新型冷作模具钢

出处：按学科分类—工业技术 轻工业出版社《工模具材料应用手册》第333页（2636字）

近年来新研制出并经正式鉴定的新型冷作模具钢有华中工学院等单位研制的65Cr4W3Mo2VNb(代号65Nb)、贵阳钢厂等单位研制的5Cr4Mo3siMnVAl(代号012Al)、上海钢铁研究所等单位研制的6Cr4Mo3Ni2WV(代号CG－2)、上海材料研究所等单位研制的7Cr7Mo3V2Si(代号LD1)等，它们都具有性能优异、使用寿命高、技术经济效果好、适用面广等优点，受到了试用单位的好评。此外，北京钢厂等单位还研制有火焰淬火冷作模具钢7CrSiMnMoV(代号CH－1)。各种新型冷作模具钢的化学成分列于表118。除上述新钢种外，超硬高速钢W12Mo3Cr4V3N和W6Mo5Cr4V2Al也被用来制造冷作模具，并收到较好使用效果。

表118 新型冷作模具钢钢号及化学成分

65Cr4W3Mo2VNb(65Nb)相当于高速钢W6Mo5Cr4V2淬火态的基体成分，因而被称为“基体钢”，只足为了更加符合我国资源情况和减少脱碳倾向而适当提高了含钨量、减低了含钼量。由于65Nb较原高速钢减去了过量的碳化物，使其既具有高速钢的强度和硬度，又具有较高的韧性和抗疲劳性能。因加入了少量的铌，与碳生成稳定的碳化物(NbC)，可有效地阻止晶粒长大，从而进一步提高了韧性，并极大地改善了钢的工艺性，使球化退火容易，热处理工艺性能变宽。65Nb特别适于制造要求较高强韧性的冷挤模具，也可用于冷镦、冷冲模具，此外，因其退火硬度较低(HB180～200)还可用于冷挤压成形的模具。经汽车、轴承、标准件、电子、手表等行业近百种冷挤、冷镦模具试用，使用寿命较W18Cr4V、WbMo5Cr4V2、Cr12MoV等模具钢可成倍的提高，具有明显的经济效果。

5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)和6Cr4Mo3Ni2WV(CG2)均为在“基体钢”基础上经调整化学成分而研制成的冷热兼用模具钢。考虑到冷热兼用，适当降低了含碳量，增加了含钼量，以提高抗热疲劳性能。O12Al为弥补因含碳量较低而带来的强度不足，依靠加入硅和锰来强化基体，同时加入铝来细化晶粒、提高冲击韧性，工艺性能也比较优异。CG－2与O12Al不同，它是通过加入2%的镍来提高韧性和改善钢的高温性能，但退火后硬度偏高(HB240～270)，在锻后退火时，需考虑最佳工艺并严格控制。O12Al和CG－2均可用于冷镦、冷冲模具，能有效地防止脆性崩裂、碎裂和掉块等现象，但反映在耐磨性上略有不足，对于要求心部有高强韧性而表层又有高耐磨性的模具，应通过表面强化来提高耐磨性和使用寿命。

7Cr7Mo3V2Si(LDl)其含碳量和合金元素含量都高于基体钢，具有较高的强度和一定的韧性，加入2%的钒是为了细化晶粒，并因大量高硬度VC的存在，使钢具有较高的耐磨性。LDl因含铬量高，淬透性好，但退火后硬度亦较高(HB210～240)，给机械加工带来困难。LDl的综合机械性能较好，适于制造有较高强韧性的冷镦、冷冲模具。

火焰淬火钢是国际上近年来发展起来的一种低合金空淬微变形模具新钢种。采用火焰淬火方法简便、费用低廉、变形小、模具整体韧性高，便于堆焊修补，因而可以降低模具制造费用，缩短模具制造周期，节省大量热处理能源，具有明显的经济效果。为适应火焰淬火、空冷硬化的需要，7CrSiMnMoV具有较宽的淬火温度范围(820～1000℃)、良好的淬透性和淬硬性(HRC60以上)、较小的热变形抗力(变形量相当于Cr12MoV和Cr2Mn2)，以及较好的强度和韧性的配合，适于用来制造各种冷冲模，特别是大、中型模具。第二汽车制造厂经生产中试用，一般可使加工工序减少三分之一，整套模具效果提高5～10%，成本降低10～20%，模具寿命相当于高速钢，较Cr12MoV提高1倍以上。该钢种目前正在较大范围内扩大试用。

无钴超硬高速钢W12Mo3Cr4V3N(V3N)和W6Mo5Cr4V2Al(M2Al)在淬硬到较高硬度时仍能保持较好的强韧性，适当降低淬火温度或回火温度，虽然硬度略有降低，而强韧性可得到进一步提高，并比在相同强韧性下的其他模具材料具有更好的耐磨性，因而超硬高速钢不仅用在切削刀具方面具有显着的优越性，而且可以作为冷作模具材料，用以代替钢结硬质合金或普通高速钢。V3N和M2Al与国内现用各种冷作模具材料的性能对比列于表119。

表119 V3V、M2A1与各种冷作模具材料的性能对比

V3N用于冷冲模一般可取较高硬度值HRC66～69，其硬度已达到钢结硬质合金水平，而抗弯强度和冲击韧性远远超过钢结硬质合金，同时还具有较好的可磨削性能，经试用，用于冲裁硅钢片、H62黄铜、65Mn和高强度淬火钢带等，较冷作模具钢Cr WMn、Cr12MoV等模具寿命可提高10～20倍，收到较好使用效果。V3N还被用于冷镦模，冷镦滚珠毛坯、M8～M10六方螺母和制造冷镦机切断刀片。它们原来分别采用GCr15、Cr12MoV和T10钢，平均寿命较低分别为1万件、2万件和7万件，经改用V3－N，其平均寿命分别提高到11万件，40万件和30万件，达到原寿命的5～20倍，完全可以代替钢结硬质合金。V3N钢用来制造冷作模具，其工业应用实例见表120。

表120 V3N钢工业应用实例

我国机械工业部机械院机电研究所和天津第六内燃机配件厂曾用M2Al制造冷挤压凸模，在下限淬火温度热处理到HRC63～64时，用以冷挤压20Cr活塞销，其使用寿命达到2万件左右，较W18Cr4V凸模寿命高出一倍，为超硬高速钢在冷挤模具上的应用，提供了实例。

以上试验毕竟有限，需要继续扩大试用范围，总结试验，使超硬高速钢真正成为介于普通高速钢和钢结硬质合金之间的新型冷作模具材料。