冷作模(mó)具鋼(gāng)是指使金屬在冷態下變形或成形所(suǒ)使用的模具鋼(gāng)。最常(cháng)用的專用冷作模具鋼是Crl2型鋼,其含碳量為1.45%~2.30%,含鉻量為11%~13%。
由於(yú)冷作模具多為常溫下(xià)工作,材料的塑性變形抗力(lì)大,模具的工作應力大,工作條件苛刻,綜合起來這類模具性能上一般要求(qiú)高的硬度和耐磨性(xìng)、足夠的強度(dù)、適當的韌性。
因此,冷作模(mó)具鋼通常(cháng)在成分上以高(gāo)碳為主(zhǔ),以(yǐ)滿足高硬(yìng)度(dù)和高耐磨性的需要。如果為了提高模具抗衝擊能力,需增加韌性時,可選用中碳鋼,這時可借用熱作模具鋼來代替。在冷作模(mó)具鋼中加入合金(jīn)元(yuán)素時(shí),主要是為了提高淬透性和耐磨性,對於耐磨性要求高的模具(jù),多采用(yòng)加入碳化物形成元素,例如(rú)Cr、Mo、W、V等元素的多元(yuán)合金(jīn)鋼。
從鋼材類別考慮,冷作模具鋼(gāng)多為過共析鋼和萊氏體鋼,一般屬於工具鋼範疇。
性(xìng)能要求
1.冷作模具鋼的使用性(xìng)能1)較高的耐磨性冷作(zuò)模具在工作時(shí),表麵與坯料(liào)之間(jiān)產生(shēng)許多次摩擦,模具在這種情況下必須仍能保持較低的表(biǎo)麵粗(cū)糙度值和較高的尺寸精度,以(yǐ)防止早期失效。
由(yóu)於模具材料的硬度和(hé)組織是影響模具耐磨性能的(de)重要因素,因此為了提高(gāo)冷作模具的抗磨性能,通常要求模具硬度高於加工件硬度30%~50%,材(cái)料的組織為回火馬氏體或下貝氏體,其上分布均勻、細小的顆粒(lì)狀碳化物。要達到此目的(de),鋼中的碳(tàn)的質量分數一般都在0.60%以上。
2)較高的強度和韌性
模具的強度是指模具(jù)零件在工作過程中抵抗變形和斷裂的能力。強度(dù)指標是(shì)冷作模具設計和材(cái)料選(xuǎn)擇的(de)重要依據(jù),主(zhǔ)要包括拉伸屈服點、壓縮屈服點等。屈服點是衡量模具零件塑性變形抗力的指標,也是最常用的強度指標(biāo)。為了獲得高的強度,在模具製造過程中,要模(mó)具材料的(de)韌性,要根據模具工作條件來決定,對於強烈衝擊載荷的模具,如冷作模具的凸模、冷鐓模具(jù)等,因受衝擊載荷較大,需要(yào)高的韌性。對於一般工作條件下的冷作模具,通常受到(dào)的是小能量多次(cì)衝擊載荷的作用,模具的失效形式是疲勞斷裂(liè),因此模具不必具有過高的衝擊韌度值。
3)較強的抗咬合性
咬合抗力實際就是(shì)對發生“冷焊”的抵抗能(néng)力。通常在幹(gàn)摩擦條(tiáo)件下(xià),把被試驗模具鋼(gāng)試(shì)樣,與具有咬合傾(qīng)向的材料(如奧氏體(tǐ)鋼),進行恒速對(duì)偶摩擦運動,以一定速度逐漸增大載荷,此時轉矩也相應(yīng)增大。當載荷加大到某一臨界值時,轉矩突然急劇增大,這意味著發生咬合,這一載荷稱為(wéi)“咬合臨界載荷”。臨界載荷越高,標(biāo)誌(zhì)著咬合抗力越強。
4)受熱軟化能力受熱軟化能力反映了冷作模具鋼在(zài)承載時(shí)溫升(shēng)對硬度、變形抗力及耐磨性的影響。表征冷作(zuò)模具鋼受熱軟(ruǎn)化抗力的指標主要有軟化溫度(℃)和二次硬化硬度(dù)(HRC)。
2.冷作模(mó)具鋼的工藝性能要求
冷作模具鋼的工藝性能,直接關係到模(mó)具(jù)的(de)製造周期(qī)及製造成本。對冷作模具鋼的工藝性能要求,主要有鍛造工藝性、切削工藝性、熱處理工藝性等。
1)鍛造工藝性
鍛造不僅減少了模具材料的機械加工餘(yú)量,節約鋼材,而且改善模具材料的內部缺陷,如碳化物偏(piān)析、減少有害雜質、改(gǎi)善鋼的組織狀態等。
為了(le)獲得良好的(de)鍛造質量,對可鍛性的要求是(shì)熱鍛變形抗力低、塑性好、鍛造溫度範圍寬,鍛裂、冷裂及析出網狀碳化物傾向小。
2)切削工藝(yì)性
磨損小以(yǐ)及加工後模具表麵光潔。冷作模具鋼(gāng)主(zhǔ)要屬於過共析鋼(gāng)和萊氏體(tǐ)鋼,大多數切削加工都較(jiào)困難,為了獲得良好的切削加工性,需要正確進行熱處理,對於表麵質量要求較高的模具可選用含S、Ca等元素的(de)易切削模具鋼。
3)熱處理(lǐ)工藝性
熱處理工藝(yì)性主要包括:淬透性、淬硬性(xìng)、耐回火性、過熱敏感性、氧化脫碳傾向、淬火變形和開裂傾向等。
材料的選用
根據冷作模具(jù)鋼的性(xìng)能要求及形(xíng)狀尺寸,材(cái)料的選用(yòng)有以下幾(jǐ)種情況。
(1)工作時受力不大(dà)、形狀簡單、尺(chǐ)寸較小的模具,可用碳(tàn)素工具鋼製造。
(2)工(gōng)作時受力一般、形狀複雜或尺寸較大的模具,可(kě)用低合金工具鋼(gāng)(如9Mn2V、9SiCr、9CrWMl3、CrWMn、Cr2等)製(zhì)造。
(3)工作時受力大,要求高耐磨性、高淬透性、變形量小、形狀複雜的模具,多用高碳高鉻鋼(Crl2、Crl 2MoV等)製造。又發展(zhǎn)了幾種Crl2型鋼的代用鋼(如(rú)Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV等),另外,也可選用(yòng)高(gāo)速鋼、低碳高速鋼(6W6M05Cr4V等)和基體鋼(gāng)(化學成分相當於高(gāo)速(sù)鋼正常淬火後的(de)基體(tǐ)成分的鋼)來製造這類模具。
(4)在衝擊條件工作,刃口單薄的模具,采用韌性較好的中碳合金工(gōng)具鋼(如4CrW2Si、6CrW2Si等)製造。