d3模具鋼是高碳高鉻型冷作模具鋼的代表鋼號(hào)之一。含有極高量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的C2.00%~2.30%和Cr11.00%~13.00%,是屬于萊氏體鋼,所以有很高的淬透性、淬硬性和耐磨性,淬火變形小,但當(dāng)碳化物不均勻時(shí),變形量多向性且不規(guī)則,它的組織不良是其主要缺點(diǎn)。不均勻的碳化物很難用熱處理方法改善,除非改用粉末冶金法制造。
d3模具鋼抗沖擊韌度差,導(dǎo)熱性和高溫塑性也差,熱加工時(shí)要注意加熱和鍛造工藝。
該模具鋼也是國(guó)際通用的冷作模具鋼之一,但近來(lái)逐漸被更優(yōu)秀的鋼種如Cr12MoV、Cr12Mo1V1或基體鋼所取代。該模具鋼自前蘇聯(lián)的X12引進(jìn),1957年時(shí)即已納入標(biāo)準(zhǔn)(YB-1957)。
國(guó)外同類(lèi)型的鋼號(hào)有210Cr12(ISO),日本的SKD1(JIS),大同特鋼的DC1、日立金屬的CRD,奧地利百祿公司的K100,瑞典的SVERER3(UHB)等。
d3模具鋼主要用于要求高耐磨受沖擊負(fù)荷較小的冷沖模工作零件(凸模凹模)、冷擠壓模的凹模等),由于具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn),使用受到一定限制。
化學(xué)成分
C:2.00~2.30 Si:≦0.40 Mn:≦0.40 Cr:11.50~13.00 P:≦0.030 S:≦0.030
模具鋼性能要求
韌性
在工作過(guò)程中,模具承受著沖擊載荷,為了減少在使用過(guò)程中的折斷、崩刃等形式的損壞,要求模具鋼具有一定的韌性。
模具鋼的化學(xué)成分,晶粒度,純凈度,碳化物和夾雜物等的數(shù)量、形貌、尺寸大小及分布情況,以及模具鋼的熱處理制度和熱處理后得到的金相組織等因素都對(duì)鋼的韌性帶來(lái)很大的影響。特別是鋼的純凈度和熱加工變形情況對(duì)于其橫向韌性的影響更為明顯。鋼的韌性、強(qiáng)度和耐磨性往往是相互矛盾的。因此,要合理地選擇鋼的化學(xué)成分并且采用合理的精煉、熱加工和熱處理工藝,以使模具材料的耐磨性、強(qiáng)度和韌性達(dá)到佳的配合。
沖擊韌性系表特征材料在一次沖擊過(guò)程中試樣在整個(gè)斷裂過(guò)程中吸收的總能量。但是很多工具是在不同工作條件下疲勞斷裂的,因此,常規(guī)的沖擊韌性不能全面地反映模具鋼的斷裂性能。小能量多次沖擊斷裂功或多次斷裂壽命和疲勞壽命等試驗(yàn)技術(shù)正在被采用。
耐磨性
決定模具使用壽命重要的因素往往是模具材料的耐磨性。模具在工作中承受相當(dāng)大的壓應(yīng)力和摩擦力,要求模具能夠在強(qiáng)烈摩擦下仍保持其尺寸精度。模具的磨損主要是機(jī)械磨損、氧化磨損和熔融磨損三種類(lèi)型。為了改善模具鋼的耐磨性,就要既保持模具鋼具有高的硬度,又要保證鋼中碳化物或其他硬化相的組成、形貌和分布比較合理。對(duì)于重載、高速磨損條件下服役的模具,要求模具鋼表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜,保持潤(rùn)滑作用,減少模具和工件之間產(chǎn)生粘咬、焊合等熔融磨損,又能減少模具表面進(jìn)行氧化造成氧化磨損。所以模具的工作條件對(duì)鋼的磨損有較大的影響。
抗熱疲勞能力
熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外,還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用,因此,評(píng)價(jià)熱作模具鋼的斷裂抗力應(yīng)重視材料的熱機(jī)械疲勞斷裂性能。熱機(jī)械疲勞是一種綜合性能的指標(biāo),它包括熱疲勞性能、機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性三個(gè)方面。
熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命,抗熱疲勞性能高的材料,萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)次數(shù)較多;機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率反映材料在熱疲勞裂紋萌生之后,在鍛壓力的作用下裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展時(shí),每一應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展量;斷裂韌性反映材料對(duì)已存在的裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力。斷裂韌性高的材料,其中的裂紋如要發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展,必須在裂紋尖端具有足夠高的應(yīng)力強(qiáng)度因子,也就是必須有較大的裂紋長(zhǎng)度。在應(yīng)力恒定的前提下,在一種模具中已經(jīng)存在一條疲勞裂紋,如果模具材料的斷裂韌性值較高,則裂紋必須擴(kuò)展得更深,才能發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。
也就是說(shuō),抗熱疲勞性能決定了疲勞裂紋萌生前的那部分壽命;而裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性,可以決定當(dāng)裂紋萌生后發(fā)生亞臨界擴(kuò)展的那部分壽命。因此,熱作模具如要獲得高的壽命,模具材料應(yīng)具備高的抗熱疲勞性能、低的裂紋擴(kuò)展速率和高的斷裂韌性值。
抗熱疲勞性能的指標(biāo)可以用萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)數(shù),也可以用經(jīng)過(guò)一定的熱循環(huán)后所出現(xiàn)的疲勞裂紋的條數(shù)及平均的深度或長(zhǎng)度來(lái)衡量。
咬合抗力
咬合抗力實(shí)際就是發(fā)生“冷焊”時(shí)的抵抗力。該性能對(duì)于模具材料較為重要。試驗(yàn)時(shí)通常在干摩擦條件下,把被試驗(yàn)的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料(如奧氏體鋼)進(jìn)行恒速對(duì)偶摩擦運(yùn)動(dòng),以一定的速度逐漸增大載荷,此時(shí),轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大,該載荷稱(chēng)為“咬合臨界載荷”,臨界載荷愈高,標(biāo)志著咬合抗力愈強(qiáng)。
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