沖裁模模具鋼

沖裁模模具鋼的研究1沖裁模模具鋼組織的強(qiáng)化機(jī)理

在沖裁板件時(shí)，由于單位負(fù)荷較大（≥200MPa）、被沖裁材料的應(yīng)力狀態(tài)較復(fù)雜，在分離過(guò)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(mǎn)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(guò)提高模具鋼內(nèi)的碳化物相數(shù)量和改變其類(lèi)型，達(dá)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(shí)模具鋼的機(jī)械性能可能變壞，因此，必須在模具鋼內(nèi)同時(shí)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(jī)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(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(dá)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α固溶體內(nèi)的含碳量，提高馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度，并可促使減少組織內(nèi)的殘余奧氏體數(shù)量（達(dá)7％～10％）。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(duì)模具鋼工作過(guò)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(qiáng)化機(jī)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(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＝1040～1080℃時(shí)未溶解，可保證奧氏體保持較細(xì)晶粒，從而有較高的抗脆性破壞水平和抗彎強(qiáng)度水平。此外，在r→α轉(zhuǎn)變時(shí)增加最分散的MC類(lèi)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(xì)化，并使模具在使用時(shí)其切削刃的金屬難于流動(dòng)，從而提高模具的耐磨性。

馬氏體轉(zhuǎn)變的開(kāi)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(xiàn)

2沖裁模模具鋼的化學(xué)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(dá)0.7%)，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(qiáng)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(xì)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(mǎn)意結(jié)合，而在添加鈦時(shí)可提高它們對(duì)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(duì)淬火時(shí)過(guò)熱的敏感性較小，保證細(xì)晶粒的淬水溫度區(qū)域被顯著擴(kuò)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(jì)處理鉻的分布數(shù)據(jù)表明，添加鈦可促使擴(kuò)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(guò)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(%)蝕鋼竊化學(xué)辯元素衫含量戲(%頃)阻C牌Mn梅跡Si污顫Cr攤綠Mo茂帽V彼Ti細(xì)倡Cr雷3M鎖nV闖Ti漠載1.宴15幅∽討1.鞠25祝讓1.曾0梅∽頌1.優(yōu)2察0.法45衫∽嚇0.憑52劉夸2.譜8父∽膚3.移4泡0.碰2果∽搜0.屢3狐1.互0拒∽客1.已2粒0.盟55駐∽浮0.臉08瓶五C釋r5柔V3涌Si場(chǎng)Ti部餐1.門(mén)75涌∽脅1.肉85催詳≥背0.蝶8林0.劃9波∽繡1.臘2央4.尖6傷∽晴5.揮4益0.測(cè)2笛∽跑0.響4丙2.好3灑∽擦3.看2街0.驢4乳∽朋0.伸7載Cr土12驚Mo虹Si觀Ti矮縣1.勿75番∽劈1.耗85我艘0.緞3災(zāi)∽惱0.證6朵0.芽7畫(huà)∽啞1.餅0趙44歷1會(huì)∽獸2.倘5處0.啟65春∽任0.府95彈瀉0.現(xiàn)3曠∽草0.抽5漁0.更4芬∽餃0.畢7

3新型模具鋼的機(jī)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(qiáng)度和耐磨性，見(jiàn)表2。

