本发明属于工具钢。 冷作模具钢失效形式有二种。一是正常磨损,二是早期崩刃或断裂。为解决冷作模具钢崩刃断裂问题。国外发展了高强韧性高合金基体钢和高强韧性低合金工具钢,如苏联的дu56、7×г2BM,美国的VASCO-MA、MatrixⅡ、L6、A6,英国的BA6,日本的GO等。我国也先后研制了65Nb、012A1、CG2、LD、Lm1、Lm2等改型基体钢。高强韧性高合金基体钢的缺点是合金度高(>10%),成本较高,工艺性能稍差,淬火回火温度高,不利于节能,不利于中、小型工厂使用。目前我国没有高强韧性低合金冷作模具钢,而дu56、A6、BA6等因不含硅,回火稳定性稍差,7×г2BM、GO等因不含镍,则韧性稍差。本发明所提出的冷作模具钢兼有高强韧性和回火稳定性好的优点,它的化学成分如下:碳含量0.50-0.80%,镍含量为0.50-2.50%,硅含量为0.50-2.50%,铬含量为0.50-2.50%,锰含量为0.50-2.00%,钼含量为0.20-1.00%,钒含量为0.10-0.80%。其余为铁和杂质。该冷作模具钢在电弧炉中冶炼,最佳热处理温度是870~930℃,回火温度是170~400℃。
本发明的技术要点是适宜的碳含量,以保证足够的硬度,获得较多的板条马氏体。同时加入Ni和Si,以强韧化基体,并加入Cr和Mn以保证钢的淬透性,还加入少量的细化晶粒的元素Mo和V,以形成特殊碳化物既可以细化晶粒又可以保证耐磨性,其合金度确保在5%以下,以保证良好的工艺性能。本发明的合金化方案配合合理的热处理工艺,使基体获得较多的板条马氏体和细小晶粒,且含有适量的残余奥氏体和细小均匀分布的碳化物,从而保证了本发明的高强韧性。
镍提高钢地强度、韧性和淬透性,但含量不易太高,否则成本高,被切削加工性下降。
硅提高钢的强韧性和抗回火稳定性,但含量过高会出现脱碳现象。
铬提高钢的淬透性和回火稳定性,但铬属于较强碳化物形成元素,生成的碳化物在低温加热时不易溶解,故不能含量过高。
锰提高钢的淬透性,又提高基体的强度。可使临界点下降,对降低淬火温度十分有利,但锰能促进晶粒长大,对韧性带来不利影响。
钼和钒用以防止晶粒长大,保证钢的耐磨性,稍微提高钼的含量有利于化学热处理。
表1给出了与本发明化学成分相同的试件成份范围。
表2给出本发明实施例和强韧性指标。抗弯试件采用10×10×120mm,跨距L=100mm。抗压试件尺寸φ5×10mm。一次冲击试件尺寸为10×10×55mm,C型缺口=12.7mm。小能量多次冲击试件尺寸φ14×140mm,缺口R=10mm,冲击能量为32.49kg-cm。断裂韧性试件尺寸10×20×100mm,跨距L=80mm。
表3给出本发明的变形度,试件尺寸φ10×50mm。
表4给出本发明淬火、回火硬度值。
本发明钢具有足够的硬度,优良的强韧性;合金元素<5%,热塑性好,成材率高,成本低;工艺性能好,退火易软化,碳化物细小均匀,无网状和带状出现,淬透性较高,淬火变形小,热处理工艺简单,淬火温度低,区间宽,采用低温回火,有利于节能,特别适合于中、小型工厂使用。解决了模具崩刃、断裂失效问题,主要在冷作模具上使用,也可以用于精密塑料模具,还可以在中、厚板冷剪刃,精密淬硬丝杠上使用,它可以轧成不同规格的钢材(如扁材或棒材)。