基体钢属于高合金钢.doc

基体钢属于高合金钢，合金元素总量大10%，成本较高，淬火温度区间较窄，热处理工艺难度大，从而限制了改类钢的推广使用。Gd钢属于低合金钢，合金元素总量在4%左右，但综合了多种元素作用，使模具钢材的碳化物偏析小，分布均匀，主要力学性能如冲击韧度、断裂韧性和抗压屈服fiance显著优于crwmn和cr12mov，而耐磨性略低与cr12mov，但优于crwmn模具钢材。GD模具钢可以代替crwmn、cr12、gcr15、9mn2v、6crw2si、9sicr等冷作模具钢制作各种类型的易断裂的冷作模，如冲模、冷剪切模、挤压模、冷墩模等。碳 C ：0.50-0.65硅 Si：1.75-2.25锰 Mn：0.60-1.00铬 Cr ：0.10-0.50钼 Mo ：0.20-1.35钨 W：-矾 V：0.15-0.35其他：- 6crnisimnmov合金工具钢力学性能：硬度 ：退火,229HBW,压痕直径4.0mm;淬火,58HRC6crnisimnmov合金工具钢热处理规范及金相组织：热处理规范：试样淬火885-900,油。6crnisimnmov合金工具钢交货状态：钢材以退火状态交货.一该钢的特性：GD钢：高强韧性低合金冷作 模具钢 ，取“高(Gao)、低(Di)”两个汉语拼音字头为其代号， 华中 理工大学研制。该钢含碳量稍微低，含有Cr、Mn合金元素，以保证淬透性，也含有Si、Ni两种强韧性化元素和细化晶粒元素Mo、V，但其合金度小于5%。该钢的淬透范围较宽，淬透性好，也可以火焰敬爱热冷淬火，具有良好的强韧性。钢的热塑性好，变形抗力小，可一次成型。6CrNiSiMnMoV(代号 GD)钢为高韧性低 合金钢 ，淬火温度较低，热处理变形小，价格低，具有较好的强度和韧性的配合。由于该钢的强韧性高，其强韧性显著高于CrWMn 和 Cr12MoV 钢，不易崩刃或断裂，用GD钢给取代Cr12MoV钢或者基体钢制造大型、高耐磨、高精度塑料模，不仅降低了成本，而且提高了模具的使用寿命。二化学成分：C 0.69, Cr 1.16,Si 0.81, Mn 0.95,Mo V 适量三参考对照钢号我国GB6CrNiSiMnMoV(，美国AISI/ASTML6，DIN数字编号1.2713，DIN75CrMoNiW6-7，JIS4404四加工1热加工规范：加热温度10801120，始锻温度10401060，终锻温度850，锻后缓冷或者立刻退火，以防产生裂纹。2淬火 回火：经过温度90010保温后，油冷或者空冷淬火。五用途：1适用于细长、薄片状 凸模及 大型、形状复杂、薄壁凸凹模。2可用于热作 模具钢 。3制造有较高韧性和一定耐磨性的精密淬硬塑料模具等。制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、 钢结硬质合金 、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中 铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、 钢结硬质合金 等等。1.碳素工具钢在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。2.低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。3.高碳高铬工具钢常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔 （轴向镦、径向拔）改 锻 ，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。4.高碳中铬工具钢 用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低， 共晶碳化物 少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。5.高速钢高速钢具有模具钢中最高的 的 硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的 降碳降钒 高速钢6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。 高速钢也需要改 锻 ，以改善其碳化物分布 。6.基体钢在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢 ，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。7.硬质合金和钢结硬质合金硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类 ，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用 含钴量较低 的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用 含钴量较高 的硬质合金。钢结硬质合金 是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、 钼 、钨、钒等）做粘合剂，以碳化 钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。 钢结硬质合金 的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。 