低變形冷作模具鋼含有一定量（<5%）的合金元素，這些元素都能大幅度地提高鋼的淬透性，在淬火中可減少模具變形開裂的傾向，保證模具的精密性，合金元素在鋼中形成比較穩定的合金碳化物，有較好的耐磨性，低變形冷作模具鋼具有較好綜合力學性能，不足是由於網狀碳化物傾向明顯，其韌性不足可能出現崩刃或折斷導致模具早期失效。
基本介紹
- 中文名：低變形冷作模具
- 外文名：Cold working die with low deformation
- 學科：材料工程
- 特點：加入＜5%的合金元素
- 作用：提高鋼的淬透性
- 有關術語：冷作模具鋼
簡介,代表鋼種,工作條件及性能要求,
簡介
冷作模具鋼是指用來製造沖裁模、彎曲模、冷鐓模、剪下模、拉絲模、冷擠壓模等的鋼，模具加工具有少切削、無切削及高效率、標準化、批量化的生產特點，模具是機電加工的非常重要的工具，隨著加工產品的大型化和精密化，對大型和精密模具提出了更高的性能要求和標準，充分了解冷作模具的服役條件及其失效形式，才能對冷作模具鋼提出主要性能要求。
低變形冷作模具鋼是一種冷作模具鋼，加入的合金元素有Cr、Mn、Si、W、V等，其主要作用是提高淬透性，減小淬火開裂傾向，形成特殊碳化物，細化晶粒，提高回火穩定性。基本優點：具有較好的淬硬性(6l-64HRC) 和淬透性，Φ60—120mm工件能於油或硝鹽中淬硬，淬火操作簡便低，淬裂、變形傾向低、並易於控制。熱處理特點：低變形冷作模具鋼經淬火及低溫回火後含有8%—l 5%的殘餘奧氏體和5%—10%的碳化物。殘餘奧氏體在250℃左右回火後分解，使體積膨脹，並加劇低溫回火脆性。典型的鋼種有 CrWMn、9SiCr、9Mn2V 等，其中 9Mn2V 比T10 鋼的耐磨性要高出 6~7 倍，常用於製造尺寸較大、形狀較複雜、精度較高的低中負荷的衝壓模具、冷擠壓模具等。
代表鋼種
（1）在低變形冷作模具鋼中，以MnCrWV鋼為各國趨向於通用的綜合性能優良的代表性鋼種，應大力推廣。
（2）CrWMn鋼在我國沿用較廣，但對形成碳化物網狀比較敏感，這種網狀碳化物的存在，會使模具刃部產生脆斷傾向，國內外均趨於縮減其套用範圍。
（3）9CrWMn鋼，在美、英等國最為普及，我國經一些工廠長期使用，也有較好的效果。
（4）9Mn2V鋼為西歐、捷克等國普遍使用的冷沖模鋼種，我國引進後，已廣為使用。9Mn2V鋼在美國廣泛用於小型塑膠模。
（5）SiMnMo鋼僅美國列為標準鋼號，由於其具有優良的抗咬合能力和耐磨性，歐、美已有多家特殊鋼廠將其列為基本鋼號，有普及的趨勢；我國已列為推薦用鋼，使用者尚不多。
(一)Mn-Cr-W系鋼(MnCrWV、CrWMn、9CrWMn）的特性
這是各國通用的綜合性能優良的代表鋼種，以CrMn為代表鋼。此鋼具有熱處理變形小，耐磨性能較高的特點，具有較高的淬透性和韌性。用CrWMn鋼製作的模具，如採用合理的熱處理工藝，控制和調節好，淬火時造成的熱應力和組織應力，減少變形完全可以替代工廠常用的Cr12製作的落料模具。
成分特點：WMn=0.8%~1.3%，而C、Cr、W、V的含量不同，決定了性能的差別。
MnCrWV:向鋼中加入微量的V，能抑制網狀碳化物，增加淬透性和降低過熱敏感性、使MnCrWV晶粒度比同系鋼提高一級。MnCrWV在本鋼組中具有高的淬透性Φ 40~60mm工件可在油淬後穿透硬化，如圖3—4所示。
CrWMn：具有高淬透性，臨界淬透直徑Dc(油)通常在30~50mm。W形成碳化物使之具有高硬度、高耐磨性；W還能細化晶粒，從而使之保持較好的韌性。但該鋼碳化物偏析嚴重，鍛後緩冷易形成網狀碳化物。故鍛後要空冷到650~700 ℃再緩冷。
Mn-Cr-W系低變形冷作模具鋼套用：加工薄鋼板、有色金屬板的形狀複雜的冷沖模材料，特別是在鐘錶、儀器、玩具、食品工業等以輕型冷衝壓為主的工廠中，套用尤為廣泛。但對於沖制奧氏體鋼、矽鋼片、高強度鋼板時，使用效果較差。
（二）錳2系鋼(9Mn2V、9Mn2)的特性
9Mn2V是我國作為CrWMn，9CrSi等的代用鋼，可用於製造冷沖模、落料模、剪刀、彎曲模。
主要特點：錳2系鋼不含貴重的鉻和鎢，價格較低。Mn主要是為了提高鋼的淬透性，V細化晶粒,減小了鋼的過熱敏感性，同時碳化物較細小和分布較均勻，冷加工性能好，熱處理工藝性好，不易淬裂、變形，但在淬透性、淬硬性、回火抗力、強度、回火脆性、磨裂傾向等方面不如Mn-Cr-W系鋼。
