	: M$ R1 Y5 N$ E! ^4 I- e 8	――	' }# H+ E! ~( e 1	0 e- U' F3 f; r" g2 x ――	# d+ g% d7 `) E: p 0.2Ti
LM2	0.65	' {; @8 O+ f+ R 1.0	4.9	2	3.1	1.2	――	0 r5 n# c: x" j0 y- e 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。