冷变形模具钢的选材与热处理

随着机械加工工业的发展，生产中依靠冷作模制造的零件越来越多，使用的冷变形模具种类越来越多。冷体积模锻(冷镦、冷挤压、压印等);板料冲压(如拉伸、落料、切边、冲孔等);材料轧制(冷轧、轧轮成型等)。虽然冷变形模具的种类繁多，工作条件不一，性能要求也有所不同，但基础工作情况相近：即均在冷状态下使金属变形，工作时承受较大的剪切力、压力、弯曲力、冲击力和摩擦力。因而对这类模具钢应具有以下基本性能：

高硬度和高强度，以保证在承受高应力时不容易产生微量塑性变形或破坏。

2)高的耐磨性能，在高的磨损条件下能保证模具的尺寸精度，这点对拉伸模和冷冲压模显得更加重要。

3)足够的韧性，以便在冲击载荷和动载荷下，不易发生工作韧的剥落或崩溃。

4)热处理变形要小，因大多数模具具有复杂的型腔和精确精度，热处理的变形很难用修磨加工来消除，此外有 些冷变形模具还应有足够的耐热性能。如何合理的选择冷变形模具的材料和恰当的热处理手段，以提高模具的使用寿命是生产中最为关心的问题，作为冷变形模具的正常失效应该是磨损、微量的塑性变形和疲劳失效。但在实际生产中，除磨损失效外，而以崩韧折断、开裂等提前失效，屡见不鲜。众所周知，影响冷变形模具的使用寿命是一个综合的因素;原材料选择的合理性、原材料内部的冶金质量、设计和制造工艺的合理性、使用条件和操作工人的技术水平等。但其中模具材料的选用和相应的热处理工艺应是重要因素，本文将从选材和热处理工艺作简要说明。

1、冷变形模具钢的选材问题

冷变形模具的选材应考虑以下几个因素：

1)模具的工作条件，包括设备种类、加工频率、被加工的材质、润滑及环境等;

2)模具形态的复杂程度及加工程序;

3)产品的生产批量及技术要求;

4)模具材料来源的难易及加工条件，大型模具的材料费用往往占模具成本的50%以上，对于形态复杂、精度要求高的模具，宜选用淬火变形小的模具钢。

根据实际使用，常用的冷变形模具钢有低淬透性钢、低变形钢、微变形钢、高强度钢、高韧性钢、抗冲击冷变形模具钢。

2、各类冷变形模具钢的特点和相应的处理工艺

2.1低淬透性冷变形模具钢 这类钢以碳素工具钢尤以高碳络钢GCr15和9Cr2Mo等为主：其中以GCr15轴承钢和9Cr2Mo来制作各种成型轧轮和制作冷轧辊为代表，GCr15钢具有良好的耐磨性，但淬透性差，淬火变形大，作为小型冷轧辊(φ≤200m/m)可采用整体加热或整体高温900—950℃快速加热，淬火冷却用盐水→油，控制工件在盐水中的冷却时间而后经200—220℃回火，辊表面硬度控制在Rc60—62之间，能获得较高的使用寿命，如硬度Rc≥62以上易造成辊表面在轧制时产生表面剥落，用GCr15所制的各种成型轧轮可用碱浴等温淬火或用二硝、三硝溶液淬火，控制在溶液中的冷却时间，取出空冷或油冷能使轧轮获得表面高硬度变形小的效果。

随着加工工业的发展，材料改制工业大量的发展，相应的各种高速多辊轧用钢9Cr2Mo何德国轧辊钢86CrMoV7有必要在工业方法上要有新的突破，要在强韧化处理上作文章，在采用新的轧辊用钢也要有新的突破。目前在高速轧机的工作辊何传动辊有采用D2(Cr12MOv;Cr12Movco)和5H12(5Cr5MovSi)等。作者认为要根据接触挤压疲劳应力和摩擦磨损的观点去选用工作辊的材料，同抗断带来事故的能力去选用传动辊的材料。

2.2低变形变形模具钢，Mn-Cr-W系，这是各国通用的综合性能优良的代表钢种，以CrMn为代表钢。此钢具有热处理变形小，耐磨性能较高的特点，具有较高的淬透性和韧性。用CrWMn钢制作的模具，如采用合理的热处理工艺，控制和调节好，淬火时造成的热应力和组织应力，减少变形完全可以替代工厂常用的Cr12制作的落料模具。 2)Mn系，9Mn2V是我国作为CrWMn，9CrSi等的代用钢，可用于制造冷冲模、落料模、剪刀、弯曲模。 3)SiMnMo系石墨钢，特点是含Si量高，在强烈的石墨化元素Si的作用下，部分碳是石墨化状态存在，使钢具有自润作用，具有较高的抗咬合性，良好的切削性和耐磨性，热处理变形小，尺寸稳定。SiMnMo钢，用于制作表面质量要求严格的弯曲、拉伸、整形冲模能显著提高冲件的质量。

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