高耐磨微變形冷作模具鋼及熱處理
高耐磨微變形冷變形模具鋼以Cr12MoV型為代表，這是國內(nèi)外最廣泛采用的高性能冷變形模具鋼。Cr12MoV是改進Cr12鋼，碳含量過高，造成嚴重的大塊狀碳化物不均勻的缺點。Cr12Mov鋼的特點是具有高的耐磨性、淬透性，是微變形冷沖裁模，冷鐓模的主要材料目前一般工廠中仍廣泛使用Cr12鋼，改材料具有高的硬度，高耐磨性，高淬透性，尤其是熱處理后變形微小，鉗加工時銼削性能好，在用于沖裁成型模、拉伸模等模具上仍獲得廣泛使用。但Cr12材料得嚴重碳化物不均勻和形成大塊狀碳化物得分布，成為模具在使用中造成崩韌、開裂、折斷過早失效得根源。根據(jù)作者的實踐經(jīng)驗，如一些落料沖模具使用貝氏體和殘奧加碳化物的混合組織，使用壽命將有明顯提高。
高耐磨微變形冷變形模具鋼的共同特點：高淬透性、微變形、高耐磨性、高熱穩(wěn)定性(Cr2Mn2SiWMoV鋼除外)、高的抗壓強度(僅次于高速鋼)。
高耐磨微變形冷變形模具鋼的應用：制造冷沖裁模、冷鐓模、螺紋搓絲板的主要材料，其消耗量在冷作模具鋼中居于首位。
典型鋼種：Cr12、Cr12MoV、Cr4W2MoV、Cr12Mo1V1（D2）、9Cr6W3Mo2V2(GM)。
㈠Cr12 系列鋼
⒈特點：應用廣泛，含有較高的C和Cr，少量的Mo和V，故在使用狀態(tài)下具有高硬度和高耐磨性
⒉鍛造工藝及實際操作：萊氏體鋼，鑄態(tài)時存在魚骨狀共晶碳化物，經(jīng)軋制后仍殘留明顯的帶狀和網(wǎng)狀碳化物受且嚴重偏析，對淬火變形、開裂、力學性能及模具壽命影響極大。因此必須進行鍛造以改善碳化物的不均勻性，提高強韌性；同時在模具中形成合理的流線排列，促使各方向淬火變形趨勢一致。該類鋼屬于高碳高合金鋼，導熱性差，塑性低，變形抗力大，鍛造溫度范圍窄，組織缺陷嚴重，鍛造性能差。合理的鍛造工藝：預熱溫度750~850℃，加熱1050~1100℃，始鍛溫度為1000~1050℃，終鍛溫度為850~900℃，鍛后緩冷
⒊鍛后退火：本組鋼鍛造后的硬度大約在550HBW左右，在室溫下長期停留會發(fā)生開裂而報廢。為消除內(nèi)應力和便于以后的切削加工，必須及時進行退火。Crl2系鋼退火時可采用普通退火，但最好采用等溫退火，退火組織為S+合金碳化物。
⒋熱處理工藝：
⑴淬火：淬火溫度范圍很寬，并可以在較大范圍內(nèi)改變Ms點的位置，從而改變奧氏體的含量。通常淬火溫度為950~1050℃，奧氏體中溶入4~5%的Cr，鋼的淬透性高；在1000~1075℃淬火，可以獲得較好的力學性能
⑵回火：回火對Cr12型鋼和力學性能有很大的影響，其回火后的硬度及殘余奧氏體量與回火溫度和淬火加熱溫度有關。①高溫淬火(1130℃)后的回火，在約520℃出現(xiàn)二次硬化峰，可獲得較高的硬度及抗壓強度，但韌性太差。②低溫淬火后進行低溫回火，可獲得高的硬度及較高的韌性，但抗壓強度較低。
Cr12MoV三種熱處理工藝比較：
⑴低淬低回工藝：淬火加熱溫度950~1000℃，回火溫度200℃，可獲得高的硬度和韌性，但抗壓強度較低
⑵中淬中回工藝：淬火加熱溫度1030℃，回火溫度400℃，可獲得最好的強韌性，較高的斷裂抗力
