探讨冷作模具钢的失效与热处理 郑逸仙

探讨冷作模具钢 Cr12Mov的失效与热处理

【摘要 】:对形状复杂的 Cr12MoV 钢冷冲模具的早期失效原因进行了分析 。改用电渣

重熔锻坯 ,调整热处理工艺 ,增加固溶双细化处 理 ,改进淬回火工艺 ,淬火保温时间从 6 s/mm 延长到 10 s/mm , 回火温度从 200 ℃提高到 420硬度从 58 ～62 HRC 降低到 55 ～ 58 HRC, 同时采取了一些防止模具开裂的其它措施 ,抑止了模具的早期失效 ,充分发挥了 Cr12MoV 钢的优异性能 ,使模具的寿命大 幅提高 ,降低了生产成本 。

关键词 : Cr12MoV 钢 冷冲模 失效分析 电渣重熔 固溶双细化

【Abstract】: the complex shape of Cr12MoV steel cold shock die early failure reason

was analyzed. Convert electroslag remelting forging blank, adjust the heat treatment process, increase the solution double refining place Richard, improving the quenching and tempering process, quenching heat preservation time from 6 s/mm extend to 10 s/mm, tempering temperature from 200 ℃ to 420 ℃, to improve the hardness and ~ 62 HRC from reduced to 55 ~And HRC, at the same time take some other measures to prevent mould cracking, retarding the mould early failure, give full play to the Cr12MoV steel high performance, the service life of mould can be big Amplitude increase, reduce the cost of production.

Keywords: Cr12MoV steel; Cold die; Failure analysis; Electroslag remelting,

Solution double refining

在拉伸模中常出现压边力过大底部上方会出现拉破现象，压边力过小会造成凸缘翘曲形成荷叶边，在工件向径向延展流动时在凸缘区受到摩擦阻力和拉应力同时存在切向压应力，传力区两相应力作用受到拉应力和与模具的摩擦力，在此处特别容易发生凹模咬合现象在凹模形成积削瘤一样的冷作硬化组织充当刀具对工件进行刮伤，严重影响工件表面质量。 一般处理方案是对其工件表面涂加一些润滑油或润滑脂使其工件表面形成一层油膜起到减摩作用，或是改变工件材料与模具材料的性质差异大，减少咬合显现，在凹模圆角处选择合适的凹模圆角有利于金属的流动

模具材料是模具制造的基础。合理选择冷作模具材料，正确实施热处理工艺是保证模具

寿命，提高模具质量和使用效能的关键尤其是在难成型材料不断涌现成形工件形状日益复杂，精度要求愈来愈高的情况下冷作模具对材料的使用性能和热处理工艺提出了更为严格和苛刻的要求。

1.1冷作模具钢失效形式与性能要求

冷作模具种类繁多，结构复杂，在工作中收到拉伸，弯曲压缩，冲击，疲劳摩擦等机械

力的作用，其正常的失效形式主要是磨损，脆断变形，咬合等

（1）磨损失效：模具部位与被加工材料之间的摩擦损耗，使工作部位刃口凸模形状和尺寸发生变化引起的失效。如厚板冲裁冷镦模型腔尺寸超差。

（2）脆断失效：冷作模具承受的载荷大都是以一定冲击速度，一定能量作用下周期性施加的，模具在使用中突然出现大裂纹或发生破损而失效。如冲裁模崩刃冷挤压模工作时，由于成型压力大，在金属变形过程中模具表面的瞬时温度很高，造成温度循环也加速疲劳裂纹产生。

（3）变形咬合对受到冲击载荷较大易受偏心弯矩载荷或有应力集中的模具等，都需要较高的韧性。对一般工作条件下的冷作模具，通常受到的是小能量多次冲击载荷作用。冲压材料与模具表面接触时在高压摩擦下，润滑油膜被破坏此时被冲压件金属“冷焊”在模具型腔表面形成金属瘤从而在成形工件表面划出道痕。 根据冷作模具的工作条件及失效形式，冷作模具钢应具备有如下基本性能： 1良好的耐磨性

冷作模具在工作时，模具与坯料之间产生很大的摩擦，在这种摩擦的作用下，模具表面绘划出一些微观凹凸痕迹，这些痕迹与坯料表面的凹凸不平相咬合，使模具表面逐渐产生切应力，造成机械破损而磨损。 2高强度 强度指标对于冷作模具的设计和材料选择是极为重要的依据，主要包括：拉伸屈服点、压缩屈服点。其中压缩屈服点对冷作模具冲头材料的变形抗力影响最大。为了获得高的强度，在材料选定的情况，主要是通过适当的热处理工艺进行强化。 3良好的抗咬合能力

