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為什么模具鋼有冷作熱作之分
為什么模具鋼有冷作熱作之分
　　冷作模具鋼側(cè)重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性為主。熱作模具鋼對(duì)硬度要求適當(dāng)，側(cè)重于紅硬性，導(dǎo)熱性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、紅硬性為主。 
　　 一、冷作模具鋼冷作模具鋼包括制造沖截用的模具(落料沖孔模、修邊模、沖頭、剪刀)、冷鐓模和冷擠壓模、壓彎模及拉絲模等
　　1、冷作模具鋼的工作條件及性能要求冷作模具鋼在工作時(shí).由于被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力及摩擦力。因此，冷作模具的正常報(bào)廢原因一般是磨損.也有因斷裂、崩力和變形超差而提前失效的。冷作模具鋼與刃具鋼相比.有許多共同點(diǎn)。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強(qiáng)度和足夠的韌性，以保證沖壓過(guò)程的順利進(jìn)行、其不同之處在于模具形狀及加I工藝復(fù)雜.而且摩擦面積大.磨損可能性大.所以修磨起來(lái)困難。因此要求具有更高的耐磨化模具工作時(shí)承受沖壓力大.又由于形狀復(fù)雜易于產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以要求具有較高的韌性；模具尺寸大、形狀復(fù)雜.所以要求較高的淬透性、較小的變形及開(kāi)裂傾向性?？傊?，冷作模具鋼在淬透性、耐磨性與韌性等方面的要求要較刃具鋼高一些.而在紅硬性方面卻要求較低或基本上沒(méi)要求(因?yàn)槭抢鋺B(tài)成形)，所以也相應(yīng)形成了一些適于做冷作模具用的鋼種，例如，發(fā)展了高耐磨、微變形冷作模具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結(jié)合有關(guān)鋼種選用進(jìn)一步說(shuō)明。
　　2、鋼種選擇通常接冷作模具的使用條件，可以將鋼種選擇分為以下四種情況：
　?。?）尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、輕負(fù)荷的冷作模具。例如.小沖頭，剪落鋼板的剪刀等可選用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具鋼制造。這類(lèi)鋼的優(yōu)點(diǎn)是；可加工性好、價(jià)格便宜、來(lái)源容易。但其缺點(diǎn)是：淬透性低、耐磨性差、淬火變形大。因此，只適于制造一些尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、輕負(fù)荷的工具以及要求硬化層不深并保持高韌性的冷像模等。
　?。?）尺寸大、形狀復(fù)雜、輕負(fù)荷的冷作模具。常用的鋼種有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具鋼。這些鋼在油中的淬透直徑大體上可達(dá)40mm以上。其中9Mn2V鋼是我國(guó)近年來(lái)發(fā)展的一種不含Cr的冷作模具用鋼.可代替或部分代替含Cr的鋼。9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開(kāi)裂傾向性比CrWMn鋼小、脫碳傾向性比9SiCr鋼小，而淬透性比碳素工具鋼大.其價(jià)格只比后者高約30%因此是一個(gè)值得推廣使用的鋼種。但9Mn2V鋼也存在一些缺點(diǎn)如沖擊韌性不高，在生產(chǎn)使用中發(fā)現(xiàn)有碎裂現(xiàn)象.另外回火穩(wěn)定性較差，回火溫度一般不超過(guò)180℃在200℃回火時(shí)抗彎強(qiáng)度及韌性開(kāi)始出現(xiàn)低值。9Mn2V鋼可在硝鹽、熱油等冷卻能力較為緩和的淬火介質(zhì)中淬火。對(duì)于一些變形要求嚴(yán)格而硬度要求又不很高的模具，可采用奧氏體等溫淬火。
　?。?）尺寸大、形狀復(fù)雜重負(fù)荷的冷作模具。須采用中合金或高合金鋼.如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WVCr4W2MoV等，另外也有選用高速鋼的。近年來(lái)用高速鋼做冷作模具的傾向巴日趨增大、但應(yīng)指出，此時(shí)已不再是利用高速鋼所特有的紅硬性長(zhǎng)處.而用它的高淬透性和高耐磨性。為此.在熱處理工藝上也應(yīng)有所區(qū)別。選用高速鋼做冷模具時(shí).應(yīng)采用低溫淬火.以提高韌性。例如W18Cr4V鋼做刃具時(shí)常用的淬火溫度為1280-1290℃。而做冷作模具時(shí)，則應(yīng)采用1190℃的低溫淬火。又如W6Mo5Cr4V2鋼.采用低溫淬火后可使壽命大大提高、特別是顯著減少了折損率。
