我國模具材料與模具熱處理研究進展

時間：2013-04-23 17:59:28 來源：武漢華中科技大學模具技術與成形模擬國家重點實驗室作者：崔崑

崔崑

武漢華中科技大學模具技術與成形模擬國家重點實驗室

五十年代，我國模具用鋼全部因襲國外鋼號。進入六十年代，為了節約原材料和提高毛坯精度，少無切削工藝和精密成形技術有了迅速的發展，為了提高生產效率，采用了許多高效壓力加工設備，鍛錘逐漸被壓力機替代。原用模具鋼的性能常不能滿足服役條件對性能的高要求，影響了模具的使用壽命和壓力加工新工藝新設備的推廣應用。七十年代末，精密及大型工程塑料制品的使用日益廣泛，對塑料模具用鋼的需求量急劇增加，對塑料模具鋼的性能也提出了新的要求，而我國當時尚無塑料模具專用鋼。

六十年代以來，在國家有關部委的支持下，中國科技工作者結合國情，開發出不少新模具鋼，其中一些使用性能優異、工藝性能也比較好的新鋼種受到模具制造和使用單位的歡迎。在此期間也引進了一些國外通用的鋼號，其中有些鋼號通過生產試用，取得良好的效果[1]。對一些使用效果較好的冷作模具鋼和熱作模具鋼，有關部門還分別組織了性能對比試驗研究，提出了選擇和應用的建[2，3]議。為滿足高耐磨、長壽命模具的需要，五十年代末，我國硬質合金有了迅速的發展，同時也開發了多種鋼結硬質合金，用做模具取得良好的效果。

本文分為冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼、硬質合金和鋼結硬質合金、模具熱處理、展望和建議六部份論述。

1 冷作模具鋼

目前我國常用的冷作模具鋼仍是低合金工具鋼CrWMn和高碳高鉻工具鋼Cr12MoV及Cr12這些老的鋼號。CrWMn鋼有適當的淬透性和耐磨性，熱處理變形小，但CrWMn鋼鍛后需較嚴格地控制冷速，并采用適當的熱處理，使碳化物呈均勻細小的粒狀，分布于基體上，否則易形成網狀碳化物，導致模具在使用中的崩刃和開裂。高碳高鉻工具鋼有高的耐磨性，但其碳化物偏析較嚴重，導致變形的方向性和強韌性的降低。通過反復鐓撥可在一定程度上改善其偏析程度。

1981年，我國引入國際通用的高碳高鉻工具鋼D2(Cr12Mo1V1)。和Cr12MoV鋼相比，D2鋼的碳化物偏析較之Cr12MoV略有改善，強度與韌性稍有提高，D2鋼制作的模具，其使用壽命亦有不同程度的提高[4]。高速鋼（主要是W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V）有更高的耐磨性和強度，常用于制作模具，但其韌性不能滿足復雜大型和受沖擊負荷大的模具的需要。

為了改善這類鋼的強韌性，我國開發了一些新的冷作模具鋼，如：

1.1 低合金冷作模具鋼

這類鋼的主要特點是工藝性好，淬火溫度低，熱處理變形小，強韌性好，并具有適當的耐磨性。如GD(6CrMnNiMoVSi)、7CrSiMnMoV（簡稱CH）、DS鋼等。GD鋼用于制作易崩刃、斷裂的冷沖模具有高的使用壽命[5]。CH鋼的成分與日本的SX105V鋼相同，是一種火焰淬火鋼，常用于制做汽車等生產線上用的模具零件，火焰淬火時加熱模具刃口切料面，硬化層下又有一個高韌性的基體做襯墊，從而使模具獲得較高的使用壽命[3[。DS鋼是一種沖擊冷作模具鋼，其沖擊韌性顯著優于常用的高韌性刀片用工具鋼6CrW2Si[6]。

1.2 基體鋼

基體鋼一般指其成分與高速鋼淬火組織中基體化學成分相同的鋼。美國、日本在七十年代初即研究過牌號為Vasco MA、Vasco Matrix I和MOD2的基體鋼，相當于M2和M36高速鋼的基體，但未得到廣泛的使用。我國研制了一些基體鋼，如65Cr4W3Mo2VNb（簡稱65Nb）、65W8Cr4VTi（簡稱LM1）65Cr5Mo3W2VSiTi（簡稱LM2）鋼等。這些基體鋼的主要特點是其含碳量稍高于基體的含碳量，以增加一次碳化物量和提高耐磨性，還加入少量的強碳化物形成元素鈮或鈦，以形成比較穩定的碳化物，阻止淬火加熱時晶粒的長大并改善鋼的工藝性能。這類基體鋼已較廣泛地用于制作冷擠壓、厚板冷沖、冷鐓等模具，特別適于難變形材料用的大型復雜模具，還可用做黑色金屬的溫熱擠壓模具[7]。

1.3 韌性較高的耐磨冷作模具鋼

為了改善Cr12型冷作模具鋼的碳化物偏析，提高其韌性，并進一步增加鋼的耐磨性，我國做了大量的研究工作，開發出不少新的鋼種，如 LD[8]、ER5[9]和GM[10]鋼等。在這些鋼中，適當降低了鉻含量以改善碳化物偏析，增加鎢、鉬和釩的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性。與Cr12型冷作模具鋼比較，這類鋼的碳化物偏析有所改善，有較高的韌性。這類鋼比Cr12型冷作模具鋼有更好的耐磨性，因而制做的模具有更高的壽命，更適于高速沖床和多工位沖床的使用。