冲裁模模具钢的研究

1、冲裁模模具钢的研究1 冲裁模模具钢组织的强化机理在冲裁板件时，由于单位负荷较大（ 200MPa）、被冲裁材 料的应力状态较复杂，在分离过程中模具切削刃的发热温度较高 （200），故冲裁模的耐用度在大多数情况不能满足板料冲压生产 的要求。为提高冲裁模的耐用度，研制了三种新型模具钢。它是通过 提高模具钢内的碳化物相数量和改变其类型， 达到最大提高冲裁模耐 用度的。但是， 因提高了碳化物的不均匀性，这时模具钢的机械性能 可能变坏，因此，必须在模具钢内同时添加某些活性元素，例如，钒 和钼可改善组织内各元素的分布， 并且可提高模具钢的物理机械性能 和使用性能。 钼可部分替换碳化物内的铬原子， 而钒可减小

2、合金渗碳 体的总量，从而可促使显著减小模具钢微体积内的化学成分和碳化物 的不均匀性。形成的碳化物 M7C3与显著数量的铬（达 8 9）有关系， 从而常降低合金化的效果。 为排除这种现象，在钢内必须添加 0.4 0.8 Ti ，从而可减小 固溶体内的含碳量， 提高马氏体转变点的温 度，并可促使减少组织内的残余奥氏体数量 （达 710）。此外 , 减小含碳量可促使获得韧性较好的母体， 并可导致提高应力源内的松 弛程度，这对模具钢工作过程甚为重要。在用形成碳化物的活性元素( Mo， V，Ti 等)合理的合金化 基础上，研制了有效的组织强化机理。 它可保证改善模具钢的综合性 能，部分减小钢内碳化物成因

3、的化学成分不均匀性， 并可排除或难于 使铬原子从固溶体内转移到碳化物中。上述元素的难熔碳化物在淬火温度 t 淬 10401080时未 溶解，可保证奥氏体保持较细晶粒， 从而有较高的抗脆性破坏水平和 抗弯强度水平。此外，在 r 转变时增加最分散的 MC类型碳化物 的体积份额， 可提高马氏体形核中心的数量， 从而同样促使马氏体转 变温度 M始、 M终的提高和晶粒的细化，并使模具在使用时其切削刃 的金属难于流动，从而提高模具的耐磨性。马氏体转变的开始温度 M始和终了温度 M终与模具钢成分和 淬火温度的变化曲线2 冲裁模模具钢的化学成分已确定,在含 612Cr的模具钢内,活性元素特别是Ti( 达0.7

4、%)，与 Mn、Cr和 Mo最佳结合，可促使形成较高质量的组 织相，并可提高模具钢的强度( b3400MPa 3600MPa)，耐磨性 和耐热性 (t 450500) 。含 0。2%0。9%钼，可抑制分散的脆性 颗粒沿马氏体晶界析出， 并可明显提高模具钢在淬火和回火后的冲击 韧性。钒与钛可细化晶粒提高模具钢的耐磨性。钒与钼、硅可保证模 具钢各种性能的满意结合， 而在添加钛时可提高它们对耐磨性影响的 效果。用形成碳化物的活性元素合金化的高铬对淬火时过热的敏感性较小， 保证细晶粒的淬水温度区域被显著扩大， 从而可建立碳化铬 和其它元素在奥氏体内较大溶解的条件。统计处理铬的分布数据表明，添加钛可促使

5、扩大铬在固溶体 内的浓度区间， 并使其右移， 从而证明用形成碳化物过程中获自由的 铬，可提高模具钢金属母体的合金度。淬火后铬的分布区间 1.Crl2MoV 钢 2.Cr5V3SiTi 钢3.Cr12MOSiMi钢 4.Cr3MnVTi 钢 n.Cr 的分布频率 在上述研究的基 础上, 研制出三种冲裁模模具钢的合理化学成分，列于表 1。表1 冲裁模模具钢的化学成分 钢 化学元素含量(%)钢化学元素含量 (%)CMnSiCrMoVTiCr3MnVTi1.151.251.01.20.450.522.83.40.2 0.31.01.20.550.0Cr5V3SiTi1.751.850.80.91.24

6、.65.40.2 0.42.33.20.40.7Cr12MoSiTi1.751.850.30.60.71.04412.50.650.950.30.50.40.73 新型模具钢的机械性能已确定，在含铬量 3以上的模具内，形成碳化物较活性的 元素与锰、 铬和钼最佳结合， 可提高模具钢在热处理后的强度和耐磨 性，见表 2。表 2 热处理最佳规范和模具钢的机械性能钢温度(oC)硬度 (HRC)抗弯强度 极限 (MPa)冲击韧性(MJ/m3)淬火回火Crl2MoV100010202002206162270029000.350.4Cr3MnVTi98010001802006163320037000.350

7、.45Cr5V3SiTi102010602202406163350037000.50.6Crl2MoSiTi104010802202406163340036000.450.55所研究的模具钢在传统淬火后的组织，由马氏体、残余奥氏 A 残 和碳化物 MC所组成(见表 3)。当不能保证所需的临界冷却温度情 况，同样可能形成下贝氏体类型的组织。回火到工作硬度6062HRC，将导致残余奥氏体的部分分解和碳化物相含量的增加。淬火和回火， 组织的各组元之间关系主要取决于模具钢的化学万分和其热处理规 范。表 3 模具钢内组织的各组元数量 ( %) 钢 退火 淬火 回 火 马氏体内的含碳量MCMCA残MCA残

8、碳量CrMnVTi141610148121015680.240.29Cr5V3SiTi18231418152215195100.250.30Crl2MoSiTi16221216118241317570.230.28已确定, 阻碍碳化物对钢内实际奥氏体晶粒长大作用的温度区间 为 1000-1200oC。实际奥氏体的晶粒大小将显著影响到马氏体的分散 性和在淬火和回火状态下模具钢的机械性能。 由于存在碳化钛、碳 化钒和二次碳代铬，故在淬火和回火后被研究钢内的碳你物相较 Crl2MoV 钢内的分散，见表 4。表 4 模具钢内碳化物颗粒的数量钢碳化物数量（个）碳化 物总 量 （个）碳化 物的 体积 （%

9、）碳化物颗粒的尺（ m)10Crl2MoV1502586597312286427371016.6Cr3MnVTi139770252513210363292212.0Cr5VSiTi234678729226412676389118.8Crl2MoSiTi2513804308204233133416220.9注:该数据是当每个视场面积为 0.25mm2时按 10个视场的平 均值得出的。从表4中可同，在Cr5V3SiTi 钢和 Crl2MoSiTi 钢中，碳化物 含量较传统模具钢 Crl2MoV 内的多。在 Crl2MoV 钢内的细小碳化物数 量（尺寸 6m以下）占碳化物总量的 72.4%，而在 Cr3MnVTi 钢、 Cr5V3SiTi 钢和 Crl2MoSiTi 钢内的碳化物数量分别占 89.8%，88.02%， 87.1%。这与表 2 内获得的机械性能很吻合，亦与表 5内的模具钢的 耐磨性试验结果和抗压塑性变形的试验结果相吻合。表