　?。?）受沖擊負(fù)荷且刀間單薄的冷作模具。
   　如上所述.前三類(lèi)冷作模具用鋼的使用性能要求均以高耐磨性為主為此均采用高碳過(guò)共析鋼乃至榮氏體鋼。而對(duì)有的冷作模具加切邊樓、沖裁模等.其對(duì)口單薄.使用時(shí)又受沖擊負(fù)荷作用則應(yīng)以要求高的沖擊韌性為主。為了解決這一矛盾.可采取以下措施：
　　?、俳档秃咸剂?采用亞共折鋼.以避免由于一次及二次碳化物而引起鋼的韌性下降；
　　?、诩尤隨i.、Cr等合金元素.以提高鋼的回火穩(wěn)定性和回火溫度(240一270℃回火)這樣有利于充分消除淬火應(yīng)力使嘰提高.而又不致降低硬度；
　　?、奂尤隬等形成難熔碳化物的元素以細(xì)化晶粒、提高韌性。常用的高韌性冷作模具用鋼有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。3.充分發(fā)揮冷作模具鋼性能潛力的途徑在用Cr12型鋼或高速鋼做冷作模具時(shí)，一個(gè)很突出的問(wèn)題是鋼的脆性大.使用中易開(kāi)裂。為此，必須用充分鍛打的方法細(xì)化碳化物.除此之外應(yīng)發(fā)展新鋼種。發(fā)展新鋼種的著眼點(diǎn)，應(yīng)是降低鋼的含碳量及碳化物形成元素的數(shù)量。 
   近年來(lái)國(guó)內(nèi)研制并推廣幾種新鋼種。Cr4W2MoV鋼具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等優(yōu)點(diǎn).并具有較好的回火穩(wěn)定性及綜合力學(xué)性能.用干制造硅鋼片沖模等.可使壽命比Cr12MoV鋼提高1～3倍以上但此鋼鍛造溫區(qū)范圍較窄，鍛造河縣開(kāi)裂.應(yīng)嚴(yán)格控制鍛造溫度和操作規(guī)認(rèn)Cr2Mn2SiWMoV鋼淬火溫度低、淬火變形小、淬透性高.有空淬微變形模具鋼之稱7W7Cr4MoV鋼可代W18Cr4V和Cr12MoV鋼.其特點(diǎn)是鋼的碳化物不均勻性和韌性得到很大的改善。
　　二、熱作模具鋼　　　　（為什么模具鋼有冷作熱作之分）
　　1、熱作模具的工作條件
　　熱作模具包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模三類(lèi)。如前所述.熱作模具工作條件的主要特點(diǎn)是與熱態(tài)金屬相接觸、這是與冷作模具工作條件的主要區(qū)別。因此會(huì)帶來(lái)以下兩方面的問(wèn)題：
　　(l)模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時(shí).其模腔表面溫度可達(dá)300～400℃以上熱擠壓?？蛇_(dá)500一800℃以上；壓鑄模模腔溫度與壓鑄材料種類(lèi)及澆注溫度有關(guān)。如壓鑄黑色金屬時(shí)模腔溫度可達(dá)1000℃以上。這樣高的使用溫度會(huì)使模腔表面硬度和強(qiáng)度顯著降低，在使用中易發(fā)生打垛。為此.對(duì)熱模具鋼的基本使用性能要**熱塑變抗力高，包括高溫硬度和高溫強(qiáng)度、高的熱塑變抗力，實(shí)際上反映了鋼的高回火穩(wěn)定性。由此便可以找到熱模具鋼合金化的**種途徑，即加入Cr、W、Si.等合金元素可以提高鋼的回火穩(wěn)定性。
　　(2)模腔表層金屬產(chǎn)生熱疲勞(龜裂)。熱模的工作特點(diǎn)是具有間歇性.每次使熱態(tài)金屬成形后都要用水、油、空氣等介質(zhì)冷卻模腔的表面。因此.熱模的工作狀態(tài)是反復(fù)受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產(chǎn)生反復(fù)的熱脹冷縮，即反復(fù)承受拉壓應(yīng)力作用.其結(jié)果引起模腔表面出現(xiàn)龜裂，稱為熱疲勞現(xiàn)象，由此，對(duì)熱模具鋼提出了**個(gè)基本使用性能要求.即具有高的熱疲勞抗力。
　　一般說(shuō)來(lái)，影響鋼的熱疲勞抗力的因素主要有：
　?、黉摰膶?dǎo)熱性。鋼的導(dǎo)熱性高，可使模具表層金屬受熱程度降低，從而減小鋼的熱疲勞傾向性。一般認(rèn)為鋼的導(dǎo)熱性與合碳量有關(guān)，含碳量高時(shí)導(dǎo)熱性低，所以熱作模具鋼不宜采用高碳鋼。在生產(chǎn)中通常采用中碳鋼(C0.3%5～0.6%)合碳量過(guò)低.會(huì)導(dǎo)致鋼的硬度和強(qiáng)度下降.也是不利的。
