常用模具钢介绍

我国合金工具钢的产量已居世界前列,其中合金模具钢约为10万吨。我国模具工业每年消耗模具材料合计为30万~40万吨,其中合金模具钢为13万~15万吨。
我国目前模具钢的品种少质量低,表现在一般质量的模具钢材多,高质量的模具钢材少,相当部分要求高的模具钢都需要经过真空精炼和电渣重熔,以保证钢材的高纯净度、高致密度、高等向性,而我国通过电渣重熔的模具钢所占的份额很小。黑皮圆棒材多,扁钢、精料,以及经过预硬化的材料、制品、标准件少。我国模具钢市场80%左右是黑皮圆棒材,用户拿到材料以后还要自己改锻改制,材料利用率低,生产周期长,不能适应模具制造业的需要。
在模具制造的成本中,材料费用往往只占模具成本的20%左右,因此对于要求较高的长寿命模具,在选用模具材料时往往需精益求精,例如采用碳化物不均匀度为5~6级的Cr12MoV钢制造搓丝模,使用寿命往往不足1万件;而采用碳化物不均匀度为1级的优质Cr12MoV钢制造搓丝模,使用寿命可达几万件甚至几十万件。由于国产模具材料不能xx适应模具制造业的需要,很多高性能、长寿命、交货日期紧迫的模具仍不得不采用进口的模具材料。如海尔集团每年所需的模具钢、其中90%是从瑞典、德国、日本进口的,主要是进口经过预硬处理的高质量塑料模具钢和热作模具钢,如从瑞典进口的718钢(3Cr2NiMo)、618钢(3Cr2Mo)和8407钢(4Cr5MoSiV1),从日本进口的SKD11(Cr12MoV)冷作模具钢等。进口材料的价格很高,比国产材料的价格高3~5倍。 以下介绍几种常用的模具钢,供参考。
1. 7Cr7Mo3V2Si
7Cr7Mo3V2Si简称LD钢,是一种高强韧性冷作模具钢,与Cr12型冷作模具钢和W6Mo5Cr4V2高速钢比具有更高的强度和韧性,而且有较好的耐磨性适宜制造承受高负荷的冷挤、冷镦、冷冲模具。
始锻温度:1120℃ 终锻温度:≥850℃,反复镦拔xx带状组织,锻后缓冷并立即进行球化退火。等温球化退火工艺:860℃,保温3小时冷到740℃等温4小时,炉冷到500℃出炉。退火后硬度212HBS,组织:小球状珠光体+共晶碳化物。
模具淬火温度:1140℃,550℃回火90min. 然后经过QPQ处理,心部硬度保持61-63HRC,表面硬度更高,有较好的强韧性。
2. Cr12Mo1V1(美国牌号D2)
Cr12Mo1V1是国际上较广泛采用的高碳高铬冷作模具钢,属莱氏体钢,具有高淬透性、淬硬性、高的耐磨性;高温抗氧化性能好,淬火和抛光后抗锈蚀能力好,热处理变形小;适宜制造高精度、长寿命的冷作模具、刃具和量具,例如外形复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚丝轮、搓丝板、冷剪切刀和精密量具等。化学成分见GB/T1299-2000。

C Si Mn P S Cr Mo V Co
1.40-1.60 ≤0.60 ≤0.60 ≤0.03 ≤0.03 11.00-13.00 0.70-1.20 ≤1.10 ≤1.00

该钢可以采用二种淬火温度。
(1) 采用较低的淬火温度 950-1040℃ 180-230℃低温回火 硬度60-64HRC
(2) 采用较高的淬火温度 1050-1100℃ 510-540℃高温回火2次 硬度60-64HRC 经QPQ处理,效果更佳。
3.DC53-日本大同特钢公司生产
  特点:
(1)、 热处理后硬度高于SKD11,高温(520-530℃)回火后可达62-63HRC高硬度,在强度和耐磨性方面超过SKD11。
(2)、 韧性度是SKD11的两倍。DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出,因此,用DC53制造的很少出现裂纹和崩裂,大大提高了使用寿命。
(3)、 线切割加工后的残余应力,经高温回火减少了残余应力。因此,大型模具和要求精密之模具在线切割加工后的裂纹和变形得到抑制。
(4)、 切削性和研磨性超过SKD11。DC53的切削性和研磨性优于SKD11。因此,使用DC53可增加模具寿命和减少加工工序。
  用途:
(1)、 精密冲压模:线切割加工的精密冲裁及各种用途冲压模;
(2)、 难加工材料的塑性变形用具。冷锻、深拉和搓线用模;
(3)、 其他。高速冲裁冲头,不锈钢板冲头。
  热处理:DC53是对SKD11进行改良的新型冷作模具钢,其技术规格载于日本工业标准(JIS)G4404。它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点,将在通用及精密模具领域全面取代SKD11。
经QPQ处理效果更好。
4. 4Cr5MoSiV1
我国的4Cr5MoSiV1与美国的H13钢相近。世界各工业国家的工具钢标准中几乎都有类似的钢号。目前,在我国模具钢材市场上除国产的4Cr5MoSiV1外,外国的有日本的SKD61,瑞典(ASSAB)8407,德国的X40CrMoV5-1、韩国的STD-61及他们的改进型,虽然有各自国家的牌号,但都以H13钢号出现。
该类钢属热作模具钢,由于冶炼技术的差异,质量差距大,但经QPQ处理均能获得较为理想的效果。
5. 5Cr2NiMoVSi
5Cr2NiMoVSi钢是比5CrNiMo更好的热锻模钢,其冶炼和加工均按特级优质钢(即“E”钢)处理。其常规热处理工艺为600-650℃预热,970-980℃奥氏体化,油冷到约650-700℃转人300-350℃回火炉等温3-4h,回火温度取670-680℃,保温4-5h,回火两次,空冷即可,硬度40-44HRC。模具{zh1}经QPQ处理可提高耐热疲惫强度,降低摩擦系数,延长模具寿命。
6. 3Cr2W8V
3Cr2W8V钢是典型热强钢型热作模具钢,应用日久且极为广泛。缺点是导热性差,易开裂,塑性、韧度、热疲惫性能均有所下降。目前3Cr2W8V应用日少,为新型的热强型热作模具钢所代替,如3Cr3Mo3W2V,4Cr3Mo3SiV,5Cr4W5Mo2V,5Cr4Mo3SiMnVAl以及ASSAB的QRO45,美国的H19等。以上钢制模具热处理后再经QPQ处理,可提高抗热疲惫能力、抗氧化能力,大幅度提高模具寿命。



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