当冲压材料与模具表面接触时，在高压摩擦下，润滑油膜被破坏，此时，被冲压件金属“冷焊”在模具型腔表面形成金属瘤，从而在成形工件表面划出道痕。咬合抗力就是对发生“冷焊”的抵抗能力。模具材料及润滑条件对咬合抗力也有较大的影响。

2.1

冷作模具的选材及热处理规范

常用的冷作模具钢有碳素工具钢、低合金工具钢、髙钴和中铬冷作模具钢、基体钢和

低碳高速钢类冷作模具钢。按化学成分、工艺性能、力学性能及应用场合可以分为表2—1所示几类：

表2--1冷作模具钢分类

类别 钢号 低淬透性冷作模T7A T8A T10A 8MnSi Cr2 9Cr2 Cr06 GCrW5 具钢

低变形冷作模具钢 高耐磨微变形冷作模具钢 高强度高耐磨冷作模具钢 抗冲击冷作模具钢 高强韧性冷作模具钢 高耐磨、高韧性冷作模具钢 特殊用途冷作模具钢

CrWMn 9Mn2V 9CrwMn 9Mn2 MnCrWV SiMnMo Cr12 Cr12MoV Cr12Mo1V1 Cr5Mo1V Cr4W2MoV W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 W12Mo3Cr4V3N 4CrW2Si 5CrW2Si 6CrW2Si 9SiCr 60Si2Mn 5SiMnMoV 6W6Mo5Cr4V 6Cr4W3Mo2VNb LD CH--1 GD 9Cr6W3Mo2(GM) ER5 9Cr18 Cr18MoV Cr14Mo Cr14Mo4 1Cr18Ni9Ti 根据文献【3～8】整理的部分冷作模具钢典型处理工艺及其力学性能见表2-2，可以供选择模具材料和制定处理工艺时参考。 表2-2部分冷作模具钢处理工艺及力学性能 抗弯屈服强度/Mpa 抗弯扰断裂度强度/mm /Mpa 冲击韧度/j .cm-2 断裂硬度备注 韧度（HRC/Mpa） .m1/2 材料和典型处理抗工艺 压屈服强度/Mpa W 6Mo5Cr4V2 3001190 ～12 0 10 ℃淬火 + 560 ℃回火 Cr12MoV 2401020 ℃淬火 + 0 200 ℃回火 Cr12 260950 ～980 ℃淬0 火 + 200 ℃回火 CrWMn 230840 ℃淬火 + 0

4000 4300 2.4 55 16 62～冷挤 ,冲头64 模具 2500 2.3 12 7 60～冷冲 ,冷镦62 模具 60～冷冲 ,拉延62 模具 1900 1.7 8 1700 2.3 2.2 60～冷冲 ,拉延62 模具

200 ℃回火 6Cr4W 3Mo2VN b 260( 65N b) 0 1150 ℃淬火 + 520 ～560 ℃回火 7Cr7Mo2V2 Si 270（LD） 0 1150 ℃淬火 + 550 ℃回火 6Cr4Mo3N i2WV 240( CG2) 0 1100 ℃淬火 + 540 ℃回火 5Cr4Mo3 SiMnVA 240l ( 0 12A l) 0 1090 ～1120 ℃淬火 + 510 ℃回火 7CrSiM nMoV 230( CH 1) 0 840 ～900 ℃淬火 + 200 ℃回火 8Cr2MnWMoV 240S( 8Cr2 S) 0 860 ～880 ℃淬火 + 200 ℃回火 6CrN iSiM nMoV 220( GD ) 0 900 ℃淬火 + 200 ℃回火 9Cr6W 3Mo2V 300( GM ) 0 1120 ℃淬火 + 540 ℃回火 5Cr4Mo2W 2V Si 240V ascaMA 0 1100 ～1200 ℃淬火 + 510 ～560 ℃回火 3700 4200 6.0 50 17 60～冷挤 ,冷镦62 模具 3900 4600 4.7 50 17 60～冷挤 ,冷冲62 模具 3700 4300 3 25 19 60～冷冲 ,切边62 模具 3600 4200 4 20 16 60～冷镦 ,冲头62 模具 3200 4000 4.2 17 60～冷冲 ,拉延62 模具 3100 4 30 60～冷冲 ,塑料62 模具 3000 3700 5 90 60～冷冲 ,冷挤62 模具 3600 4.8 22 60～冷冲 ,切边64 模具 3500 2.5 18 61 冷镦 ,热挤模具

