沖裁模模具鋼的研究

1、沖裁模模具鋼的研究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(yīng)力狀態(tài)較復(fù)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， 達到最大提高沖裁模耐 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

2、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(xué)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(guān)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 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 710）。此外 , 減小含碳量可促使獲得韌性較好的母體， 并可導(dǎo)致提高應(yīng)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(chǔ)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

3、的化學(xué)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 10401080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 轉(zhuǎn)變時增加最分散的 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(xué)成分已確定,在含 612Cr的模具鋼內(nèi),活性元素特別是Ti( 達0.7

4、%)，與 Mn、Cr和 Mo最佳結(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( b3400MPa 3600MPa)，耐磨性 和耐熱性 (t 450500) 。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

5、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(chǔ)上, 研制出三種沖裁模模具鋼的合理化學(xué)成分，列于表 1。表1 沖裁模模具鋼的化學(xué)成分 鋼 化學(xué)元素含量(%)鋼化學(xué)元素含量 (%)CMnSiCrMoVTiCr3MnVTi1.151.251.01.20.450.522.83.40.2 0.31.01.20.550.0Cr5V3SiTi1.751.850.80.91.24

6、.65.40.2 0.42.33.20.40.7Cr12MoSiTi1.751.850.30.60.71.04412.50.650.950.30.50.40.73 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、 鉻和鉬最佳結(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 熱處理最佳規(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Crl2MoV100010202002206162270029000.350.4Cr3MnVTi98010001802006163320037000.350

7、.45Cr5V3SiTi102010602202406163350037000.50.6Crl2MoSiTi104010802202406163340036000.450.55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(dāng)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。回火到工作硬度6062HRC，將導(dǎo)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(guān)系主要取決于模具鋼的化學(xué)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MCMCA殘MCA殘

8、碳量CrMnVTi141610148121015680.240.29Cr5V3SiTi18231418152215195100.250.30Crl2MoSiTi16221216118241317570.230.28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 （%

9、）碳化物顆粒的尺（ m)10Crl2MoV1502586597312286427371016.6Cr3MnVTi139770252513210363292212.0Cr5VSiTi234678729226412676389118.8Crl2MoSiTi2513804308204233133416220.9注:該數(shù)據(jù)是當(dāng)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 6m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