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鍛造模具用特殊鋼的特性和選擇與應用
來源:鄭州華隆tel_0371-60121717 | 發布(bu)日期:2018-01-24

1 冷作模(mo)具用材

1.1 冷鍛(duan)模具

冷(leng)鍛(duan)(duan)(duan)是不用對鍛(duan)(duan)(duan)坯加(jia)(jia)熱,在常溫下對鍛(duan)(duan)(duan)坯進行鍛(duan)(duan)(duan)造的加(jia)(jia)工方法。因此(ci),冷(leng)鍛(duan)(duan)(duan)可以制造高(gao)(gao)尺寸精度(du)的產品。但(dan)另一(yi)方面,由于冷(leng)鍛(duan)(duan)(duan)是在常溫下對鍛(duan)(duan)(duan)坯進行成形(xing)(xing)加(jia)(jia)工,變形(xing)(xing)強(qiang)度(du)高(gao)(gao),所以冷(leng)鍛(duan)(duan)(duan)用模具的負荷(he)很(hen)大。近年來,東(dong)南亞新興(xing)國家鍛(duan)(duan)(duan)造品產量(liang)不斷增加(jia)(jia)。此(ci)外,無切削化(hua)的高(gao)(gao)精度(du)鍛(duan)(duan)(duan)造和形(xing)(xing)狀復雜鍛(duan)(duan)(duan)件鍛(duan)(duan)(duan)造技術也有了發展。

1.2 冷鍛模(mo)具用材

冷作(zuo)模具主要用材是(shi)高速工具鋼(gang)(gang)。其中包括冷作(zuo)工具鋼(gang)(gang)和熱(re)作(zuo)工具鋼(gang)(gang)。大批量生產用模具使(shi)(shi)用超硬合金(jin)(jin)。鍛造設備輔助部件使(shi)(shi)用低合金(jin)(jin)鋼(gang)(gang)和碳素鋼(gang)(gang)。

1.2.1 冷鍛(duan)模具用(yong)材性(xing)能比較

超(chao)硬合(he)金的壓縮(suo)強度高(gao)、耐磨(mo)(mo)性(xing)好,但缺點(dian)是抗拉強度和韌性(xing)很低(di)。反(fan)之,機械結構用碳素鋼韌性(xing)高(gao)但耐磨(mo)(mo)性(xing)差(cha)。耐磨(mo)(mo)性(xing)和韌性(xing)是互為相反(fan)的特(te)性(xing)。選擇最佳(jia)模具材料是一件很困(kun)難的事情。

1.2.2 各種模(mo)具用材的特(te)性

1)超硬合金

鍛造工(gong)(gong)具(ju)使用的(de)超(chao)硬(ying)合金(jin)是高Co材(cai)料WC-Co,Co含(han)量在10%以上。冷(leng)鍛工(gong)(gong)具(ju)應根據需要(yao),合理地區別(bie)使用超(chao)硬(ying)合金(jin)和(he)工(gong)(gong)具(ju)鋼。超(chao)硬(ying)合金(jin)和(he)工(gong)(gong)具(ju)鋼的(de)主要(yao)特(te)性差別(bie)如下。

(1)超硬合(he)金的優(you)點

① 硬度高(gao)、耐磨性好(hao);② 壓縮(suo)強度高(gao);③ 縱彈性系數(shu)是工(gong)具(ju)鋼的(de)2.5-3.0倍;④熱膨脹系數(shu)小(約(yue)為(wei)工(gong)具(ju)鋼的(de)1/2);⑤ 導熱率高(gao)(約(yue)為(wei)工(gong)具(ju)鋼的(de)3倍)。

(2)工具鋼的(de)優(you)點

① 抗(kang)折強度(du)、抗(kang)拉強度(du)高(約為超硬合金的2-3倍);② 韌性好(hao)、彈塑性變(bian)形量大;③ 被切削(xue)性好(hao);