在弯曲模中检测弯曲拐形原件时，在加工零件时常出现加工完后无开裂现象但过后进行装

配时发现弯曲部位存在明显的裂纹的分析厚板弯曲件在弯曲时拐部存在很大的内应力在加工完成时内应力没消除，导致内部应力释放零件拐处开裂现象的发生。

解决措施是在水弯机旁挖一个加热坑将刚加工完的零件及时放入加热坑加热，消除内应力；也可以用敲击的方法消除局部内应力。

2.2 1Cr12型钢

属于高碳高铬莱氏体钢，这类钢经热处理后，组织中含有大量弥散分布的铬的碳化物颗粒，

使钢具有很高的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力仅次于高速钢。其淬透性也高，截面尺寸为300～400mm的模具在油中均可淬透。淬火变形小，通过调整淬火温度，可达微变形程度。其中，Cr12钢的Wc高达2.3‰，因此，碳化物不均匀性严重存在碳组织偏析问题，脆性大，制造的模具易产生崩刃和脆断；Cr12MoV钢的含碳量比Cr12钢少，并由于加入了Mo、V，钢中碳化物分布不均明显改善，韧性提高。

2.3

原材料优化

Cr12MoV 钢的化学成分（质量分数 , % ）145 ～ 170 C、≤040 Si、≤040 m n、110 ～

12 50 Cr、015 ～ 030 V 、040 ～060 Mo,余量 Fe[ 3 ] 。铬能提高钢的淬透性 ,是形成 M C 型碳化物的主要元素 ,也是促成碳 化物不均匀分布的主要元素 。加入钼 、钒能进一步提 高钢的淬透性 ,细化晶粒和共晶碳化物 ,改善韧性 ,提高回火稳定性 [ 3 ] 。Cr12MoV 钢淬火后含有大量的残留奥氏体 , 热处理畸变小 [ 3, 5 ] 。Cr12MoV 钢属高碳高 铬钢 ,耐磨性高 ,韧性差 。组织中含有大量的共晶碳化物 ,碳化物偏析较严重 ,特别在模具尺寸较大时导致锻 造变形的方向性和强韧性降低 。 电渣钢是由电炉钢冶炼坯料经过电渣重熔制得 ,电渣重熔工艺可以大幅提高钢材的冶金质量 , 降低非金属夹杂物含量 ,等向性能较好 ,碳化物分布均匀且细小 。经过重熔后非金属夹杂物 的数量 降到原来 的 1 / 3[ 3, 6 ] 。电渣钢与普通电炉钢市场价格相差不多 , 企 业能够承受 。

2.4 淬回火工艺改进

Cr12MoV 钢的导热性差 , 为减少热应力 , 淬火加 热前 在 箱 式 炉 中保 温 预

热 ( 820 ℃ ±10℃按 40 s/mm ) ,奥氏体化温度 1000 ～1020 ℃,等温淬火 ; 160 ～400 ℃回火 。采用等温淬火工艺 ,其优点是在不 降低模具强度的同时 ,能大幅度提高工件的韧性 ,使用 寿命可提高约 30% ～50% [ 3 ] 。

2.5 原热处理工艺

工艺曲线 ,在箱式炉中保温预热820 ℃ ±10℃按 40 s/mm ,高温盐浴中1020℃ ±

10 ℃ 按 6 s/mm 加热保温 。然后直接淬入 250 ～300 ℃等温硝盐槽中 , 1 h 后出炉空冷至室温 , 200 ×3 h 回火 2 ～3 次 ,硬度为 58～62 HRC。通过金相检验观察 , 发现保温时间过短 , Cr12MoV钢中大量的M C 合金碳化物在淬火加热过程 中只能部分溶解。同时生产过程中 , 由于淬火模具批量大 ,冷却措施不足 ,等温淬火温度很难保持在 250 ～300℃之间 ,经常达到 350 ～400℃,而在此温度区间正是上贝氏体的形成温度 ,上贝氏体的形成对模具性能极为有害 。

3结论

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4e32.html