⑶高淬高回工藝：淬火加熱溫度1080~1100℃，回火溫度500~520℃，可獲得良好的熱硬性，其耐磨性、硬度也較高，但抗壓強度和斷裂韌度較低。故在生產(chǎn)中要采用何種工藝，應根據(jù)具體情況而定
⒌應用范圍  Crl2型鋼是冷作模具鋼中應用范圍最廣、數(shù)量最大的冷作模具鋼，廣泛用來制造形狀復雜的重載冷作模具，臺切邊模、落料模、拉絲模等，但由于Crl2型鋼中有大塊共晶碳化物及較嚴重的網(wǎng)狀碳化物，鋼的脆性傾向大，因而限制了其應用范圍。
Cr12Mo1V1鋼(簡稱D2)是仿美 國ASTM標準中的D2鋼而引進的新鋼號，D2鋼與Cr12MoV鋼力學性能對比：由于鋼中Mo、V含量增加，改善了鋼的鑄造組織，細化了晶粒，改善了碳化物形貌，因而D2鋼的強韌性(抗彎強度、撓度、沖擊韌度等)較Crl2MoV鋼高，耐磨性也有所增加。
D2鋼的應用：D2鋼綜合性能優(yōu)于Crl2MoV，模具壽命較Crl2MoV鋼模具壽命有所提高，但鍛造性能、熱塑成型性稍差，用于制造大型復雜的冷作模具，如冷剪切刀、切邊模、滾邊模等。
GM鋼：
㈡9Cr6W3Mo2V2(GaoMo,GM)高耐磨鋼
⑴對沖裁及冷擠壓成形模，國內(nèi)仍廣泛使用Crl2型工具鋼，使用中不僅強韌性差，耐磨性也較差。為提高耐磨性有時用高速鋼，但因其韌性較低常發(fā)生斷裂及崩刃。
⑵高硬度冷作模具鋼9Cr6W3Mo2V2(GM鋼)是萊氏體鋼，含有多種碳化物形成元素，晶粒細小，碳化物彌散均勻分布，具有最佳的強韌性和耐磨性配合同時兼有良好的冷、熱加工性。
GM工藝性能：①鍛造工藝：加熱溫度1100-1150ºC，始鍛溫度1100ºC，終鍛溫度850-900ºC。鍛前加熱要緩慢進行，充分熱透錘擊時嚴格按“輕、重、輕”法操作，并嚴格控制變形量，不允許冷錘鍛造，鍛后緩冷并及時退火。②退火：模具毛坯則采用等溫球化退火工藝。通常要求盡可能降低硬度，但也要考慮生產(chǎn)效率。③淬火及回火：淬火溫度1080~1120ºC，硬度64-66HRC。回火溫度540~560ºC，回火兩次。鋼淬火及回火溫度對GM鋼奧氏體晶粒度、殘余奧氏體量的影響：
①GM鋼在較寬的奧氏體化溫度范圍內(nèi)仍保持較細的晶粒，末溶碳化物量少且尺寸細小，分布均勻。
②GM鋼淬火、回火后的殘余奧氏體明顯少于Crl2MoV鋼。
③鋼的二次硬化能力和回火穩(wěn)定性顯著高于Cr12MoV鋼，而且硬化峰值在較寬的回火溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)。
力學性能：由于合金元素與碳的配比適當，具有高的二次硬化能力，1120~1140ºC淬火，540ºC二次回火后，硬度可達64~66HRC，保證了優(yōu)異的耐磨性能。如采用1070ºC淬火，150ºC二次回火低淬低回工藝，GM鋼的硬度有所下降，約62~63HRC，但鋼的強韌性和耐磨性進一步提高。應用：用于高速沖床的多工位級進模等精密模具、高強度螺栓滾絲輪、切邊模、拉深模等模具壽命成倍提高，是較理想的精密、耐磨冷作模具鋼。在標準件、電器儀表和電機行業(yè)都有廣泛應用。
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