 2)高速工具(ju)鋼

冷鍛、溫(wen)鍛的(de)工具(ju)、模具(ju)使(shi)用的(de)材料(liao)是兼(jian)有耐(nai)(nai)磨性(xing)、韌(ren)性(xing)和耐(nai)(nai)熱(re)性(xing)的(de)高速(su)工具(ju)鋼(gang)。近年(nian)來,使(shi)用的(de)主流高速(su)工具(ju)鋼(gang)是Mo系高速(su)工具(ju)鋼(gang)SKH51。此外, 也 使(shi)用SKH55、SKH57。SKH55、SKH57鋼(gang)中為提高耐(nai)(nai)磨性(xing)和耐(nai)(nai)熱(re)性(xing)添加了W、V、Co。

(1)高速(su)工(gong)具(ju)鋼(gang)的耐磨性:基體鋼(gang)高速(su)鋼(gang)<SKH51<SKH55<SKH57。

(2)高(gao)速工具鋼(gang)的韌(ren)性:SKH57<SKH55<SKH51<基體(ti)鋼(gang)高(gao)速鋼(gang)。

(3)高速工具(ju)鋼的耐熱性(xing):基體(ti)鋼高速鋼<SKH51<SKH55<SKH57。

3)冷(leng)作工具(ju)鋼(gang)

冷鍛(duan)模具(ju)(ju)一般(ban)使用(yong)SKD11。SKD11含(han)有(you)較(jiao)多(duo)的(de)(de)碳化物,并(bing)且成分接近(jin)于SKD61,具(ju)(ju)有(you)實用(yong)的(de)(de)耐磨性和韌性。其他冷作工具(ju)(ju)鋼(gang)有(you)SKD12、SKD1等。大型冷鍛(duan)模具(ju)(ju)一般(ban)使用(yong)冷作工具(ju)(ju)鋼(gang)。與高速工具(ju)(ju)鋼(gang)相比,冷作工具(ju)(ju)鋼(gang)的(de)(de)淬透性、熱處理變形(xing)和尺寸變化小。冷作工具(ju)(ju)鋼(gang)用(yong)于冷鍛(duan)的(de)(de)沖頭和模具(ju)(ju)。

4)低合金工具鋼(gang)

過去小批量生產鍛造品時,鍛造工(gong)(gong)(gong)具(ju)(ju)使(shi)用的是(shi)低(di)合(he)金工(gong)(gong)(gong)具(ju)(ju)鋼SKS2、SKS3、SKS31。應力沖(chong)頭用材是(shi):φ30mm以(yi)(yi)下的小徑(jing)沖(chong)頭使(shi)用SKS2(850℃油冷、60HRC以(yi)(yi)上),φ30mm以(yi)(yi)上的大徑(jing)沖(chong)頭使(shi)用SKS3(屈(qu)服強度略有不(bu)足)。由于低(di)合(he)金工(gong)(gong)(gong)具(ju)(ju)鋼的熱處理、硬度的局限性,僅將低(di)合(he)金工(gong)(gong)(gong)具(ju)(ju)鋼用于鍛造設備(bei)中不(bu)承(cheng)受(shou)大負荷的輔助部件。

1.3 冷鍛模具材料(liao)的選定

有時(shi),即使(shi)使(shi)用高級工(gong)具(ju)(ju)(ju)材(cai)料也不能提(ti)高工(gong)具(ju)(ju)(ju)的使(shi)用壽(shou)命(ming)。原因是工(gong)具(ju)(ju)(ju)壽(shou)命(ming)是由設(she)計、生產、技術(shu)、模具(ju)(ju)(ju)制(zhi)作、材(cai)料、熱處理等多種因素(su)決定的。為了(le)通過模具(ju)(ju)(ju)材(cai)料提(ti)高模具(ju)(ju)(ju)壽(shou)命(ming),必須知道模具(ju)(ju)(ju)要求的特性(xing),選擇與之相符合(he)的模具(ju)(ju)(ju)材(cai)料。

選(xuan)擇冷鍛(duan)(duan)模(mo)具(ju)(ju)材料(liao)(liao)時(shi)必須在弄清模(mo)具(ju)(ju)損傷的(de)原因后,選(xuan)擇材料(liao)(liao)的(de)硬度和(he)鋼種。而實際模(mo)具(ju)(ju)的(de)受力(li)狀態非常(chang)復雜(za),所(suo)以(yi)弄清模(mo)具(ju)(ju)損傷現象比較困難。以(yi)下是冷鍛(duan)(duan)模(mo)具(ju)(ju)材料(liao)(liao)選(xuan)定的(de)大致標準。

