冷作模具钢其热处理方法

【摘 要】冷作模具钢用于制造使金属在冷态下变形的模具,如冲裁模、拉丝模、弯曲模、拉深模等,有时还用于制造其他工具（如剪刀片等）.这类模具工作时的实际温度一般不超过200～300℃.由于冷作模具钢在加工过程中会受到较大的冲击力和摩擦力作用所以工作环境相对恶劣,就需要对它进行特定的热处理以改善其性能,使其达到最好的使用效果.

【关 键 词】模具钢；热处理；温度

ColdWorkDieSteelandTheirHeatTreatmentMethod

ZHANGDong-wei

（XuzhouElectromedchanicalEngineeringDepartmentofjiangsuUnitedVocationalCollege,XuzhouJiangsu,221011）

【Abstract】Coldworkdiesteelusedinthemanufactureofthemetalunderthecolddeformationofthemold,suchasblankingdie,drawingdie,bendingdie,drawingdie,etc,sometimesusedinthemanufactureofothertools（suchasscissors,etc.）.Actualtemperatureofthiskindofmoldworkisgenerallynotmorethan200～300℃.Duetocoldworkdiesteelinthemachiningprocesswillbeaffectedbythelargerimpactforceandfrictionforceeffectsotheworkenvironmentisrelativelybad,youneedtospecificheattreatmenttoimproveitsperformance,tothebestuseeffect.

【Keywords】Diesteel；Heattreatment；Temperature

1冷作模具钢的性能、化学成分及其种类

1.1冷作模具钢需满足以下性能要求.

（1）高的硬度和耐磨性,工作时保持锋利的刃口；

（2）较高的强度和韧性,工作时刃部不易崩裂或塌陷；

（3）较好的淬透性,保证淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度；

（4）较好的加工工艺性能,热处理变形小,在复杂断面上不易淬裂.

1.2冷作模具钢的化学成分特点

（1）高碳：碳的质量分数一般在1%左右,个别达2.0%,以保证高硬度和高耐磨性.

（2）高合金：常用的合金元素有Cr、Mn、Mo、W、V等.Mn、Cr等能提高淬透性,碳化物形成元素能形成难溶碳化物,细化晶粒、提高耐磨性.

1.3常用冷作模具钢的种类

冷作模具钢使用的钢材分为：碳素工具钢、低合金工具钢、高铬及中铬模具钢、基体钢、高速钢等.

（1）碳素工具钢和低合金工具钢：碳素钢一般选用高级优质碳素工具钢,以改善模具的韧性.对耐磨性要求较高、不受或受冲击较小的可选用T13A、T12A；对受较大冲击的模具则应选择T7A、T8A；而对耐磨性和韧性均有一定要求的模具（如冷镦模）可选择T10A.优点是加工性能好、成本低；缺点是淬透性低、耐磨性欠佳、淬火变形大、使用寿命低.故一般只适合制造尺寸小、形状简单、精度低的轻负荷模具.

（3）低合金工具钢常用的钢号有9Mn2V、9SiCr、CrWMn和滚动轴承钢GCrl5.优点是低合金工具钢具有较高的淬透性、较好的回火稳定性、较好的耐磨性和较小的淬火变形,综合力学性能较好.缺点是网状碳化物倾向较大,因韧性不足而可能导致模具的崩刃或折断等早期失效.常用于制造尺寸较大、形状较复杂、精度较高的低中负荷模具.

（4）高铬和中铬冷作模具钢：是一种专用的冷作模具钢,具有更高的淬透性、耐磨性和承载强度,且淬火变形小,广泛用于尺寸大、形状复杂、精度高的重载冷作模具.高铬模具钢Crl2型常用的有三个牌号：Crl2和Crl2MoV、Crl2Mo1V1.Crl2钢的ωC高达2.0%～2.3%,属莱氏体钢.它具有优良的淬透性和耐磨性,但韧性较差,多用于小动载条件又要求高耐磨或形状简单的拉伸模和冲裁模,在正确设计的情况下可以冲压厚度小于6mm的钢板.Crl2MoV和Crl2Mo1V1的ωC降至1.45%～1.70%和1.40%～1.60%.它们有相似的性能和较好的淬透性,在保持Crl2钢优点的基础上,其韧性得以改善,具有一定的热硬性,在用于对韧性不足而易于开裂、崩刃的模具上,已取代Crl2钢；若要求具有好的抗回火稳定性时,则宜选择钼和钒质量分数较高的Crl2Mo1V1钢.