　　②鋼的臨界點(diǎn)影響。通常鋼的臨界點(diǎn)(Acl)越高.鋼的熱疲勞傾向性越低。因此.一般通過(guò)加入合金元素Cr、W、Si、引來(lái)提高鋼的臨界點(diǎn)。從而提高鋼的熱疲勞抗力。
　　2、常用熱作模具用鋼　　　（為什么模具鋼有冷作熱作之分）
　　(1)錘鍛模用鋼。
　　一般說(shuō)來(lái)，錘鍛模用鋼有兩個(gè)問(wèn)題比較突出一是工作時(shí)受沖擊負(fù)荷作用.故對(duì)鋼的力學(xué)性能要求較高，特別是對(duì)塑變抗力及韌性要求較高；二是錘鍛模的截面尺寸較大(＜400mm)故對(duì)鋼的淬透性要求較高，以保證整個(gè)模具組織和性能均勻。常用錘鍛樓用鋼有5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同類(lèi)型的錘眼模應(yīng)選用不同的材料。對(duì)特大型或大型的錘鍛模以5CrNiMo為好.也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。對(duì)中小型的錘鍛模通常選用5CrMnMO鋼。
　　(2)熱擠壓模用鋼。
　　熱擠壓模的工作特點(diǎn)是加載速度較慢，因此，模腔受熱溫度較高，通?？蛇_(dá)500一800℃。對(duì)這類(lèi)鋼的使用性能要求應(yīng)以高的高溫強(qiáng)度(即高的回火穩(wěn)定性)和高的耐熱疲勞性能為主。對(duì)ak及淬透性的要求可適當(dāng)放低。一般的熱擠壓模尺寸較小，常小于70～90mm。常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr型等熱作模具鋼.其化學(xué)成分如表4.16所示。其中4CrW2Si.既可做冷作模具鋼，又可做熱作模具鋼.由于用途不同，可采用不同熱處理方法。作冷模時(shí)采用較低的淬火溫度(870—900℃)及低溫或中溫回火處理；作熱模時(shí)則采用較高的淬火溫度(一般為950一1000℃)及高溫回火處理。
　　(3)壓鑄模用鋼。
　　從總體上看，壓鑄模用鋼的使用性能要求與熱擠壓模用鋼相近，即以要求高的回火穩(wěn)定性與高的熱疲勞抗力為主。所以通常所選用的鋼種大體上與熱擠模用鋼相同.如常采用4CrW2Si.和3Cr2W8V等鋼。但又有所不同如對(duì)熔點(diǎn)較低Zn合金壓鑄模.可選用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；對(duì)Al和Mg合金壓鑄模，可選用4CrW2Si、4Cr5MoSiV等對(duì)Cu合金壓鑄模.多采用3Cr2W8V鋼。近年來(lái).隨著黑色金屬壓鑄工藝的應(yīng)用，多采用高熔點(diǎn)的鋁合金和鎳合金.或者對(duì)3Cr2W8V鋼進(jìn)行Cr-Al-SI三元共滲，用以制造黑色金屬壓鑄模。*近國(guó)內(nèi)外還正在試驗(yàn)采用高強(qiáng)度的銅合金作黑色金屬的壓鑄模材料。
　　預(yù)硬鋼制模具例如5NiSiCa，3Cr2Mo(P20)等鋼。對(duì)于直接使用棒料加工的，因供貨狀態(tài)已進(jìn)行了預(yù)硬化處理，可直接加工成形后拋光、裝配。對(duì)于要改鍛成坯料后再加工成形的，其工藝路線為：下料→改鍛→球化退火→刨或銑六面→預(yù)硬處理(34～42HRC)→機(jī)械粗加工→去應(yīng)力退火→機(jī)械精加工→拋光→裝配。
　　預(yù)硬鋼塑料模的熱處理：　　　　（為什么模具鋼有冷作熱作之分）
　　1、預(yù)硬鋼是以預(yù)硬態(tài)供貨的，一般不需熱處理，但有時(shí)需進(jìn)行改鍛，改鍛后的模坯必須進(jìn)行熱處理。
　　2、預(yù)硬鋼的預(yù)先熱處理通常采用球化退火，目的是消除鍛造應(yīng)力，獲得均勻的球狀珠光體組織，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工性能或冷擠壓成形性能。
　　3、預(yù)硬鋼的預(yù)硬處理工藝簡(jiǎn)單，多數(shù)采用調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)后獲得回火索氏體組織。高溫回火的溫度范圍很寬能夠滿足模具的各種工作硬度要求。由于這類(lèi)鋼淬透性良好，淬火時(shí)可采用油冷、空冷或硝鹽分級(jí)淬火。
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