D2 D2国际上较广泛应用的高碳高铬冷作模具钢,属莱氏体钢,具有高的淬透性、淬硬性和高的耐磨性;高温抗氧化性能好,淬火和抛光后抗锈蚀能力好,热处理变形小。 D2化学成份 碳 C :1.40~1.6 硅 Si:≤0.60 锰 Mn:≤0.60 硫 S :≤0.030 磷 P :≤0.030 铬 Cr:11.50~13.00 镍 Ni:允许残余含量≤0.25 铜 Cu:允许残余含量≤0.30 钒 V :≤1.00 钼 Mo:0.70~1.20 硬度 退火 ≤255HB,压痕直径≥3.8mm; 淬火 ≥59HRC 热处理规范 淬火,820±15℃预热,1000±6℃(盐浴)或1010±6℃(炉控气氛)加热, 保温10~20min,空冷,200±6℃回火。 材料的特性 D2 钢是高耐磨微变形冷作模具钢, 属于风硬型工具钢。该钢碳的质量分数高达1.5%, 铬的质量分数高达11.5%, 经热处理后硬度可达60HRC, 但相对地延展性、韧性、耐锈能力较弱,钢材表面亦难作镜面磨光处理。随着冷冲压制品朝着高精度、高效率、多品种的发展, 要求模具钢具有较好的耐磨性和韧性。同Cr12MoV钢相比, 该钢在化学成分上增加了Mo、 V,改变了钢的铸造组织, 改善了菜氏体的形貌, 强韧性及耐磨性优于Cr12MoV钢, 提高了模具的使用寿命。由于该钢的屈服点及塑性变形抗力较 Cr12MoV 钢高, 因而其锻造性能及热塑成形性较Cr12MoV 钢略差。 使用范围 适用于复杂可能变形的工具钢,高耐磨性长寿命的各类冷冲压模具及冷剪切刃,搓丝板;冷挤压成形、拉伸膜、啤不锈钢片及高硬度材料的衡裁模等 典型应用举例 1) 用于冰箱压缩机后罩拉深模具, 淬火硬度56~58HRC。 2) 为提高D2冷作模具扁钢轧材的使用寿命, 采用添加稀土的方法, 则钢的耐磨性和冲击韧度均大为改善, 从而达到提高圆模具扁钢轧材使用寿命的目的。 3) 由于D2钢中的V、 Mo含量高于Cr12MoV钢, 具有更好的综合性能, 而传统的Cr12MoV钢将逐渐被取代。 4) 用D2钢制造的滚丝轮、离台调板冷冲模, 与Cr12MoV钢相比可提高使用寿命5 ~6 倍。 模具钢分类 美国按模具服役条件将模具钢分为三大类,美国金属学会工具钢委员会列出了:冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类。其中,冷作模具钢又分出12小类,热作模具钢9小类,塑 料模具钢2小类。每个小类的选材又取决于三个主要因素: ◆ 尺寸大小和形状的复杂性, ◆ 被加工的材料, ◆ 耐久性要求或设计寿命。 1.冷作模具钢 (1)分为五组:W组、O组、A组、D组、S组。 ◆ W组即水淬工具钢,有11个钢种,7个碳素工具钢,含碳量从0.7%-1.3%。 ◆ O组即油淬冷作模具钢(俗称油钢),有4个钢种,含碳量在0.85%-1.55%, ◆ A组即空淬中合金冷作模具钢,有9个钢种,含碳量从0.5%-2.25%。 ◆ D组即高碳高铬冷作模具钢,有7个钢种,含碳量0.9%-2.5%。 ◆ S组即耐冲击工具钢,有7个钢种,含碳量0.4%-0.6%。 用于冷作模具还有高速钢(HSS组)和超高速钢(SHSS组),钴基硬质合金和钢结硬质合金(HA组),粉末钢和工程陶瓷(PIM组),碳钨工具钢(F组),特殊用途工具钢(L组)。 (2)冷作模具钢的选用 冷作模具钢的主系列是高硬冷作类,主要用于要求高抗压和耐磨为主的模具,硬度高于HRC60-62。对于要求耐冲击、韧性高的模具,硬度低于HRC60- 62,主要用S类和部份A类和 普通的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模,如汽车外型冲压件,主要用铸铁类。简易或寿命数量少的用锌基合金或高分子复合材料。 高速钢和超高速钢在冷作模具中的应用迅速增长。主要是有高的"抗压强度/硬度" 比值。且硬度可在HRC60-70之间选择。 粉末模具钢有优良的耐磨寿命,硬度不大高HRC60-62,应用相当多。 碳素工具钢在寿命10万件的冲头或软材料冲压模仍有一定的应用范围。 2.热作模具钢 美国热作模具钢分二大类:热作模具钢,和超级热强合金。 热作模具由于在有温度的条件下工作,要求材料具有热强性和热耐磨性,为了保证模具的使用寿命模具要冷却,热冷交替模具会出现龟裂,即热疲劳裂纹,所以材料又要求有抗裂纹能力和抗热疲劳性能。 按热强性排列的主系列进行选材: 低合金调质模具钢(6G,6F2,6F3)→中铬热作模具钢(H11、H12、H13)→钨热作模具钢(H21,H22)。 非标准的热作模具钢:例如热镦锻模具用时效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时,可以选择6H1,6H2。 当要求模具以热作耐磨性为主时,可以选择D2,D4→M2,M4→粉末钢。钢结硬质合金、钴基硬质合金的高温耐磨性是很高的,但其热疲劳性(即冷热抗疲劳裂纹)很差,不能在急 冷急热状态下使用。 3.塑料模具钢 美国是 早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家,以P来表示为主,共分为五类。 ◆ 渗碳型塑料模具钢:P1,P2,P3,P4,P5,P6。这类钢含碳量很低,主要是美国早期及用挤压成型制模法,要求冷塑性好,有高的挤压性能,成型后表面渗碳淬火提高表面硬度,使用寿命长。芯部超低碳可使淬火时变形量 小。 ◆调质型塑料模具:P20,P21。目前塑料模具中P20的用量很大,已成为主体,大多数在预硬状态时使用。 ◆ 中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13,而L2和S7,O1和A2也有应用。这一类的特点是: (1)基本属二次硬化金钢,500-600oC时的热强性好。 (2)含铬较高,大气腐蚀性好。 (3)淬透性极好,适用于大模块。 ◆不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模,主要钢号有420,414L,440,416。 ◆时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。有两种,一种是P21低碳Ni-A1时效钢;另一类是18Ni马氏体时效钢。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。 塑料模具钢的选用 薄壁的塑料箱体,生产批量在小于10万件时,用P20,P21预硬态(HB250~300),腐蚀性较强时用414L。 高寿命的普通塑料模,用P6或P20,经渗碳一淬火后硬度在HRC54-58;塑料件不太大时,可用O1,S7。腐蚀性较强时用420。 非高温的热固性模用P6,P20经渗碳淬火后使用。腐蚀性强用420。 高温热固性塑料模用H13和S7或渗碳钢P4。这些含铬较高有好的抗回火性和抗高温氧化性。