1)特別要求耐(nai)磨性的(de)冷鍛模具材料選定標準

鋼中碳(tan)化物(wu)含(han)量越(yue)(yue)多、碳(tan)化物(wu)硬度(du)越(yue)(yue)高,鋼的(de)硬度(du)越(yue)(yue)大(da),模具材料(liao)(liao)的(de)耐(nai)磨(mo)性越(yue)(yue)好(hao)。材料(liao)(liao)耐(nai)磨(mo)性由(you)差到好(hao)的(de)順序是(shi):SK5、SK4→ SKS94、 SKS3→ SKD11、基體鋼高速(su)鋼 →SKD1、SKD51 → SKH55 →SKH57 → 超硬合(he)金。

2)特別要求韌性(xing)的冷鍛模具(ju)材料選定標(biao)準

鋼(gang)基(ji)體(ti)的(de)韌(ren)性(xing)越大、碳化(hua)物越少(shao),模具材料的(de)韌(ren)性(xing)越好。材料韌(ren)性(xing)由差到好的(de)順序是:超硬合金(jin) → SKH57 → SKD1→ SKD11 → SKS3 → SKH55→ SKH51→基(ji)體(ti)鋼(gang)高(gao)速鋼(gang)→SKD61。

3)特別要求抗拉強度的冷(leng)鍛(duan)模具材料選定標準

選擇硬度高的(de)(de)鋼(gang)種(zhong)可以滿足冷鍛(duan)模(mo)具對(dui)抗(kang)拉(la)(la)強度的(de)(de)要求。需要注意的(de)(de)是(shi)(shi),雖然(ran)材(cai)料的(de)(de)抗(kang)拉(la)(la)強度與硬度成正比例關系,但硬度過(guo)高,抗(kang)拉(la)(la)強度會急(ji)劇下降。每(mei)個鋼(gang)種(zhong)抗(kang)拉(la)(la)強度開始急(ji)劇下降的(de)(de)硬度是(shi)(shi)不同的(de)(de)。材(cai)料抗(kang)拉(la)(la)強度由(you)低到(dao)高的(de)(de)順序是(shi)(shi):超(chao)硬合(he)金→SKD1→SKD11、SKS3→SKH51。

4)特別(bie)要(yao)求壓(ya)縮(suo)強度的冷鍛(duan)模具材(cai)料(liao)選定標準

彈(dan)性模(mo)量越(yue)大,材(cai)料(liao)的(de)臨界(jie)壓(ya)屈荷載越(yue)高。因(yin)此碳(tan)化物含量多(duo)的(de)材(cai)料(liao)具有高的(de)壓(ya)縮強度。壓(ya)縮抗拉強度由低到高的(de)順(shun)序是:SKS3 → SKD11 →SKH51 → SKD1 → SKH57 →粉末高速鋼→超硬合金。

5) 特別(bie)要求(qiu)疲(pi)勞強度的冷鍛模具材(cai)料(liao)選定(ding)標準(zhun)

強度、韌(ren)性匹配良好的材料可以提高模具的疲勞(lao)壽命。耐(nai)疲勞(lao)性由(you)低到高的順序是:SKS3→SKD11→SKH51→基體(ti)鋼高速鋼→粉(fen)末高速鋼。