高碳高铬型钢是一种莱氏体钢,锻造与预备热处理方式与高速钢相似,退火后的硬度低于255HBW（见表1）.

2常用冷作模具钢的热处理方法

2.1碳素工具钢和低合金工具钢的热处理方法

热处理工艺包括球化退火、淬火与低温回火.由于模具尺寸大、精度要求高,为增加淬透层深度,适当提高淬火温度,延长保温时间.加热温度一般提高10～30℃.采用缓慢升温或分级预热,以防变形.变形要求严格,厚度<35mm碳素钢模具和厚度>35mm的低合金模具钢,可采用碱液分级淬火.

2.2高铬和中铬冷作模具钢的热处理方法（1）一次硬化法：采用较低的温度淬火,再低温回火.Crl2MoV钢导热性差,淬火前通常进行两次预热.温度分别为：400～500℃和800～850℃,淬火温度为：1030～1050℃.Crl2钢只采用一次硬化法,淬火温度为950～980℃,回火温度为180～200℃,保温时间为2～3h.一次硬化处理使钢具有高的硬度和耐磨性,较小的热处理变形.大多数Crl2钢制冷作模具均使用此工艺.

（2）二次硬化法：高温下淬火,再多次高温回火,使残余奥氏体转变为马氏体,达到二次硬化.Crl2MoV钢的淬火温度为1080～1120℃,回火温度为500～520℃,每次1h,回火次数为3～4次.这样能获得高硬度和高热硬性,但韧性降低,尺寸会涨大.

（3）中铬模具钢是针对Crl2型高铬模具钢中碳化物多而粗大,且分布不均匀的缺点发展起来的钢种.典型的牌号有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MolV,其中Cr4W2MoV使用较多.此类钢的ωC进一步降至1.0%～1.25%,突出的优点是形成的碳化物细小且呈均匀分布状态,韧性明显改善,热处理变形小,综合力学性能较佳.可用于代替Crl2型钢制造易崩刃、开裂与折断的冷作模具,其寿命大幅度提高.

（4）Cr6WV钢的淬火温度为960～980℃,热油淬火.由于这种钢的淬火开裂倾向比高碳高铬钢大,所以在热处理时应注意预热和热介质淬火,并及时回火.回火温度在160～200℃,保温时间为1.5～3h.

2.3基体钢和低碳高速钢类冷作模具钢热处理方法

对要求高耐磨性的模具（如某些冷挤压的冲头）也有采用高速钢来制造的,为提高它的韧性而研究发展了基体钢,基体钢晶碳化物数量少且细小均匀,韧性也相对提高了.近年来研制的基体钢是以W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2钢的基体成分为基础发展改性的.其中含镍基体钢6Cr4Mo3Ni2WV的强度和断裂韧度都较高,但其热加工时易产生内裂而报废,生产成本高.含钛基体钢中6W8Cr4VTi有较高的硬度、强度和高温性能以及回火稳定性,多用于冷冲切边模具等.而6Cr5Mo3W2VSiTi则相对有较好的强韧性,多用于承受冲击载荷较大的冷挤压冷冲压模具.6Cr4W3Mo2VNb和6W6Mo5Cr4V钢有较好的加工工艺性、高强度及较好的韧性,且耐磨性也好,一般多用于要求高强韧性的冷挤压模和冷冲模.基体钢具有更加优良的强韧性,不仅可用做冷作模具钢,也可用做热作模具钢.由于低碳高速钢（如6W6Mo5Cr4V等）碳质量分数或合金元素质量分数下降,碳化物数量减少且均匀性提高,使钢的强韧性明显改善,常用于高冲击载荷下要求耐磨损的模具（见表2）.

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[责任编辑：王静]