冷作模具用鋼及模具.pdf(模具導柱規格應該怎么選擇)
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冷作模具用鋼及模具.pdf
但是其量過剩時,殘留奧氏體增加,因此,不進行高溫的時效處理時,除得不到希望的硬度外,韌性也下降。
Mn量優選為0.15%以上,優選為1%以下,更優選為0.5%以下,進而優選為0.35%以下。
詳細地說,Cr量過于少時,淬火性不足,部分生成貝氏體,因此,硬度下降不能確保耐磨損性。
另外,Cr也是確保模具的耐腐蝕性有用的元素。
Cr量優選為5.5%以上,但其量過剩時,大量地生成粗大的Cr系碳化物,利用PVD處理形成的TiN皮膜易剝離。
另外,Cr量過剩時,由于熱處理后的收縮,硬質皮膜的耐久性降低。
因此,將Cr量的上限設定在7%,Cr量優選為6.5%以下。
Al不僅作為脫氧劑是有用的,而且是有助于Ni3Al等Al-Ni系金屬間化合物的析出強化產生的硬度提高及抑制HAZ軟化的元素。
另外,Al和N一起形成AlN析出物,是為防止淬火時的結晶粒粗大化,實現優異的韌性重要的元素。
考慮到這些,將Al的下限設定在0.01%。
Al量優選為0.02%以上,進而優選為0.03%以上。
另外,在工具鋼的領域中,為了使夾雜物的品質提高,通常盡量使Al量降低。
因此,在本發明中為了模具用鋼的硬度提高,優選HAZ軟化抑制及防止結晶粒粗大化,積極地添加Al。
本發明的Al的明確添加和現有技術相比是一個大的差別。
另一方面,Al量過剩時,反而會導致韌性下降,而且偏析增大,熱處理后的變形寸尺增大。
N是和Al一起形成AlN析出物,防止淬火時的結晶粒粗大化,為實現優異的韌性重要的元素。
為了實現優異的韌性將N量的下限設定在0.003%。
N量優選是0.004%以上且0.020%以下。
Cu是為實現ε-Cu的析出強化產生的硬度增加需要的元素,也有助于抑制HAZ軟化。
但其量過剩時,韌性降低,另外,易產生鍛造裂紋。
Cu量優選為0.30%以上且0.8%以下。
Ni是為實現Ni3Al等Al-Ni系金屬間化合物的析出強化產生的硬度增加需要的元素,也有助于抑制HAZ軟化。
另外,Ni通過和Cu并用,抑制Cu的過剩添加造成的熱脆性,可以防止鍛造時裂紋。
但其量過剩時,殘留奧氏體增加,不進行高溫時效時,除不能確保規定的硬度外,熱處理后膨脹。
Ni量優選為0.30%以上且0.8%以下。
Mo:0.5~3%及W:2%以下(含0%)。
Mo及W除都形成M6C型碳化物外,還是形成Ni3Mo系金屬間化合物等,有助于析出強化的元素。
但它們的量過剩時,過剩地生成上述的碳化物等,除導致韌性降低外,還使熱處理后的變形寸尺增加。
在本發明中將Mo作為必須成分,將W作為選擇成分,但也可以并用兩者。
W量理想的下限是0.02%,Mo量優選為0.7%以上且2.5%以下。
W量更優選是0.05%以上且1.5%以下。
根據確保切削性的觀點推薦優選含有S為0.002%以上,更優選為0.004%以上的量。
S量優選為0.07%以下,更優選為0.05%以下,進而優選為0.025%以下。
另外,在本發明中需要滿足下述(1)~(3)的必要條件{[]意味著各元素的含量(%)}。
上述(1)是將抑制粗大的Cr系碳化物生成作為目的而設定的。
[Cr]×[C]超過4時,粗大的Cr系碳化物生成,TiN皮膜易剝離。
另外,該積超過4時,除硬質皮膜的耐久性降低外,熱處理后的變形尺寸也增加。
[Cr]×[C]優選為3.8以下,更優選是3.7以下。
另外,該下限從抑制粗大的Cr系碳化物的生成及進而抑制熱處理后的變形尺寸等觀點來看,越小越好。