6) 大尺寸冷鍛模具材料選定標準

模(mo)具大(da)型化,使(shi)(shi)模(mo)具材(cai)料(liao)的使(shi)(shi)用(yong)(yong)受到(dao)限制。材(cai)料(liao)使(shi)(shi)用(yong)(yong)不當,會導致模(mo)具產生大(da)裂紋。每(mei)個(ge)鋼(gang)種(zhong)有自(zi)己的極(ji)限尺(chi)寸(cun)(cun),超過極(ji)限尺(chi)寸(cun)(cun)時,會導致材(cai)料(liao)的性(xing)能下降。Cr、Mn含量少的低(di)合金鋼(gang)可(ke)使(shi)(shi)用(yong)(yong)的尺(chi)寸(cun)(cun)小。模(mo)具的尺(chi)寸(cun)(cun)決定了可(ke)使(shi)(shi)用(yong)(yong)的鋼(gang)種(zhong)。材(cai)料(liao)的極(ji)限使(shi)(shi)用(yong)(yong)尺(chi)寸(cun)(cun)由(you)小到(dao)大(da)的順序是:SKS3(φ70mm) →SKD1(φ150mm)→粉末高速(su)鋼(gang)(φ180mm) →SKH51(φ18 0mm) →SKD1 2(φ250mm)→基體鋼(gang)高速(su)鋼(gang)、SKD11(φ550mm)。

2 熱作模具

2.1 熱鍛模具用材

熱鍛(duan)(duan)(duan)(duan)是對被加(jia)熱的(de)(de)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)坯進行(xing)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)打,施加(jia)高(gao)(gao)壓(ya),使(shi)(shi)之變形(xing)的(de)(de)加(jia)工(gong)方(fang)法。由(you)于熱鍛(duan)(duan)(duan)(duan)是對高(gao)(gao)溫加(jia)熱的(de)(de)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)坯進行(xing)成形(xing),所以熱鍛(duan)(duan)(duan)(duan)模具的(de)(de)使(shi)(shi)用壽(shou)命較(jiao)短。冷鍛(duan)(duan)(duan)(duan)可以制(zhi)作(zuo)高(gao)(gao)精度(du)、難成形(xing)的(de)(de)復雜形(xing)狀零部件。而熱鍛(duan)(duan)(duan)(duan)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)件的(de)(de)表(biao)面質量(liang)和尺寸精度(du)都(dou)不(bu)太好。因此在制(zhi)作(zuo)復雜形(xing)狀鍛(duan)(duan)(duan)(duan)件時,采(cai)用不(bu)易產生(sheng)飛刺和多(duo)余材料(liao)的(de)(de)密閉鍛(duan)(duan)(duan)(duan)造(zao)(zao)(zao)或閉塞鍛(duan)(duan)(duan)(duan)造(zao)(zao)(zao)方(fang)法,并要進行(xing)多(duo)次(ci)鍛(duan)(duan)(duan)(duan)造(zao)(zao)(zao)。

2.2 熱(re)鍛模具的結構(gou)和應用

熱鍛(duan)錘擊模型(xing)鍛(duan)造,需(xu)要進行多(duo)次鍛(duan)造才能完成(cheng)最終鍛(duan)件制品。在此(ci)過程中會產生坯料多(duo)余材料,所以(yi)熱鍛(duan)錘擊模型(xing)中有容納多(duo)余材料的(de)部位(wei)。在這個部位(wei)內多(duo)余材料發生塑性變形。

閉塞鍛造是將鍛坯封閉在上下模具的型(xing)腔內(nei),利用模具和(he)沖頭使鍛坯向(xiang)多方(fang)向(xiang)變(bian)形,并使坯料充滿模具型(xing)腔的鍛造方(fang)法(fa)。

2.3 熱鍛模具用(yong)材(cai)

2.3.1 熱鍛模具材料特性比較(jiao)

熱溫鍛模具(ju)要(yao)求高溫強(qiang)度(du)高、熱沖擊(ji)性好(hao),韌性可(ke)以(yi)略低一些。而錘擊(ji)鍛造(zao)模具(ju)要(yao)求高韌性、不易產(chan)生裂紋的材料,但耐磨性可(ke)以(yi)略低一些。

2.3.2 溫鍛模具

溫(wen)鍛模具(ju)用材多為具(ju)有耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)、韌性(xing)(xing)和耐(nai)熱性(xing)(xing)的(de)(de)高(gao)(gao)速鋼SKH51。在(zai)鍛造負荷大和對模具(ju)進行強力(li)冷卻的(de)(de)情況(kuang)下,多采用韌性(xing)(xing)良好、抗熱軟化性(xing)(xing)強的(de)(de)SKD61、SKD62。在(zai)對高(gao)(gao)溫(wen)強度要求(qiu)更高(gao)(gao)、耐(nai)熱裂性(xing)(xing)要求(qiu)更好的(de)(de)情況(kuang)下,使用SKD6和AISI標準中的(de)(de)H19。

