低变形冷作模具钢优化方案

低变形冷作模具钢是在碳素工具钢基础上加入少量合金元素而发展起来的。通常加入的元素有Cr、Mn、Si、W、V等。其主要作用是提高钢的淬透性，减少淬火变形开裂倾向，形成特殊碳化物，细化晶粒，提高耐回火性。因此，这类钢的强韧性、耐磨性、热硬性都比碳素工具钢高，使用寿命也比碳素工具钢长。

表2-11所示为低变形冷作模具钢的化学成分及基本特点，其中CrWMn、9Mn2V是典型的低变形冷作模具钢种。

表2-11 低变形冷作模具钢的化学成分及基本特点

1.CrWMn钢

（1）力学性能 图2-7、图2-8所示为CrWMn钢的力学性能与淬火温度的关系。由图可知，当采用800℃加热淬火时，在获得63HRC较高硬度的同时，还可以获得最高的抗弯强度和韧性。若继续提高淬火温度，硬度值上升，但冲击韧度、抗弯强度降低。当在温度高于850℃淬火时，硬度也开始下降，这与钢中残留奥氏体量的不断增大和奥氏体晶粒长大，片状马氏体变粗有关。

图2-7 淬火温度对CrWMn钢硬度、冲击韧度的影响（200℃×1h硝盐浴）

图2-8 淬火温度对CrWMn钢、T10A钢抗弯强度的影响

回火温度对力学性能的影响如图2-9～图2-11所示。由图可见，CrWMn钢要获得大于60HRC的硬度值，回火温度应不超过200～220℃，在此温度回火后，钢中残留奥氏体量也基本不变。在270℃以下回火时，抗弯强度及冲击韧度随回火温度上升而显著提高，但在250℃左右回火时会出现轻微的回火脆性，使钢的冲击韧度稍有下降。

图2-9 回火温度对CrWMn钢硬度及残留奥氏体量的影响

图2-10 回火温度对冲击韧度的影响

图2-11 回火温度对CrWMn钢抗弯强度的影响

等温淬火对提高CrWMn钢的强韧性有显著效果，如图2-12所示。等温温度通常在260～280℃，等温淬火后获得下贝氏体组织，因此，CrWMn钢等温淬火后比普通淬火的强韧性高，对易于产生断裂的模具可采用等温淬火。

（2）工艺性能CrWMn钢具有良好的可锻性，锻造温度为1140～800℃，锻后空冷到650～700℃转入热灰中缓冷。该钢碳化物偏析比较严重，锻后缓冷易形成网状碳化物，尤其是大规格的钢材，为了避免碳化物分布不均匀，有时需要反复镦粗拔长。

CrWMn钢锻后均需进行等温球化退火，退火工艺为：加热温度790～830℃，等温温度700～720℃，退火后的组织比较均匀，退火后硬度255～207HBW。如果锻造质量不高，出现严重网状碳化物或粗大晶粒时，必须在球化退火之前进行一次正火，正火温度为930～950℃。

CrWMn钢淬透性较好（油淬临界淬透直径为30～50mm），淬火变形小。直径40～50mm的钢件在低于200℃的硝盐槽中冷却即可淬透。(www.xing528.com)

（3）应用范围 CrWMn钢具有较好的淬透性，淬火变形小，耐磨性、热硬性、强韧性均优于碳素工具钢。主要用于制造要求变形小，形状较复杂的轻载冲裁模（冲裁板料厚度小于2mm），轻载拉深模、弯曲模、翻边模等。

图2-12 CrWMn钢两种淬火方法性能比较

---普通淬火 —等温淬火

图2-13 淬火温度对9Mn2V钢硬度的影响

2.9Mn2V钢

（1）力学性能 图2-13、图2-14分别表示9Mn2V钢的硬度、强韧性与淬火温度的关系。由图可见，淬火温度对力学性能的影响与CrWMn钢相近，但9Mn2V钢的淬火温度范围较宽，在840℃以下淬火，力学性能基本不变，这是因为加入了w（V）=0.25%强烈细化奥氏体晶粒的缘故。

图2-15所示为回火温度对9Mn2V钢的硬度、冲击韧度的影响。由图可见，在200～250℃回火时，出现了明显的回火脆性，其耐回火性也较差，如在200℃回火，硬度就降为59HRC以下。综上所示，9Mn2V钢适宜的回火温度为160～180℃。

（2）工艺性能9Mn2V钢碳化物不均匀性比CrWMn钢小，因此，可锻性要好些。锻造温度为1160～800℃，锻后空冷至650～700℃后转入砂冷。锻后需进行球化退火，退火工艺为：加热750～770℃，等温温度680～700℃，退火后硬度小于229HBW。

图2-14 淬火温度对9Mn2V钢强韧性的影响（150℃回火）

图2-15 回火温度对9Mn2V钢硬度、冲击韧度的影响（770℃淬火）

9Mn2V钢淬透性稍低于CrWMn钢（油淬临界淬透直径30mm），ϕ60～ϕ70mm的工件可在油中淬硬。淬火变形小，对于形状复杂的9Mn2V钢模具，采用100℃热油冷却时，其变形率为0.05%～0.08%，易实现微变形淬火。但9Mn2V钢经低温回火后，体积膨胀较大，往往造成模具型腔超差，在生产中应予以注意。

（3）应用范围9Mn2V钢碳化物颗粒细小均匀，冷加工工艺性、热加工工艺性都较好，但淬透性、淬硬性、耐回火性、强度稍低于CrWMn钢，并且有明显的低温回火脆性。9Mn2V钢广泛用于制作厚度小于4mm的冷冲模，刃磨寿命稳定在2万～3.5万次水平，比碱浴淬火的T10A钢提高50%～150%。

3.低变形冷作模具钢的热处理工艺

虽然低变形冷作模具钢的最终热处理工艺很多，但常规的热处理工艺见表2-12。

表2-12 低变形冷作模具钢的热处理工艺