但是,也考慮有效地發揮添加Cr及C產生的上述作用后,優選大約為0.8。
上述(2)是為使微細的AlN形成,確保淬火后的韌性而設定的。
無論[Al]/[N]過于小,還是過于大,都難以得到微細的AlN析出物,不能確保優異的韌性。
(3)[Mo]+0.5×[W]:0.5~3.00%。
Mo及W如前所述,是有助于析出強化的元素,上述(3)主要是作為用于確保它們的析出強化產生的硬度增加的參數而設定的。
另外,通過控制該參數,可以良好地抑制HAZ軟化。
為了有效地發揮它們的作用,所以將上述(3)的下限設定在0.5%。
但Mo量及W量過剩時,過剩地添加碳化物除導致韌性降低外,熱處理后的變形尺寸也增加。
因此,將上述(3)的上限設定在3.00%。
上述(3)的下限優選是1.0%,更優選是1.2%,其上限優選是2.8%。
另外,在上述(3)中,[W]的系數(0.5)是考慮Mo的原子量是W的約1/2而設定的。
本發明的鋼中基本成分如上所述,余量是鐵及不可避免的雜質。
不可避免的雜質可以舉出例如,在制造過程中不可避地混入的元素等,具體地說,示例有P、O等。
P量優選大約0.05%以下,更優選0.03%以下。
O量優選大約是0.005%以下,更優選是0.003%以下,進而優選0.002%以下。
在本發明中,進而以改善其他的特性為目的,也可以含有下面的選擇成分。
V除形成VC等碳化物,有助于硬度提高外,還是抑制HAZ軟化有效的元素。
另外,是在母材的表面進行氣體滲氮、液體滲氮、等離子體滲氮等滲氮處理形成擴散硬化層時,對提高表面硬度及增加硬化層深度有效的元素。
為了有效地發揮這種作用,V量優選大約添加0.05%以上。
但其量過剩時,除固溶C量降低,導致母相即馬氏體組織的硬度降低外,韌性降低。
因此,在含有V時,將其量的上限設定在0.5%。
V量優選為0.4%以下,更優選為0.3%以下。
選自由Ti、Zr、Hf、Ta及Nb構成的組中選擇的至少一種元素合計0.5%以下(不含0%)。
這些元素都是氮化物形成元素,有助于該氮化物及AlN的微細分散化,其結果是防止結晶粒粗大化,有助于韌性提高的元素。
為了有效地發揮這種作用,優選大約以0.01%以上的量計含有Ti、以0.02%以上的量計含有Zr、以0.04%以上的量計含有Hf、以0.04%以上的量計含有Ta、以0.02%以上的量計含有Nb。
但這些量過剩時,固溶C量下降,導致馬氏體硬度降低。
因此,優選將上述元素的合計量設定在0.5%。
上述元素的合計量更優選為0.4%以下,進而優選是0.3%以下。
可以單獨含有上述元素,也可以二種以上并用。
Co提高Ms點,是對殘留奧氏體降低化有效的元素,因此,硬度提高。
為了有效地發揮上述作用,Co量優選大約為1%以上。
但其量過剩時,導致成本等上升,因此,優選將上限設定在10%。
模具的制作方法沒有特別地限定,列舉有一種方法例如,熔煉上述鋼后,熱鍛造后進行退火(例如,在約700℃經7小時保持后,以約17℃/hour的平均冷卻速度隨爐冷卻至400℃后,放冷)軟化后,利用切削加工以規定的形狀進行粗加工之后,在約950~1150℃的溫度進行固溶化處理,接著在約400~530℃進行時效處理,得到希望的硬度。
下面,列舉實施例更具體地說明本發明,本發明不受下面的實施例限制,不用說在適合上述、下述的宗旨的范圍內,可以適當地添加變更實施,它們都包含于本發明的技術范圍內。
使用表1記載的各鋼種,在真空感應溶解爐內熔煉150kg鋼錠后,加熱至約950~1150℃,鍛造成2塊40mmT×75mmW×約2000mmL的板,之后,以約60℃/hour的平均冷卻速度進行徐冷。