2.3.3 錘(chui)擊熱(re)鍛模具

錘(chui)擊熱鍛模(mo)(mo)具(ju)(ju)與加熱到高(gao)(gao)溫的(de)(de)鍛坯接(jie)觸時(shi)間短(duan),模(mo)(mo)具(ju)(ju)升溫較小。所以模(mo)(mo)具(ju)(ju)材料(liao)應具(ju)(ju)有良(liang)好的(de)(de)抗沖擊性(xing)(xing)(xing)和耐磨性(xing)(xing)(xing)。因此,使用高(gao)(gao)韌性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)SKT系材料(liao)(調(diao)質狀態硬度HB352-415)。使用較多的(de)(de)是SKT系材料(liao)代表(biao)性(xing)(xing)(xing)牌號SKT4。模(mo)(mo)具(ju)(ju)越大(da),為了提高(gao)(gao)韌性(xing)(xing)(xing),要(yao)將材料(liao)的(de)(de)硬度降低。防止模(mo)(mo)具(ju)(ju)發(fa)生早(zao)期(qi)裂紋的(de)(de)經(jing)驗性(xing)(xing)(xing)標(biao)準是,材料(liao)的(de)(de)夏比沖擊值(zhi)大(da)于30J/cm2。當夏比沖擊值(zhi)為5-10J/cm2以下(xia)時(shi),大(da)型模(mo)(mo)具(ju)(ju)容(rong)易(yi)發(fa)生早(zao)期(qi)裂紋。

2.3.4 熱(re)沖壓(ya)鍛造模(mo)具

熱沖(chong)壓(ya)鍛(duan)造模(mo)具(ju)(ju)與(yu)高溫鍛(duan)坯(pi)接(jie)觸(chu)時間長,受(shou)到的(de)(de)(de)(de)沖(chong)擊小(xiao),所(suo)以要(yao)(yao)(yao)求高溫硬(ying)度(du)(du)足夠大。一(yi)般的(de)(de)(de)(de)熱沖(chong)壓(ya)鍛(duan)造模(mo)具(ju)(ju)使用的(de)(de)(de)(de)材(cai)料是具(ju)(ju)有適度(du)(du)高溫硬(ying)度(du)(du)、抗開裂性(xing)強(qiang)(qiang)、淬透性(xing)好和熱處理變形(xing)小(xiao)的(de)(de)(de)(de)SKD6、SKD62、SKD61等(deng)牌(pai)號(hao)鋼種(zhong)。高壽命模(mo)具(ju)(ju)使用SKD7,特(te)別要(yao)(yao)(yao)求高強(qiang)(qiang)度(du)(du)、高耐磨性(xing)的(de)(de)(de)(de)特(te)殊用途模(mo)具(ju)(ju)使用AISI標準的(de)(de)(de)(de)SKD8、SKD4、SKD5等(deng)牌(pai)號(hao)鋼種(zhong)。此(ci)外,工作溫度(du)(du)很高的(de)(de)(de)(de)模(mo)具(ju)(ju)要(yao)(yao)(yao)使用析出硬(ying)化型模(mo)具(ju)(ju)鋼。這(zhe)種(zhong)鋼的(de)(de)(de)(de)高溫硬(ying)度(du)(du)很大。

2.4 熱鍛模具用(yong)材的選定方(fang)法

為了(le)通過模(mo)具(ju)用(yong)(yong)材(cai)提(ti)高模(mo)具(ju)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming),必須了(le)解模(mo)具(ju)要(yao)求的(de)特性,并選擇符合模(mo)具(ju)特性的(de)材(cai)料(liao)。熱(re)鍛模(mo)具(ju)用(yong)(yong)材(cai)大致的(de)選定(ding)標(biao)準是(shi)根據實(shi)際模(mo)具(ju)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命(ming),確(que)定(ding)的(de)硬度標(biao)準。

