[其他]高强韧性工模具钢

说明书

本发明系高强韧性工模具钢。其主要特征是综合性能良好，强韧性见著，强硬性兼优，耐磨性高，高温性能好，因而适用范围广，可作冷热工模具兼用，使用寿命高，比常用工模具钢提高几倍至十余倍。

随着国内外少无切削加工新工艺和难加工新材料的发展，对工模具材料提出各种新的更高的要求：不仅要求有高硬度、高红硬性、高强度等，而且还要求有高韧性、高疲劳性等特性。可是，目前国内外大量应用的工模具钢，如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr12、Cr12MoV等，虽然硬度、红硬性、抗压强度等性能高，但冲击韧性、抗弯强度、疲劳性能等不足，以致制作承受冲击应力较大的工模具，普遍存在着使用寿命甚低的问题。为寻求高强韧性工模具用新钢种，国内外开展了对基体钢类型新型模具钢的研制和应用。例如，美国VASCO公司的MA（5Cr4Mo3W2V）和MotrixⅡ（55Cr4Mo5-WVCo8）钢，日本特殊钢公司的Mo12（5Cr4Mo4W2V）钢;我国的65Nb（65Cr4W3Mo2VNb）钢和O12A1（5Cr4Mo3SiMnVA1）钢（见上海材料研究所编印的“几种新型模具钢”，第2页）等。这些钢，虽然强韧性、疲劳性能等，比常用工模具钢提高较大，但还存在着强硬性、红硬性、耐磨性等不足的弱点，以致钢的适用范围不广，还均属于专用性模具钢。

本发明的目的，在于立足我国资源条件和经济原则，提供综合性能良好、强韧性见著、耐磨性高、高温性能好、红硬性较高的多用性工模具用钢。它既可以作冷作模具，又可作热作模具，既可以作多种冲模具，又可作承受冲击力大的刀具及硅钢片轧辊等，具有一钢多用的特点。

本发明提供两种高强韧性工模具钢，即6W8Cr4VTi（代号GM1）和7Cr5Mo3W2VSiTi（代号GM2）钢。GM1钢的化学成份范围为（重量）：碳0.58～0.68%，钨7.5～9%，铬4.2～4.8%，钒0.8～1.2%，钛0.05～0.35%，硅≤0.6%，锰≤0.4%，硫≤0.03%，磷≤0.03%，铜＜0.30%，镍＜0.25%;GM2钢的化学成份为（重量）：碳0.62～0.72%，钨1.6～2.3%，铬4.5～5.2%，钒1.0～1.4%，钙2.8～3.4%，钛0.05～0.35%，硅0.8～1.2%，锰≤0.4%，硫≤0.03%，磷≤0.03%，铜＜0.3%，镍＜0.25%。

本发明钢化学成分确定的理由如下：

鉴于国内外常用工模具钢强韧性不够的主要原因，是因其中含有硬度虽高，但脆性大的过量合金碳化物较多，以致制作工模具使用时常易发生拆断、开裂、崩口等形式失效。因此，本发明为通过减少高速钢中的过量合金碳化物带来的脆性，来达到既保持高速钢适当的强硬性而又较大地提高强韧性，以实现一钢多用、适作多种工模具的目的，特在分析国内外现有工模具钢特性的基础上，对两种新型工模具钢的化学成份，既参考了两种高速钢的基本成份（GM1钢系参考W18Cr4V钢的基体成份50Cr4.4    W8.6V;GM2钢系参考W6Mo5Cr4V2钢基体成份50Cr4.6Mo3W2V），又根据碳平衡经验公式（C%＝0.033W+0.063Mo+0.200V+0.036Cr+0.250Ti+0.112Nb）和多种强化原理（如细晶粒强化、相变强化、析出强化、固溶强化等），为了进一步提高改善其性能，除适当地提高其碳含量，使钢还保持较高的强硬性、红硬性等性能之外，还结合我国资源条件和经济原则，在两钢中都添加了少量的强碳化物形成元素Ti，以进一步提高强韧性、耐磨性等，在GM2钢中，还增加了少量的铁素体强化元素Si，以进一步提高强韧性、疲劳性能等。

为确定Ti、Si、C在钢中的最佳含量，并初步探讨在钢中作用机理问题，本发明通过大量研究结果，得出如下几点：

1.在两钢中添加0.05～0.35%的Ti，对钢的强韧性（包括抗弯强度和冲击韧性等）提高显著。这主要是由于Ti在钢中起了细化晶粒并改善马氏体形态和弥散析出强化等作用。同时，Ti因在钢中形成高硬度的TiC，分布在高强韧性的基体上，以致对提高两钢的耐磨性也起了重要作用。

2.在GM2钢中将含硅量增加到0.8～1.2%时，能明显地提高钢的强韧性。这主要是Si在钢中强化了基体，起了固溶强化作用。