冷變形加工基本概念

在再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工過(guò)程稱為冷變形加工

1)高硬度和高強(qiáng)度，以保證在承受高應(yīng)力時(shí)不容易產(chǎn)生微量塑性變形或破壞。

2)高的耐磨性能，在高的磨損條件下能保證模具的尺寸精度，這點(diǎn)對(duì)拉伸模和冷沖壓模顯得更加重要。

3)足夠的韌性，以便在沖擊載荷和動(dòng)載荷下，不易發(fā)生工作韌的剝落或崩潰。

4)熱處理變形要小，因大多數(shù)模具具有復(fù)雜的型腔和精確精度，熱處理的變形很難用修磨加工來(lái)消除，此外有些冷變形模具還應(yīng)有足夠的耐熱性能。如何合理的選擇冷變形模具的材料和恰當(dāng)?shù)臒崽幚硎侄危蕴岣吣＞叩氖褂脡勖巧a(chǎn)中最為關(guān)心的問(wèn)題，作為冷變形模具的正常失效應(yīng)該是磨損、微量的塑性變形和疲勞失效。但在實(shí)際生產(chǎn)中，除磨損失效外，而以崩韌折斷、開(kāi)裂等提前失效，屢見(jiàn)不鮮。眾所周知，影響冷變形模具的使用壽命是一個(gè)綜合的因素;原材料選擇的合理性、原材料內(nèi)部的冶金質(zhì)量、設(shè)計(jì)和制造工藝的合理性、使用條件和操作工人的技術(shù)水平等。但其中模具材料的選用和相應(yīng)的熱處理工藝應(yīng)是重要因素，本文將從選材和熱處理工藝作簡(jiǎn)要說(shuō)明，以起拋磚引玉的作用。

1.冷變形加工模具鋼的選材應(yīng)考慮以下因素:

1)模具的工作條件，包括設(shè)備種類、加工頻率、被加工的材質(zhì)、潤(rùn)滑及環(huán)境等;

2)模具形態(tài)的復(fù)雜程度及加工程序;

3)產(chǎn)品的生產(chǎn)批量及技術(shù)要求;

4)模具材料來(lái)源的難易及加工條件，大型模具的材料費(fèi)用往往占模具成本的50%以上，對(duì)于形態(tài)復(fù)雜、精度要求高的模具，宜選用淬火變形小的模具鋼。

根據(jù)實(shí)際使用，常用的冷變形模具鋼有低淬透性鋼、低變形鋼、微變形鋼、高強(qiáng)度鋼、高韌性鋼、抗沖擊冷變形模具鋼。

2、各類冷變形模具鋼的特點(diǎn)和相應(yīng)的處理工藝

2.1低淬透性冷變形模具鋼

這類鋼以碳素工具鋼尤以高碳絡(luò)鋼GCr15和9Cr2Mo等為主:其中以GCr15軸承鋼和9Cr2Mo來(lái)制作各種成型軋輪和制作冷軋輥為代表，GCr15鋼具有良好的耐磨性，但淬透性差，淬火變形大，作為小型冷軋輥(φ≤200m/m)可采用整體加熱或整體高溫900-950℃快速加熱，淬火冷卻用鹽水→油，控制工件在鹽水中的冷卻時(shí)間而后經(jīng)200-220℃回火，輥表面硬度控制在Rc60-62之間，能獲得較高的使用壽命，如硬度Rc≥62以上易造成輥表面在軋制時(shí)產(chǎn)生表面剝落，用GCr15所制的各種成型軋輪可用堿浴等溫淬火或用二硝、三硝溶液淬火，控制在溶液中的冷卻時(shí)間，取出空冷或油冷能使軋輪獲得表面高硬度變形小的效果。

隨著加工工業(yè)的發(fā)展，材料改制工業(yè)大量的發(fā)展，相應(yīng)的各種高速多輥軋用鋼9Cr2Mo何德國(guó)軋輥鋼86CrMoV7有必要在工業(yè)方法上要有新的突破，要在強(qiáng)韌化處理上作文章，在采用新的軋輥用鋼也要有新的突破。目前在高速軋機(jī)的工作輥何傳動(dòng)輥有采用D2(Cr12MOv;Cr12Movco)和5H12(5Cr5MovSi)等。作者認(rèn)為要根據(jù)接觸擠壓疲勞應(yīng)力和摩擦磨損的觀點(diǎn)去選用工作輥的材料，同抗斷帶來(lái)事故的能力去選用傳動(dòng)輥的材料。

2.2

1)Mn-Cr-W系，這是各國(guó)通用的綜合性能優(yōu)良的代表鋼種，以CrMn為代表鋼。此鋼具有熱處理變形小，耐磨性能較高的特點(diǎn)，具有較高的淬透性和韌性。用CrWMn鋼制作的模具，如采用合理的熱處理工藝，控制和調(diào)節(jié)好，淬火時(shí)造成的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力，減少變形完全可以替代工廠常用的Cr12制作的落料模具。