钢结硬质合金 含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达68 73HRC。(2)模具淬火时应采用正确的热处理工艺规范，防止加热温度过高，尽可能采用硝盐分级淬火。如模具钢6CrNiSiMnMoV热处理工艺:盐浴加热(90010)，硝盐分级，硬度为HRC63，回火:250下回火2h，硬度HRC60，无任何热处理裂缝及磨削裂纹。(1)模具材质的影响。模具材料中存在着严重的碳化物偏析，特别是高碳钢(Cr12等)模具钢中网状碳化物、带状碳化物、块状碳化物等，破坏了基体组织的连续性，磨削时最易导致磨削裂纹的出现。在磨削淬硬钢时，冷却充分，表面层产生二次淬火，部分残余奥氏体转变为马氏体，而马氏体比容较大，比容增加，表面产生压应力；如果磨削冷却不好，或不用冷却液，表面产生回火，发生马氏体转变，表面产生拉应力(如-Fe转变为-Fe时铁的体积会膨胀1%)，这些应力(残余应力可达到5001000MPa)，如果超过材料的屈服极限时，便产生磨削裂纹。(2)材料热处理工艺的影响。模具钢淬火温度过高会增加钢中马氏体针的长度，降低了材料的强韧性，增加了材料的脆性。另外，由于淬火温度过高，增大了淬火内应力，导致模具磨削时出现裂纹。模具淬火后残余奥氏体过多，在磨削加工时，由于砂轮和工件剧烈摩擦而产生大量热，使模具表面温度升高，促使残余奥氏体向马氏体转变，产生较大的组织应力，产生磨削裂纹。(3)回火后的残余应力的影响。模具经热处理淬火后未立即回火，淬火温度过高，有网状碳化物，回火后未回火马氏体或残余奥氏体过多，在磨削时都会产生相变，产生应力使工件表层产生裂纹。模具淬火、回火后残余应力越大，经过磨削时，残余应力和磨削应力迭加值越大，当迭加应力超过材料的强度极限时，模具磨削表面即出现裂纹。(4)磨削工艺不当引起磨削裂纹。模具在磨削加工时，砂轮的砂粒刃口与工件进行摩擦切削，磨削时进给量越大，刃口切削能力越差，则残留切削应力越大；另外，砂轮与模具剧烈摩擦会产生大量热，砂轮硬度越高，磨削速度越快，产生的热量越大，当急剧冷却时，就会产生磨削热应力，温升越高，热应力越大。由于模具表层温度升高到临界点以上，淬火后的组织也会发生转变，又会产生组织应力，多种应力综合超过模具材料强度极限，便会引起模具表层产生磨削裂纹。图915 GD钢常规热处理工艺曲线6. 6CrNiSiMnMoV (GD)钢(1) 退火工艺 GD钢属空冷微变形冷作模具钢，这类钢最大弱点是退火不易软化。一般在工件装炉后，以大于100/h的加热速度升温至760780，保温2h，以30/h冷却速度降温至680等温46h，随炉冷至550，出炉空冷，硬度为230240HB。(2) 淬火、回火工艺推荐最佳常规热处理工艺为：淬火温度为870930，以900为宜加热系数盐浴炉为45s/mm，箱式炉则需延长一倍，油淬，可风冷或空冷，视模具尺寸和技术要求而定；回火温度为175230，回火一次2h，硬度5862HRC，其工艺曲线如图915所示。采用火焰表面淬火加热温度为860960，预热温度为200，1.5h，回火温度为200，2h。为进一步提高GD钢表层硬度，从而提高耐磨性，采用M/B复相强韧化处理和渗硼处理工艺。M/B复相处理工艺为870加热，260等温1.5h，渗硼工艺采用900加热4h的固体渗硼，可直接淬火，也可随炉空冷，重新加热淬火。不同温度淬火、回火硬度值(表936)表936 不同温度淬火、回火后的硬度值回火温度/8108408709009309601000淬火温度/硬 度HRC15062.063.063.564.064.064.564.017561.061.562.062.062.563.063.020059.560.061.061.061.061.061.023059.060.060.060.060.060.060.026059.060.060.059.559.560.060.030058.559.559.059.058.060.059.035058.058.558.058.058.058.058.040057.057.056.556.556.556.557.07. 9Cr6W3M02V2 (GM)钢(1) 退火工艺 退火工艺如图916所示。退火后的硬度与CrV2MoV、D2钢相当，能便机械加工，如延长740等温时间，其硬度还可进一步降低。(2) 淬火、回火工艺 GM钢具有较宽淬火硬化温度范围(约150)。淬火加热在盐浴炉中进行，加热温度10401160，一般取1120，保温时间20smm，淬火加热前需在800850中温盐浴炉中预热，预热时间为淬火时赠问的两倍。淬火采用油淬或空冷。回火两次，每次1.01.5h，空冷、回火温度为540。回火后硬度65HRC左右。GM钢不同淬火、回火温度的硬度如图917、图918所示。图916 GM钢退火工艺曲线图917 GM钢淬火硬度曲线图918 GM钢回火硬度曲线(6)6CrNiSiMnMoV 简称GD钢，是一种新型冷作模具钢。GD钢的强韧性显著高于CrWMn和Crl2MoV钢。由于GD钢含有较低的合金元素，而且碳化物较为细小均匀，可直接下料使用。如需改锻，其加热温度为10801120，始锻温度为10401060，终锻温度850，锻后缓冷或立即退火，以防止产生裂纹。GD钢的热塑性好，变形抗力小，可一次成形。表919 新型模具钢锻造工艺规范冷热模具钢6Cr4Mo3Ni2WV(CG2)1160120011401160950砂冷150冷模具钢7Cr7Mo3V2Si(LD)1120114011001120850砂冷冷冲模具钢7Cr7SiMnMoV(CH1)1150120011001120800850灰冷、炉冷冷冲模具钢6CrNiSiMnMoV(