高鉻微變形冷作模具鋼Cr12系列鋼的化學成分特點與共晶碳化物
高鉻微變形冷作模具鋼主要是Cr12系列的鋼種,國產Cr12系列的鋼種包括:Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr12V、Cr12Mo、Cr12W幾個鋼種,進口Cr12系列的鋼種包括:日本JIS標準的SKD1、SKD2、SKD11、美國AISI標準的D2、D3、D4、D6、德國DIN標準的1.2379、1.2436、1.2080等,東莞弘超銷售的Cr12系列的鋼種包括:日本日立模具鋼SLD、CRD、日本大同模具鋼DC1、DC2、DC3、DC5、DC8、DC11、瑞典一勝百模具鋼XW-42、XW-5、瑞典烏德霍姆工具鋼SVERKER-21、SVERKER-3、德國葛利茲模具鋼W.1.2080、W.1.2085、W.1.2379、意大利魯奇尼模具鋼KEYLOS2379等。Cr12系列鋼種是經常用于制造高耐磨、微變形、高負荷下服役的冷加工用模具和工具用鋼,尤以Cr12和Cr12MoV應用最廣,其中以Cr12Mo1V1鋼綜合性能最好。鉻能使鋼有很高的淬透性,是形成M7C3型碳化物的主要元素,也是促成碳化物不均勻分布的主要元素。加入鉬、釩能進一步提高鋼的淬透性,細化晶粒和共晶碳化物,改善韌性,提高回火穩定性。Cr12Mo1V1鋼中含碳量比Cr12鋼低,又因加入了鉬和釩,因此其碳化物數量、粒度、形態、不均勻程度都比Cr12鋼有較大的改善,從而韌性得到明顯提高。
高鉻微變形冷作模具鋼是一種高合金冷作模具鋼,在弘超模具鋼產品系列里稱為高合金高耐磨冷作模具鋼,是萊氏體鋼,組織中有大量共晶碳化物,淬火后有大量殘留奧氏體,熱處理變形小,耐磨性高,承載力大。高鉻鋼中共晶碳化物較多,因此耐磨性好,韌性差。
Cr12系列鋼種的鋼號和化學成分如下表所示:
鋼號 國外相應鋼號 化學成分(質量分數)/% C Cr W Mo V Cr12 D3(美) 2.00~2.30 11.50~13.00 - - - Cr12MoV SKD11(日) 1.45~1.70 11.00~12.50 - 0.40~0.60 0.15~0.30 Cr12W SKD2(日) 2.00~2.30 11.00~12.50 0.60~0.90 - - Cr12Mo D4(美) 2.05~2.40 11.00~13.00 - 0.70~1.20 - Cr12Mo1V1 D2(美) 1.40~1.60 11.00~13.00 - 0.70~1.20 ≤1.10 資料來源 東莞市弘超模具科技有限公司《弘超模具鋼質量手冊》。 因為Cr12系列鋼中都含有大量共晶碳化物,因此又稱為萊氏體鋼。鉻大部分集中在似M7C3型共晶碳化物中,它的硬度在1800~2800HV之間,既能阻止晶粒長大,又是鋼的耐磨性特別高的原因。部分鉻和合金元素溶于基體中,可提高鋼的淬透性和回火穩定性。通過淬火加熱溫度的調節,可以控制合金元素的溶解量,從而影響淬火后鋼中殘留奧氏體量的多少,使模具達到微變形,甚至不變形。高鉻鋼工模具在服役過程中會由于摩擦而升溫,在工模具表面形成Cr2O3薄膜,它既能提高工模具表面的抗氧化、抗腐蝕性能,同時還能降低表面的摩擦系數,起到潤滑作用。 高碳高鉻鋼中含有大量共晶碳化物,淬火后碳化物總殘留量仍可達13%~20%(體積分數)。碳化物的膨脹系數比基體組織小30%左右,加熱時它阻止基體膨脹,冷卻時又阻止基體收縮,因此定向分布的大量碳化物會引起工件在熱處理時的不均勻變形。工件淬火后,沿軋制方向的縱向伸長量大,橫向伸長量小,甚至會收縮。帶圓孔工件淬火后可能出現橢圓度。力學性能也呈各向異性,對于碳化物不均勻度高的鋼材,橫向抗彎強度將比縱向要低30%~40%,塑性可能要低30%~50%。碳化物堆集處大約在1155℃左右就可能出現液相,因此熱加工時過熱、過燒現象時有發生。碳化物堆集和粗大的角狀碳化物,特別是Cr12鋼中的共晶碳化物塊度大而棱角鋒利,是引起模具崩角和脆裂的重要原因。綜上所述,本鋼系各鋼種中的共晶碳化物的形態、粒度及其不均勻分布,是影響本鋼系材料使用的最棘手的質量問題。弘超技術中心研究表明,采用熱加工工藝,改善共晶碳化物的形態、粒度和分布,是今后開展工藝研究的主攻方向。 Cr12系列鋼種正常淬火回火后的殘留奧氏體量可達10%~40%(體積分數)。殘留奧氏體量的多少與工件變形量密切相關,因此針對不同要求,改變熱處理工藝,可以滿足生產上的不同需求。
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