2)Mn系，9Mn2V是我國(guó)作為CrWMn，9CrSi等的代用鋼，可用于制造冷沖模、落料模、剪刀、彎曲模。

3)SiMnMo系石墨鋼，特點(diǎn)是含Si量高，在強(qiáng)烈的石墨化元素Si的作用下，部分碳是石墨化狀態(tài)存在，使鋼具有自潤(rùn)作用，具有較高的抗咬合性，良好的切削性和耐磨性，熱處理變形小，尺寸穩(wěn)定。SiMnMo鋼，用于制作表面質(zhì)量要求嚴(yán)格的彎曲、拉伸、整形沖模能顯著提高沖件的質(zhì)量。

2.3高耐磨微變形冷變形模具鋼

以Cr12Mov型為代表，這是國(guó)內(nèi)外最廣泛采用的高性能冷變形模具鋼。Cr12Mov是改進(jìn)Cr12鋼，碳含量過(guò)高，造成嚴(yán)重的大塊狀碳化物不均勻的缺點(diǎn)。Cr12Mov鋼的特點(diǎn)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(shí)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(yán)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(kāi)裂、折斷過(guò)早失效得根源。根據(jù)作者的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，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。如表2所示為落料模Cr12材料采用下貝氏體等溫處理與普通淬火處理的使用次數(shù)比較表。

2.4

通常有高速鋼W18Cr4和W6Mo5Cr4v2組成。用于冷擠壓沖模和重載荷冷鐓沖模，中厚鋼(10-25m/m)沖孔沖頭和直徑小于5-6m/m的小沖頭。如鏈條內(nèi)外片沖孔用的小沖頭，采用高速鋼經(jīng)低溫加熱淬火的熱處理工藝。W18Cr4V(1220℃-1250℃加熱淬火)，W6Mo5Cr4V2(用1170℃-1190℃)經(jīng)低溫加熱淬火處理的模具有高的塑性變形抗力，有高的硬度和耐磨性;有足夠的刃性，實(shí)踐證明經(jīng)低溫淬火的沖頭，可顯著地提高壽命，大大減少?zèng)_頭折斷事故。

2.5高強(qiáng)韌性冷變形模具鋼

有些冷擠模和冷鐓模需承受高的強(qiáng)度和高的沖擊韌性，而普通的高速鋼和高碳鉻剛制件易于脆斷或折斷，模具需要有高的強(qiáng)韌配合，具體分為兩類:

1)將碳高速鋼:將W系或Mo系的高速鋼含碳量降低為0.5-0.6%，增加處理后鋼的韌性。如6W6Mo5Cr4V2,具體熱處理工藝為淬火加熱溫度1160-1180℃，冷卻后經(jīng)550-570℃三次回火，硬度為Rc60-63，用于冷擠壓沖頭或冷鐓沖頭可成倍的提高使用壽命。

2)基體鋼:基體鋼是改善高速鋼韌性的另一個(gè)途徑，與高速鋼相比，基體鋼的過(guò)剩碳化物很少，碳化物的顆粒細(xì)小，分布均勻所以沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度均好于高速鋼，同時(shí)保持了好的耐磨性。我國(guó)研制成功并推廣應(yīng)用的基體鋼。如65Nb、CG-2、012Al。

以上三種基體鋼適於形狀復(fù)雜，沖擊負(fù)荷較大，韌性要求高的冷變形模具。其他還有些特殊的模具鋼，如易切削冷模鋼8Cr2S(8Cr2MnMovS),除于塑料模具較多。

3)高強(qiáng)韌耐磨的新型模具鋼7CrMo2V2Si，簡(jiǎn)稱LD。

LD是以美國(guó)專利鋼為基礎(chǔ)，調(diào)整了合金元素量而研制的強(qiáng)韌耐磨鋼。此鋼的過(guò)剩碳化物量少，且尺寸細(xì)小，而奧化體的合金化程度高，LD經(jīng)1100℃加熱淬火后，奧化體的合金度和Cr12Mov經(jīng)1050℃加熱淬火，奧化體的合金化程度接近，同時(shí)固溶強(qiáng)化和二次強(qiáng)化，效果較顯著。對(duì)于模具需承受沖擊載荷和要求強(qiáng)韌性高的模具，可較大幅度的提高使用壽命。作者曾在自行車(chē)鏈條的內(nèi)外片落料模使用過(guò)LD料，壽命比Cr12模具可提高1-3倍取得可喜的經(jīng)濟(jì)效果。如表4所示的為L(zhǎng)D、P18(高速鋼)Cr12Mov機(jī)械性能比較表。

LD材料不僅用于落料沖載模還是沖頭，在耐磨性和抗崩韌開(kāi)裂，抗折斷性都比較滿意，值得推廣使用。

主要以CrW2Si系型和60Si2Mn鋼，用于抗沖擊模具和韌具(以剪刀、刀片為主)這類鋼的特點(diǎn)是過(guò)剩碳化物少，組織結(jié)構(gòu)均勻。因含多元合金，固溶強(qiáng)化和回火后碳化物彌散強(qiáng)化較好，具有高強(qiáng)度、高韌性、高沖擊疲勞抗力。用于風(fēng)動(dòng)工具、沖剪工具和大中型沖鐓模。

缺點(diǎn)是抗壓能力低、熱穩(wěn)定性差、淬火變形難控制。對(duì)于CrWzSi系鋼，作剪刀時(shí)(如5CrW2Si)應(yīng)盡量用高溫加熱淬火，以使馬氏體形態(tài)有所變化，使強(qiáng)韌性有大提高，這點(diǎn)作者在實(shí)際工作中取得很好效果。