9Mn2V鋼相變點：如Ac1:730oC、Accm=765oC、Ar1 652oC、Ms l25℃。
9Mn2V合金化：9Mn2V鋼含有0.2%的釩(質量分數)，能抑制過熱敏感性及網狀碳化物的析出，冶金質量易於保證，碳化物細小。
9Mn2V和MnCrWV鋼淬火後不同溫度回火的力學性能如圖3—5所示。
9Mn2V鋼工藝性能:(1)鍛造工藝：始鍛溫度1130~1160℃、終鍛溫度800℃，空冷到650~700℃,再緩冷。(2)退火工藝：加熱溫度750~770℃，保溫3~5h,等溫溫度680~700℃，保溫3~5h(3)淬火工藝：淬火溫度780~820℃，油冷．硬度62HRC以上，淬透性好。Φ60~70mm的工件可在油中淬硬，熱處理變形較小。(4)回火工藝：回火溫度150~200℃，空冷。硬度60~62HRC，回火溫度在200~300℃範圍 有回火脆性及顯著體積膨脹，應予以防止
9Mn2V鋼的使用範圍 :適於製造一些要求的尺寸較小的冷沖模、冷壓模、雕刻模、落料模等，製作沖件厚度小於4mm的冷沖模，刃磨壽命穩定在2~3.5萬次的水平。
9SiCr鋼相變點：如Ac1:770oC、Accm=870oC、Ar1 730oC、Ms l60℃。合金化及特點：是一種傳統的低合金工具鋼，具有較好的淬透性。矽能細化碳化物，通過適宜的熱處理可獲得均勻細小的粒狀碳化物組織。價格低廉，性能介於碳素工具鋼與Cr12之間. 熱處理特性：（1）淬火溫度880 ℃，鋼的抗彎強度明顯下降，A殘也有較大增加，故適宜的淬火溫度為860~870 ℃。（2）有較好的回火穩定性，回火溫度為270 ℃左右仍能保持60HRC以上，但在250 ℃左右抗彎強度最低，故應避免在此溫度下回火
9SiCr工藝性能: (1)鍛造工藝：始鍛溫度1050~1100℃、終鍛溫度850~800℃，鍛後緩冷。(2)退火工藝：加熱溫度780~810℃，保溫2~4h,等溫溫度680~720℃，保溫4~6h。(3)淬火工藝：淬火溫度860~880℃，油冷．硬度62~65HRC，淬透性好。Φ60~70mm的工件可在油中淬硬，熱處理變形較小。 (4)回火工藝：回火溫度180~200℃，空冷。硬度60~62HRC，回火溫度在250℃範圍 有回火脆性，應避免此溫度回火。
9SiCr使用範圍：適用於製造薄刃和形狀複雜的輕載冷沖模，如列印模、搓絲板等；也可部分取代Cr12MoV、5CW2Si鋼用於機械化載荷較重的冷作模具，如厚鋼板沖剪工具、冷墩模等 9SiCr鋼的主要缺點：退火硬度較高，加熱時脫碳敏感性大，故加熱時應注意防護。
SiMnMo系石墨鋼，特點是含Si量高，在強烈的石墨化元素Si的作用下，部分碳是石墨化狀態存在，使鋼具有自潤作用，具有較高的抗咬合性，良好的切削性和耐磨性，熱處理變形小，尺寸穩定。SiMnMo鋼，用於製作表面質量要求嚴格的彎曲、拉伸、整形沖模能顯著提高沖件的質量。
工作條件及性能要求
冷作模具鋼在工作時．由於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、衝擊力及摩擦力。因此，冷作模具的正常報廢原因一般是磨損．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。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強度和足夠的韌性，以保證衝壓過程的順利進行、其不同之處在於模具形狀及加I工藝複雜．而且摩擦面積大．磨損可能性大．所以修磨起來困難。因此要求具有更高的耐磨化模具工作時承受衝壓力大．又由於形狀複雜易於產生應力集中，所以要求具有較高的韌性；模具尺寸大、形狀複雜．所以要求較高的淬透性、較小的變形及開裂傾向性。總之，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要求（因為是冷態成形），所以也相應形成了一些適於做冷作模具用的鋼種，例如，發展了高耐磨、微變形冷作模具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結合有關鋼種選用進一步說明。