表2熱處理最佳規(guī)范和模具鋼的機(jī)械性能

崖鋼嫌溫度覆(蘿o足C)慮璃硬度睬(H補(bǔ)RC殼)檔抗彎盜強(qiáng)度

桐極限崇(M烈Pa顛)腫沖擊毯韌性

會(huì)(M順J/亞m3餐)嚇淬火謊失回火餐側(cè)Cr姻l2洞Mo倉(cāng)V早10疊00降~翼10奶20墨旨20編0巷~構(gòu)22弊0場(chǎng)61念~絞62感舟27饞00蓮~宴29蓋00腳抱0.精35扒~貓0.脹4墓Cr譽(yù)3M第nV市Ti裕蚊98蓄0橫~保10粗00黃席18容0破~能20弟0騾61蹲~兼63桑腫32斬00郵~馬37季00臘蜘0.斧35埋~形0.象45震俯Cr奧5V改3S桐iT看i紹10未20地~咬10臂60神穗22藏0胡~掃24近0田61患~潔63偽臨35電00盼~信37覆00右完0.么5章~眨0.怒6快Cr仔l(wèi)2最Mo繡Si蝦Ti征儲(chǔ)10獨(dú)40漲~再10弓80裙痰22執(zhí)0謀~歉24隱0預(yù)61艷~膛63鬧善34田00保~瑞36即00禁淡0.度45臂~豈0.族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(jiàn)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(lèi)型的組織?；鼗鸬焦ぷ饔捕?0~62HRC，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(wàn)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)的含碳量奴鋼訂退火攪擠淬火逼醬回火悅陜馬氏恭體內(nèi)彎的含拖碳量救旬MC絡(luò)洋MC剪妻A披殘丙MC賓揮A揪殘蠻Cr交Mn獎(jiǎng)VT秩i穴14咸~個(gè)16訴斑10軌~劃14概毅8錯(cuò)~鞠12啦谷10膽~求15難忘6價(jià)~里8泳0.災(zāi)24臥~拉0.沉29鄙諸Cr贈(zèng)5V擠3S其iT黑i俱18鉆~惱23件抄14麗~辭18帖喊15泛~垮22浙呼15流~屠19殘俊5耗~妹10誼薯0.津25妨~極0.茶30纖菊Cr剩l2辦Mo梅Si會(huì)Ti調(diào)刺16魯~化22雁息12睛~心16忠1褲18獅~歷24屯株13墓~選17校存5欠~病7躍0.要23盼~錘0.濱28已確定,阻礙碳化物對(duì)鋼內(nèi)實(shí)際奧氏體晶粒長(zhǎng)大作用的溫度區(qū)間為1000-1200oC。實(shí)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(jī)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(jiàn)表4。

表4模具鋼內(nèi)碳化物顆粒的數(shù)量妖鋼甘碳化壩物數(shù)狐量（電個(gè)）改弦碳化川物總轎量胸(夏個(gè)瘋)嬌碳化秧物的于體積玩(%敲)從碳化售物顆兔粒的蜜尺（爭(zhēng)μ是m寨）兄<2奶算2拳~炮4表4剩~疊6貝6矛~獲8泊3咽~器10引脈>1箭0咬Cr臂l2批Mo磁V抱15酒02經(jīng)疤58氏6察59妻7弟31于2慕28搭6內(nèi)42獲7惱37再10床偏16諸.6暖況Cr筋3M裙nV萄Ti棵平13病97嫩脈70澆2夫52襪5豬13莊2繡10絕3約63織繪29泄22柴初12現(xiàn).0零羽Cr演5V貴Si吉Ti叔高23屆46狀選78我7雅29壽2滋26夏4討12兇6猶76錘俱38怎91注瑞18族.8渠體Cr凍l2茅Mo票Si晃Ti顯依25慕13件面80說(shuō)4耍30乒8睡20爽4叨23告3越13車(chē)3搜41閥62掠斃20嘆.9

注:該數(shù)據(jù)是當(dāng)每個(gè)視場(chǎng)面積為0.25mm2時(shí)按10個(gè)視場(chǎng)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(xì)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(jī)械性能很吻合，亦與表5內(nèi)的模具鋼的耐磨性試驗(yàn)結(jié)果和抗壓塑性變形的試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

表5淬火和回火后模具鋼的抗壓強(qiáng)度和耐磨性伏鋼魯溫度欄（沈o差C矩）牽硬度航（采HR賄C能）蘋(píng)σ耀壓

固（丘MP恭a晌）供相對(duì)仍耐

怪磨性宏資淬火微育回火問(wèn)籃Cr配l2沫Mo舌V虛10撥00勾閃22饒0惑62色藥20睛71廊睡1.眉0龜Cr極3M割nV握Ti鵲嚼98通0插22展0杠62旺塊21爪65昌緩1.鄰3叨Cr誕5V妙3S像iT刺i詞10茂30胸生22綠0摘62貴柿24你78捉傘1.槐75滋蟻Cr機(jī)l2鞋Mo喝Si孕Ti饒巡10歌60油匆24副0覽62態(tài)熄25辟00遣避1.飽7

在所研究的模具鋼內(nèi)，細(xì)小的碳化鈦在淬火溫度時(shí)無(wú)熱動(dòng)力性將鄰近段的元素溶解在自己內(nèi)，故可促使碳化物周?chē)Ⅲw積內(nèi)保持相對(duì)的化學(xué)均勻性，從而改