Unterschied zwischen Kaltarbeitsstahl und Warmarbeitsstahl

Teil 1 -Kaltes ArbeitensterbenStahl

Kaltumformstahl umfasst Formen zur Herstellung von Stanz- und Schneidwerkzeugen (Stanz- und Stanzformen, Beschnittformen, Stempel, Scheren), Kaltstauchformen, Kaltfließpressformen, Biegeformen und Drahtziehformen usw.

1. Arbeitsbedingungen und Leistungsanforderungen für die KaltumformungMatrizenstahl

Während des Betriebs der KaltumformungMatrizenstahlAufgrund des hohen Verformungswiderstands des verarbeiteten Materials ist der Arbeitsteil der Form einem großen Druck, einer Biegekraft, einer Schlagkraft und einer Reibungskraft ausgesetzt.Daher ist der normale Grund für die Verschrottung von Kaltbearbeitungsformen im Allgemeinen der Verschleiß.Es gibt auch Fälle, in denen sie aufgrund von Bruch, Einsturzkräften und Verformungen, die die Toleranz überschreiten, vorzeitig versagen.

Im Vergleich zu Schneidwerkzeugstahl, KaltarbeitMatrizenstahlhat viele Ähnlichkeiten.Die Form muss eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit, eine hohe Biegefestigkeit und eine ausreichende Zähigkeit aufweisen, um einen reibungslosen Ablauf des Stanzprozesses zu gewährleisten.Der Unterschied liegt in der komplexen Form und Verarbeitungstechnologie der Form sowie in der großen Reibungsfläche und der hohen Verschleißgefahr, was eine Reparatur und ein Schleifen erschwert.Daher ist eine höhere Verschleißfestigkeit erforderlich.Wenn die Form arbeitet, ist sie einem hohen Stanzdruck ausgesetzt und aufgrund ihrer komplexen Form anfällig für Spannungskonzentrationen. Daher ist eine hohe Zähigkeit erforderlich.Die Form hat eine große Größe und eine komplexe Form und erfordert daher eine hohe Härtbarkeit, geringe Verformung und Rissneigung.Kurz gesagt, die Anforderungen an Härtbarkeit, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit bei der KaltumformungMatrizenstahlsind höher als die von Schneidwerkzeugstahl.Allerdings sind die Anforderungen an die Rothärte relativ gering oder im Grunde nicht erforderlich (da sie im kalten Zustand geformt wird), so dass auch einige für Kaltarbeitsformen geeignete Stahlsorten gebildet wurden, wie zum Beispiel die Entwicklung einer hohen Verschleißfestigkeit und Mikroverformung KaltarbeitMatrizenstahlund Kaltumformung mit hoher ZähigkeitMatrizenstahl.

2. Auswahl der Stahlsorte

Abhängig von den Einsatzbedingungen von Kaltumformformen kann die Auswahl der Stahlsorten normalerweise in die folgenden vier Situationen unterteilt werden:

①Calte Arbeitsform mit kleiner Größe, einfacher Form und geringer Belastung.

Kleine Locher und Scheren zum Schneiden von Stahlplatten können beispielsweise aus Kohlenstoff-Werkzeugstählen wie T7A, T8A, T10A und T12A hergestellt werden.Die Vorteile dieser Stahlsorte sind:Gute Verarbeitbarkeit, günstiger Preis und einfache Beschaffung.Seine Nachteile sind jedoch: geringe Härtbarkeit, geringe Verschleißfestigkeit und große Abschreckverformung.Daher eignet es sich nur für die Herstellung von Werkzeugen mit kleinen Abmessungen, einfachen Formen und geringen Belastungen sowie für Kaltumformformen, die eine geringe Härtungsschicht und eine hohe Zähigkeit erfordern.

② Kaltbearbeitungsformen mit großen Abmessungen, komplexen Formen und leichten Lasten.

