冷制模具钢的成分特点如下:
1.钢的含碳量
碳含量是影响冷模具钢性能的决定性因素。一般来说,随着碳含量的增加,钢的硬度、强度和耐磨性增加,塑性和韧性变差。碳的质量分数一般控制在0.7%~2.3%获得高碳马氏体,形成一定量的碳化物;对于需要抗冲击的高强度韧性冷模具,钢的碳质量分数一般控制在0.5%~0.7%,以确保模具获得足够的韧性。
2. 合金化特性
冷模钢合金化的主要特点是:添加强碳化物形成元素,获得足够数量的合金碳化物,提高钢的淬火和回火稳定性,以满足耐磨性和韧性的要求。添加的主要元素及其功能如下:
(1)锰锰会强烈提高钢的淬透性,大大降低钢的淬透性Ms点,提高淬火后残留的奥氏体量,有利于防止工件变形、淬裂,稳定形状尺寸。但降低钢的导热性,过热敏感性大,加剧第二类回火脆性。因此,锰应与钼、钒、铬、钨一起添加。抗冲击和高韧性冷模具钢的用量有限。
(2)硅会提高钢的淬火性和回火稳定性,显著提高变形阻力和冲击疲劳阻力;它还可以提高抗氧化性和耐腐蚀性。但硅促进钢中碳以石墨形式沉淀,导致脱碳倾向严重,增加钢的过热敏感性和二次回火脆性。
(3)铬能显著提高钢的淬透性,有效提高钢的回火稳定性。随着铬含量的增加,钢中依次产生(Fe·Cr),C、(Fe·Cr),C、(Fe·Cr)aC这些碳化物具有良好的稳定性,从而降低了钢的过热敏感性,提高了钢的耐磨性。铬钝化钢表面,使钢具有抗氧化能力。但高铬含量会增加碳化物的不均匀性和残留的奥氏体量。低合金冷模具钢中铬的质量分数一般为0.5%~1.5%;在高韧性冷作模具钢中,铬的质量分数为4%~5%;在高耐磨微变形模具钢中,铬的质量分数为6%~12%。
(4)铝钼可提高淬火和高温蠕变强度;回火稳定性和二次硬化效果也强于铬;抑制铬、锰、硅引起的第二次回火脆性,但钼会增加脱碳倾向。冷模钢中常用的钼质量分数一般为0.5%~5%。
(5)钨钨的一个主要优点是它会导致二次硬化,显著提高钢的热硬度;它比钼具有更好的提高耐磨性和过热敏感性。然而,钨会强烈降低钢的导热性,过量的钨也会使钨的碳化物不均匀,降低钢的强度和韧性。在高承载能力的冷模具钢中,钨的质量分数小于18%,并有用钼或钒代替钨以降低钨含量的趋势。
(6)钒主要以钒为主V.C,钢中存在形式。V.C,钒稳定不溶,硬度高,能显著提高钢的耐磨性和热硬度;钒还能细化晶粒,降低钢的过热敏感性。但我希望含量过高会降低钢的可锻性和磨削性。因此,钒的质量分数一般控制在0.2%~1.5%。
(7)钻、镍钻的主要作用是提高高速钢冷作模具的热硬性,增强二次硬化效果。在硬质合金冷作模具材料中,钻是重要的粘结剂。
镍不仅可以提高钢的强度,还可以提高钢的韧性,还可以提高钢的淬火性;当含量较高时,可以显著提高钢的耐腐蚀性。但镍有增加第二类回火脆性的倾向。