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沖裁模模具鋼的研究

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-08-16 11:12:05點擊率：

　　1　沖裁模模具鋼組織的強化機理

　　在沖裁板件時，由于單位負荷較大(≥200MPa)、被沖裁材料的應力狀態(tài)較復雜，在分離過程中模具切削刃的發(fā)熱溫度較高(200℃)，故沖裁模的耐用度在大多數(shù)情況不能滿足板料沖壓生產(chǎn)的要求。

　　為提高沖裁模的耐用度，研制了三種新型模具鋼。它是通過提高模具鋼內(nèi)的碳化物相數(shù)量和改變其類型，達到 大提高沖裁模耐用度的。但是，因提高了碳化物的不均勻性，這時模具鋼的機械性能可能變壞，因此，必須在模具鋼內(nèi)同時添加某些活性元素，例如，釩和鉬可改善組織內(nèi)各元素的分布，并且可提高模具鋼的物理機械性能和使用性能。鉬可部分替換碳化物內(nèi)的鉻原子，而釩可減小合金滲碳體的總量，從而可促使顯著減小模具鋼微體積內(nèi)的化學成分和碳化物的不均勻性。

　　形成的碳化物M7C3與顯著數(shù)量的鉻(達8%～9%)有關系，從而常降低合金化的效果。為排除這種現(xiàn)象，在鋼內(nèi)必須添加0.4%～0.8%Ti，從而可減小α固溶體內(nèi)的含碳量，提高馬氏體轉(zhuǎn)變點的溫度，并可促使減少組織內(nèi)的殘余奧氏體數(shù)量(達7%～10%)。此外,減小含碳量可促使獲得韌性較好的母體，并可導致提高應力源內(nèi)的松弛程度，這對模具鋼工作過程甚為重要。

　　在用形成碳化物的活性元素(Mo，V，Ti等)合理的合金化基礎上，研制了有效的組織強化機理。它可保證改善模具鋼的綜合性能，部分減小鋼內(nèi)碳化物成因的化學成分不均勻性，并可排除或難于使鉻原子從固溶體內(nèi)轉(zhuǎn)移到碳化物中。

　　上述元素的難熔碳化物在淬火溫度t淬=1040～1080℃時未溶解，可保證奧氏體保持較細晶粒，從而有較高的抗脆性破壞水平和抗彎強度水平。此外，在r→α轉(zhuǎn)變時增加 分散的MC類型碳化物的體積份額，可提高馬氏體形核中心的數(shù)量，從而同樣促使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度M始、M終的提高和晶粒的細化，并使模具在使用時其切削刃的金屬難于流動，從而提高模具的耐磨性。

　　馬氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度M始和終了溫度M終與模具鋼成分和淬火溫度的變化曲線

　　2　沖裁模模具鋼的化學成分

　　已確定,在含6%～12%Cr的模具鋼內(nèi),活性元素特別是Ti(達0.7%)，與Mn、Cr和Mo 結(jié)合，可促使形成較高質(zhì)量的組織相，并可提高模具鋼的強度(σb≥3400MPa～3600MPa)，耐磨性和耐熱性(t≥450～500℃)。含0。2%～0。9%鉬，可抑制分散的脆性顆粒沿馬氏體晶界析出，并可明顯提高模具鋼在淬火和回火后的沖擊韌性。釩與鈦可細化晶粒提高模具鋼的耐磨性。釩與鉬、硅可保證模具鋼各種性能的滿意結(jié)合，而在添加鈦時可提高它們對耐磨性影響的效果。

　　用形成碳化物的活性元素合金化的高鉻對淬火時過熱的敏感性較小，保證細晶粒的淬水溫度區(qū)域被顯著擴大，從而可建立碳化鉻和其它元素在奧氏體內(nèi)較大溶解的條件。

　　統(tǒng)計處理鉻的分布數(shù)據(jù)表明，添加鈦可促使擴大鉻在固溶體內(nèi)的濃度區(qū)間，并使其右移，從而證明用形成碳化物過程中獲自由的鉻，可提高模具鋼金屬母體的合金度。

　　淬火后鉻的分布區(qū)間 1.Crl2MoV鋼 2.Cr5V3SiTi鋼 3.Cr12MOSiMi鋼 4.Cr3MnVTi鋼 n.Cr的分布頻率 在上述研究的基礎上,研制出三種沖裁模模具鋼的合理化學成分，列于表1。

　　表1 沖裁模模具鋼的化學成分 　鋼 化學元素含量(%)

　　鋼

　　化學元素含量(%)

　　C

　　Mn

　　Si

　　Cr

　　Mo

　　V

　　Ti

　　Cr3MnVTi

　　1.15∽1.25

　　1.0∽1.2

　　0.45∽0.52

　　2.8∽3.4

　　0.2∽0.3

　　1.0∽1.2

　　0.55∽0.08

　　Cr5V3SiTi

　　1.75∽1.85

　　≥0.8

　　0.9∽1.2

　　4.6∽5.4

　　0.2∽0.4

　　2.3∽3.2

　　0.4∽0.7

　　Cr12MoSiTi

　　1.75∽1.85

　　0.3∽0.6

　　0.7∽1.0

　　441∽2.5

　　0.65∽0.95

　　0.3∽0.5

　　0.4∽0.7

　　3　新型模具鋼的機械性能

　　已確定，在含鉻量3%以上的模具內(nèi)，形成碳化物較活性的元素與錳、鉻和鉬 結(jié)合，可提高模具鋼在熱處理后的強度和耐磨性，見表2。

　　表2 熱處理 規(guī)范和模具鋼的機械性能

　　鋼

　　溫度(oC)