冷卻至100℃以下的溫度后,再加熱至約850℃的溫度,以約50℃/hour的平均冷卻速度進行徐冷(退火)。
使用如上所述制作的各退火材料,進行下述(1)~(3)的試驗。
從上述的退火材料裁剪出大約20mmT×20mmW×約15mmL尺寸的試驗片作為硬度測定用試驗片,對它進行下面的熱處理。
固溶化處理(淬火處理):在約1020~1030℃進行120分鐘加熱→空冷→時效處理(回火處理):在約400~560℃進行3小時保持→放冷。
如上所述,對使回火溫度在約400~560℃范圍內產生變化后的硬度使用維氏硬度計(AKASHI社制的規格AVK,重量5kg)進行測定,核查最大硬度(HV)。
在本實施例中,最大硬度是650HV以上視為合格。
固溶化處理(淬火處理):在約1020~1030℃進行120分鐘加熱→空冷→時效處理(回火處理):在約400~560℃進行3小時保持→空冷或放冷。
接著,如圖2所示,裁剪出具有10mmR的V切口部的試驗片作為韌性測定用試驗片(擺錘沖擊試驗片)。
使用該試驗片進行擺錘沖擊試驗,測定在室溫下的吸收能量(擺錘沖擊值)。
各選取3片擺錘沖擊試驗片,將它們的平均值視為擺錘沖擊值。
在本實施例中將擺錘沖擊值為20J以上的值評價為“韌性優異”。
從上述退火材料裁剪出大約尺寸的試驗片,進行和韌性試驗相同的熱處理,制成硬質皮膜的特性評價用試驗片。
對該試驗片在一般條件下進行TD處理、CVD處理及PVD處理,在表面上分別形成VC皮膜、TiC皮膜、TiN皮膜。
對如上所述形成的各硬質皮膜(VC、TiC及TiN皮膜)的20000倍的照片用掃描型電子顯微鏡(SEM)攝影,在任意的5個位置測定膜厚。
將5個位置測定值的平均值視為各硬質皮膜的膜厚(μm)。
在本實施例中,將VC膜及TiC皮膜的膜厚是7.0μm以上視為合格。
利用銷盤式磨損試驗測定各硬質皮膜(VC、TiC及TiN)的剝離限度負荷。
詳細地說,在負荷增加速度:100N/min及壓頭移動速度:10mm/min的條件下,使頂端的R半徑200μm的金鋼石壓頭壓入硬質皮膜-移動,將最先產生皮膜剝離的位置的負荷(N)作為剝離限度負荷求出。
在本實施例中,各硬質皮膜的剝離限度負荷為20N以上的值視為合格。
如從表1及2的結果明確,滿足本發明的必要條件的鋼No.6~12及14~23(最大)硬度、韌性(擺錘沖擊值)、VC或TiC皮膜的膜厚以及硬質皮膜厚(VC皮膜、TiC皮膜或TiN皮膜)的剝離限度負荷全部良好。
與之相對,不滿足本發明的任一必要條件的鋼No.1~5、13及24~31具有以下不良情況。
鋼No.1及2是C量及Cr量、[Cr]×[C]都過剩,因為粗大的Cr系碳化物,所以TiN皮膜的剝離限度負荷不充分。
另外,由于這是C及Cr量過剩,所以韌性也降低。
鋼No.3及4由于C量少,所以VC及TiC皮膜的膜厚不充分,其結果是,這些皮膜的剝離限度負荷降低。
鋼No.5由于Al量少,且[Al]/[N]的值小,所以韌性不充分。
鋼No.13由于Al量多,且[Al]/[N]的值小,所以韌性不充分。
鋼No.24由于Si量過剩,鋼No.25由于Mn量過剩,鋼No.26由于Cu及Ni量過剩,所以都是韌性不充分。
鋼No.27由于Mo量少,且[Mo]+0.5×[W]值小,所以硬度不充分。
鋼No.28由于[Mo]+0.5×[W]值大,所以韌性不充分。
鋼No.29由于選擇元素即V量過剩,所以韌性不充分。
模具導柱規格應該怎么選擇
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