1)要求(qiu)耐磨性的熱鍛模具材料(liao)選定標準

材料(liao)的硬(ying)度(du)越大、高(gao)(gao)溫強度(du)(硬(ying)度(du))越高(gao)(gao),耐磨性(xing)越好(hao)。材料(liao)的耐磨性(xing)由小到大的順序是:SKT3、SKT4→SKD6(H11) →SKD61(H13)→SKD62(H12) →SKD7(H10)→SKD4、SKD5(H21)→SKD8(H19)→基體鋼高(gao)(gao)速(su)(su)鋼→SKH51(M2)→粉末(mo)高(gao)(gao)速(su)(su)鋼。

2) 要求韌(ren)性的(de)熱鍛模具材料選定標準

鋼基體的(de)韌(ren)性(xing)越大、碳化物(wu)越少,模具(ju)材(cai)料(liao)(liao)的(de)韌(ren)性(xing)越好。材(cai)料(liao)(liao)韌(ren)性(xing)由差到好的(de)順序是:SKH51、SKD8(H19)、SKD5(H21)、SKD4→SKD7(H10)→SKD62(H12)→SKD61(H13) →SKD6(H11)→SKT3→SKT4→SKT6。

錘(chui)擊(ji)鍛造模(mo)(mo)具(ju)(ju)承(cheng)受沖擊(ji)負荷,有(you)產生(sheng)裂紋(wen)的(de)可(ke)能,所以使(shi)用韌(ren)性(xing)良好的(de)SKT6、SKT4。小(xiao)型錘(chui)擊(ji)鍛造模(mo)(mo)具(ju)(ju)可(ke)使(shi)用Ni含量較少的(de)、韌(ren)性(xing)稍差的(de)SKT3。SKD6、SKD61、SKD62的(de)韌(ren)性(xing)僅(jin)次于(yu)SKT材,但具(ju)(ju)有(you)較高的(de)高溫強度和良好的(de)耐磨(mo)性(xing),所以常常用于(yu)大型錘(chui)擊(ji)鍛造模(mo)(mo)具(ju)(ju)。

3)要求抗熱(re)裂性的熱(re)鍛模具材料選(xuan)定(ding)標準

具有(you)高(gao)硬度、良好韌性(xing)(xing)和一定的(de)高(gao)溫強度的(de)材(cai)料抗(kang)熱裂性(xing)(xing)優良。材(cai)料抗(kang)熱裂性(xing)(xing)由差(cha)到好的(de)順序是:SKT3、SKT4 →SKD6(H11) → SKD61(H13)→ SKD62(H12) → SKD7(H10)→ SKD4 → SKD5 →SKD8(H19)。

模具厚度超過230mm時(shi),常常突然(ran)發生大裂(lie)紋(wen)。采(cai)用(yong)高(gao)韌(ren)性、低硬度和高(gao)淬透(tou)性材料(liao)有助于防止大裂(lie)紋(wen)的發生。材料(liao)抗大裂(lie)紋(wen)性由差到好(hao)的順序是:高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)→粉末高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)→基體鋼(gang)(gang)高(gao)速(su)鋼(gang)(gang)→SKD8→SKD7→ SKT3、SKT4→SKD62 → SKD61 → SKD6。

4)要求高溫強度的(de)熱鍛模具材料選定標準

材料高溫(wen)強(qiang)度由(you)差(cha)(cha)到好的順序與抗熱裂性由(you)差(cha)(cha)到好的順序相同。即,SKT3、SKT4 →SKD6(H11) → SKD61(H13)→ SKD62(H12) → SKD7(H10) → SKD4 → SKD5 →SKD8(H19)。

要求(qiu)高溫(wen)強度和耐磨性略(lve)優于SKD61時,可使用SKD62。再提高高溫(wen)強度和耐磨性時,要使用SKD7、SKD8。但是SKD7、SKD8的淬透(tou)(tou)性較差,大型(xing)(xing)模(mo)具(ju)不能淬透(tou)(tou)到模(mo)具(ju)中心,回火(huo)后韌性較差,所以不能用于大型(xing)(xing)模(mo)具(ju)。

 

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