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衝裁模模具鋼的研究

更新時間:2008-9-1 16:13:06 文章來源:互聯網 點擊:

1 衝裁模模具鋼組織的強化機理

    在衝裁板件時,由於單位負荷較大(≥200MPa)、被衝裁材料的應力狀態較複雜,在分離過程中模具切削刃的發熱溫度較高(200℃),故衝裁模的耐用度在大多數情況不能滿足板料衝壓生產的要求。

    為提高衝裁模的耐用度,研製了三種新型模具鋼。它是通過提高模具鋼內的碳化物相數量和改變其類型,達到最大提高衝裁模耐用度的。但是,因提高了碳化物的不均勻性,這時模具鋼的機械性能可能變壞,因此,必須在模具鋼內同時添加某些活性元素,例如,釩和鉬可改善組織內各元素的分布,並且可提高模具鋼的物理機械性能和使用性能。鉬可部分替換碳化物內的鉻原子,而釩可減小合金滲碳體的總量,從而可促使顯著減小模具鋼微體積內的化學成分和碳化物的不均勻性。

    形成的碳化物M7C3與顯著數量的鉻(達8%~9%)有關係,從而常降低合金化的效果。為排除這種現象,在鋼內必須添加0.4%~0.8%Ti,從而可減小α固溶體內的含碳量,提高馬氏體轉變點的溫度,並可促使減少組織內的殘餘奧氏體數量(達7%~10%)。此外,減小含碳量可促使獲得韌性較好的母體,並可導致提高應力源內的鬆弛程度,這對模具鋼工作過程甚為重要。

    在用形成碳化物的活性元素(Mo,V,Ti等)合理的合金化基礎上,研製了有效的組織強化機理。它可保證改善模具鋼的綜合性能,部分減小鋼內碳化物成因的化學成分不均勻性,並可排除或難於使鉻原子從固溶體內轉移到碳化物中。

    上述元素的難熔碳化物在淬火溫度t淬=1040~1080℃時未溶解,可保證奧氏體保持較細晶粒,從而有較高的抗脆性破壞水平和抗彎強度水平。此外,在r→α轉變時增加最分散的MC類型碳化物的體積份額,可提高馬氏體形核中心的數量,從而同樣促使馬氏體轉變溫度M始、M終的提高和晶粒的細化,並使模具在使用時其切削刃的金屬難於流動,從而提高模具的耐磨性。

    馬氏體轉變的開始溫度M始和終了溫度M終與模具鋼成分和淬火溫度的變化曲線

    2 衝裁模模具鋼的化學成分

    已確定,在含6%~12%Cr的模具鋼內,活性元素特別是Ti(達0.7%),與Mn、Cr和Mo最佳結合,可促使形成較高質量的組織相,並可提高模具鋼的強度(σb≥3400MPa~3600MPa),耐磨性和耐熱性(t≥450~500℃)。含0。2%~0。9%鉬,可抑製分散的脆性顆粒沿馬氏體晶界析出,並可明顯提高模具鋼在淬火和回火後的衝擊韌性。釩與鈦可細化晶粒提高模具鋼的耐磨性。釩與鉬、矽可保證模具鋼各種性能的滿意結合,而在添加鈦時可提高它們對耐磨性影響的效果。

    用形成碳化物的活性元素合金化的高鉻對淬火時過熱的敏感性較小,保證細晶粒的淬水溫度區域被顯著擴大,從而可建立碳化鉻和其它元素在奧氏體內較大溶解的條件。

    統計處理鉻的分布數據表明,添加鈦可促使擴大鉻在固溶體內的濃度區間,並使其右移,從而證明用形成碳化物過程中獲自由的鉻,可提高模具鋼金屬母體的合金度。

    淬火後鉻的分布區間 1.Crl2MoV鋼 2.Cr5V3SiTi鋼 3.Cr12MOSiMi鋼 4.Cr3MnVTi鋼 n.Cr的分布頻率 在上述研究的基礎上,研製出三種衝裁模模具鋼的合理化學成分,列於表1。

    表1 衝裁模模具鋼的化學成分  鋼 化學元素含量(%)
   

化學元素含量(%)

C

Mn

Si

Cr

Mo

V

Ti

Cr3MnVTi

1.151.25

1.01.2

0.450.52

2.83.4

0.20.3

1.01.2

0.550.08

Cr5V3SiTi

1.751.85

0.8

0.91.2

4.65.4

0.20.4

2.33.2

0.40.7

Cr12MoSiTi

1.751.85

0.30.6

0.71.0

4412.5

0.650.95

0.30.5

0.40.7

    3 新型模具鋼的機械性能  

    已確定,在含鉻量3%以上的模具內,形成碳化物較活性的元素與錳、鉻和鉬最佳結合,可提高模具鋼在熱處理後的強度和耐磨性,見表2。

    表2 熱處理最佳規範和模具鋼的機械性能 
   

 

溫度(oC)

硬度(HRC)

抗彎強度
極限(MPa)

衝擊韌性
(MJ/m3)

淬火

回火

Crl2MoV

1000~1020

200~220

61~62

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