　　硬度(HRC)

　　抗彎強度

　　極限(MPa)

　　沖擊韌性

　　(MJ/m3)

　　淬火

　　回火

　　Crl2MoV

　　1000~1020

　　200~220

　　61~62

　　2700~2900

　　0.35~0.4

　　Cr3MnVTi

　　980~1000

　　180~200

　　61~63

　　3200~3700

　　0.35~0.45

　　Cr5V3SiTi

　　1020~1060

　　220~240

　　61~63

　　3500~3700

　　0.5~0.6

　　Crl2MoSiTi

　　1040~1080

　　220~240

　　61~63

　　3400~3600

　　0.45~0.55

　　所研究的模具鋼在傳統(tǒng)淬火后的組織，由馬氏體、殘余奧氏A殘和碳化物MC所組成(見表3)。當不能保證所需的臨界冷卻溫度情況，同樣可能形成下貝氏體類型的組織?；鼗鸬焦ぷ饔捕?0~62HRC，將導致殘余奧氏體的部分分解和碳化物相含量的增加。淬火和回火，組織的各組元之間關系主要取決于模具鋼的化學萬分和其熱處理規(guī)范。

　　表3 模具鋼內(nèi)組織的各組元數(shù)量(%) 　鋼 退火 淬火 回火 馬氏體內(nèi)的含碳量

　　鋼

　　退火

　　淬火

　　回火

　　馬氏體內(nèi)的含碳量

　　MC

　　MC

　　A殘

　　MC

　　A殘

　　CrMnVTi

　　14~16

　　10~14

　　8~12

　　10~15

　　6~8

　　0.24~0.29

　　Cr5V3SiTi

　　18~23

　　14~18

　　15~22

　　15~19

　　5~10

　　0.25~0.30

　　Crl2MoSiTi

　　16~22

　　12~161

　　18~24

　　13~17

　　5~7

　　0.23~0.28

　　已確定,阻礙碳化物對鋼內(nèi)實際奧氏體晶粒長大作用的溫度區(qū)間為1000-1200oC。實際奧氏體的晶粒大小將顯著影響到馬氏體的分散性和在淬火和回火狀態(tài)下模具鋼的機械性能。 由于存在碳化鈦、碳化釩和二次碳代鉻，故在淬火和回火后被研究鋼內(nèi)的碳你物相較Crl2MoV鋼內(nèi)的分散，見表4。

　　表4 模具鋼內(nèi)碳化物顆粒的數(shù)量

　　鋼

　　碳化物數(shù)量(個)

　　碳化物總量(個)

　　碳化物的體積(%)

　　碳化物顆粒的尺(μm)

　　<2

　　2~4

　　4~6

　　6~8

　　3~10

　　>10

　　Crl2MoV

　　1502

　　586

　　597

　　312

　　286

　　427

　　3710

　　16.6

　　Cr3MnVTi

　　1397

　　702

　　525

　　132

　　103

　　63

　　2922

　　12.0

　　Cr5VSiTi

　　2346

　　787

　　292

　　264

　　126

　　76

　　3891

　　18.8

　　Crl2MoSiTi

　　2513

　　804

　　308

　　204

　　233

　　133

　　4162

　　20.9

　　注:該數(shù)據(jù)是當每個視場面積為0.25mm2時按10個視場的平均值得出的。

　　從表4中可同，在Cr5V3SiTi鋼和Crl2MoSiTi鋼中，碳化物含量較傳統(tǒng)模具鋼Crl2MoV內(nèi)的多。在Crl2MoV鋼內(nèi)的細小碳化物數(shù)量(尺寸6μm以下)占碳化物總量的72.4%，而在Cr3MnVTi鋼、Cr5V3SiTi鋼和Crl2MoSiTi鋼內(nèi)的碳化物數(shù)量分別占89.8%，88.02%，87.1%。這與表2內(nèi)獲得的機械性能很吻合，亦與表5內(nèi)的模具鋼的耐磨性試驗結(jié)果和抗壓塑性變形的試驗結(jié)果相吻合。

　　表5 淬火和回火后模具鋼的抗壓強度和耐磨性

　　鋼

　　溫度(oC)

　　硬度(HRC)

　　σ壓

　　(MPa)

　　相對耐

　　磨性

　　淬火

　　回火

　　Crl2MoV

　　1000

　　220

　　62

　　2071

　　1.0

　　Cr3MnVTi

　　980

　　220

　　62

　　2165

　　1.3

　　Cr5V3SiTi

　　1030

　　220

　　62

　　2478

　　1.75

　　Crl2MoSiTi

　　1060

　　240

　　62

　　2500

　　1.7

　　在所研究的模具鋼內(nèi)，細小的碳化鈦在淬火溫度時無熱動力性將鄰近段的元素溶解在自己內(nèi)，故可促使碳化物周圍微體積內(nèi)保持相對的化學均勻性，從而改善它們在金屬母體內(nèi)的固定，也就是可提高模具鋼的強度和耐磨性。

　　已確定，Cr5V3SiT鋼和Crl2MoSiTi鋼可使所需使用性能完全保持到回火溫度500~550oC，從而可應用于高速壓力機上的模具。這種模具的工作刃允許發(fā)熱到400oC。這些鋼種同樣推薦應用于工作在動載荷范圍寬廣的模具，以及使用在高磨損條件下的重載沖裁模。

　　Cr3MnVTi模具鋼可用來制造輕載沖裁模和大批量生產(chǎn)電機零件的模具。

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