低碳马氏体在冷作模具中的应用

第01章：低碳钢冷作模具的低碳马氏体强烈淬火

一些**已在冷作模具钢标准中列入了低碳马氏体钢（≤0.25%C），例如在ISO4957.1999《冷作合金工具钢》中有下列钢种：5CRMO4钢（≤0.07%C）、7CRMONI2钢（≤0.10%C）、20CR13钢（0.16%~0.25%C）；德国工具钢种：21MNCR5钢（0.16%~0.24%C）、X6CRMO4钢（≤0.07%C）、15NICR18钢（0.10%~0.17%C）。

国内也有不少应用低碳马氏体钢强烈淬火工艺制造冷作模具的实例。

（1）20钢锯齿锁紧垫圈冲模 该冷冲模用于冲压65MN钢带（179HBS~217HBS）。原采用T10钢（48HRC~50HRC），使用寿命<1500次；后采用CR12MOV钢（48HRC~50HRC），使用寿命3000次；而采用20钢（46HRC~48HRC），使用寿命高达3~4万次，其处理工艺为：（910±10）℃加热，10%Nacl盐水冷却，不回火直接使用，而且成本低廉。

（2）Q235钢剪板机刀片螺栓锻件胎模冲头 曾选用GCR15、9SICR、T8及45钢，由于工件有咬模、粘模现象发生，锻坯很难从模具中冲出，致使冲头产生塑性变形、弯曲和断裂，寿命较短，每10件冲头约冲螺栓800~1200件；而采用Q235钢做冲头材料，经950℃×5MIN盐炉加热，10%Nacl盐水冷却淬火后不回火直接使用，硬度为36HRC~40HRC，每10件冲头能冲螺栓2000件以上，而且失效形式为塑性变形，消除了冲头使用中碎裂现象，保证了操作者的人身**。

（3）20CRMNTI钢压制铝套冷挤压模 D16、D20型压制钢丝绳铝套冷挤压模 原采用Crwmn钢淬火回火后，硬度为45HRC~50HRC，尽管硬度要求在冷挤压模中较低，但是由于Crwmn钢碳化物不均匀性比较严重，很难避免网状、带状碳化物，因此造成崩刃、开裂而早期失效，使用寿命仅为1000多件，有的仅几百件甚至几十件。选用20CRMNTI钢制作D16、D20铝套冷挤压模，经950℃加热盐水淬火后，不回火直接使用，模具硬度为46HRC~48HRC，压制铝套2000多件，仍在继续使用。

（4）20CR钢冷作模具 该钢经渗碳淬火表面强化处理后，可使模具表面获得细针状回火马氏体，硬度为58HRC~62HRC；心部获得低碳马氏体组织，硬度35HRC~40HRC，基体强韧性高，可满足冷作模具高硬度、高强度、高韧性的使用性能要求。例如，汽车软管锌合金接头八角模冲头，硬度要求58HRC~62HRC。原采用CR12MOV钢制造的八角模的寿命很短，往往不到2000件就断裂；把冲头材料换成20CR钢并经渗碳处理后，渗层深1.0MM~1.2MM，硬度为60HRC~62HRC，使用寿命提高到3万件。

2、中碳合金钢冷作模具的低碳马氏体高温淬火

对于中碳合金钢冷作模具，可以通过提高奥氏体化温度，使奥氏体晶粒更加均匀细化，碳含量趋于减少，Ms点升高，从而获得更多的低碳马氏体组织，提高模具的强韧性，有利于延长冷作模具的使用寿命。

（1）5CRMNMO钢冷镦机螺母冷镦模的高温淬火 将5CRMNMO钢的淬火温度提高到900℃~950℃，可得到几乎是单一的低碳马氏体组织。例如，用5CRMNMO钢制作的Z41.24型多工位冷镦机螺母冷镦模，经900℃~930℃加热，180℃分级淬火，200℃×2次低温回火处理后，使用寿命比CR12MOV钢的提高2.6倍，可完全取代T10A、9CRSI、CR12MOV钢制造较大截面的冷镦模。

（2）60SI2MNA钢冷镦螺帽4序冲模的高温淬火 60SI2MNA钢在高温淬火后，组织中板条马氏体数量增多，甚至可以获得全部板条马氏体组织，有较高的断裂韧度、冲击韧度和优良的耐磨性。60SI2MNA钢制冷镦螺帽4序冲模，经920℃~950℃淬火后，使用寿命比正常温度淬火的模具提高了2倍左右。

（3）5CRW2SI钢冷剪切模的高温淬火 5CRW2SI钢冷剪切模，经950℃淬火和250℃回火后，得到板条马氏体加少量均匀细化的碳化物和分布在板条马氏体边界的细小残留奥氏体的组织，可显著提高冷剪切模剪刃的强度和韧性，寿命提高1.5~5倍。

第03章：高碳钢冷作模具的低碳马氏体低温淬火

高碳钢冷作模具淬火温度愈低，奥氏体固溶碳含量也愈低，Ms温度愈高，低碳马氏体数量愈多。因此模具具有较高的耐磨性和强韧性，变形和开裂的几率很小。

（1）T10A钢冷镦模低温短时加热淬火 T10A钢冷镦模（光冲），按原工艺（780℃×20MIN盐浴加热淬火）处理时获得孪晶马氏体组织，存在显微裂纹，在冲击载荷作用下，由于韧性差，常产生崩刃。现采用750℃×14MIN盐浴加热淬火，200℃回火处理后，可以得到细小的片状马氏体和50%（体积分数）以上的低碳马氏体，减少了显微裂纹，在保证高硬度的同时，具有较高韧性，从而提高使用寿命近一倍。

（2）Crwmn钢制小型模具的低温淬火 一般用Crwmn钢制造生产手表用的小型凸模，经常规热处理后模具的使用寿命为1000~10000次，破损形式多为局部崩刃或整个头部断裂。Crwmn钢制小型凸模的低碳马氏体强韧化处理工艺为：700℃×10MIN预热，790℃×（3~4）Min盐浴炉加热，在180℃石腊中等温15MIN后，空冷，硬度为59HRC~61HRC；200℃×2H回火后，硬度为58HRC~60HRC，模具的刃磨寿命可达1~2万次，总寿命可达10~20万次。且在使用中不易发生崩刃及断裂现象，显示出有极高的断裂抗力。

（3）7CR7MO3V2SI（ＬD）钢冷挤压凸模的低温淬火 ＬD钢冷挤压凸模，按常规工艺1100℃~1150℃加热淬火处理后，使用寿命仅3000~4000次。改用1050℃×25MIN盐浴加热油冷和200℃×2.5H回火后，获得板条马氏体+弥散碳化物组织，硬度为60HRC~61HRC，使用寿命提高到2万次。