Zu den am häufigsten verwendeten Stahltypen gehören niedriglegierte Schneidwerkzeugstähle wie 9SiCr, CrWMn, GCr15 und 9Mn2V.Der Abschreckdurchmesser dieser Stähle in Öl kann im Allgemeinen über 40 mm betragen.Unter diesen ist 9Mn2V-Stahl eine Art KaltarbeitMatrizenstahlin den letzten Jahren in China entwickelt, das kein Cr enthält.Es kann Cr-haltigen Stahl ganz oder teilweise ersetzen.

Die Karbidheterogenität und die Abschreckungsrissneigung von 9Mn2V-Stahl sind geringer als die von CrWMn-Stahl, und die Entkohlungsneigung ist geringer als die von 9SiCr-Stahl, während die Härtbarkeit größer ist als die von Kohlenstoff-Werkzeugstahl.Sein Preis ist nur etwa 30 % höher als der letztere, es handelt sich also um eine Stahlsorte, die es wert ist, beworben und verwendet zu werden.Allerdings hat 9Mn2V-Stahl auch einige Nachteile, wie z. B. eine geringe Schlagzähigkeit und Rissbildungserscheinungen, die bei der Herstellung und Verwendung auftreten.Darüber hinaus ist die Anlassstabilität schlecht und die Anlasstemperatur überschreitet im Allgemeinen 180 °C nicht.Beim Anlassen bei 200 °C beginnen Biegefestigkeit und Zähigkeit niedrige Werte zu zeigen.

9Mn2V-Stahl kann in Abschreckmedien mit relativ geringer Kühlkapazität wie Nitrat und heißem Öl abgeschreckt werden.Für einige Formen mit strengen Verformungsanforderungen und geringen Härteanforderungen kann austenitisches isothermes Abschrecken verwendet werden.

③ Kaltbearbeitungsformen mit großen Abmessungen, komplexen Formen und schweren Lasten.

Es müssen mittellegierte oder hochlegierte Stähle wie Cr12Mo, Crl2MoV, Cr6WV, Cr4W2MoV usw. verwendet werden. Darüber hinaus kann auch Schnellarbeitsstahl verwendet werden.

In den letzten Jahren hat der Trend zur Verwendung von Schnellarbeitsstahl als Kaltbearbeitungsformen zugenommen, es sollte jedoch darauf hingewiesen werden, dass es sich derzeit nicht mehr um die Verwendung der einzigartigen roten Hartfestigkeit von Schnellarbeitsstahl handelt, sondern vielmehr seine hohe Härtbarkeit und hohe Verschleißfestigkeit.Daher sollte es auch Unterschiede im Wärmebehandlungsprozess geben.

Bei der Verwendung von Schnellarbeitsstahl als Kaltform sollte zur Verbesserung der Zähigkeit eine Abschreckung bei niedriger Temperatur erfolgen.Beispielsweise beträgt die üblicherweise verwendete Abschrecktemperatur für Schneidwerkzeuge aus W18Cr4V-Stahl 1280–1290 °C.Bei der Herstellung von Kaltformformen sollte eine Abschreckung bei niedriger Temperatur bei 1190 °C erfolgen.Ein weiteres Beispiel ist W6Mo5Cr4V2-Stahl.Durch den Einsatz der Niedertemperaturabschreckung lässt sich die Lebensdauer deutlich verbessern, insbesondere durch eine deutliche Reduzierung der Verlustrate.

④ Kaltarbeitsformen, die Stoßbelastungen ausgesetzt sind und dünne Schneidenspalte aufweisen.

Wie oben erwähnt, bestehen die Leistungsanforderungen der ersten drei Arten von Kaltarbeitsstählen hauptsächlich in einer hohen Verschleißfestigkeit, daher werden hypereutektoider Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und sogar Ledeburitstahl verwendet.Bei einigen Kaltbearbeitungswerkzeugen, wie z. B. den Schneid- und Stanzwerkzeugen für den Seitenturm, die dünne Stoßverbindungen aufweisen und im Einsatz einer Stoßbelastung ausgesetzt sind, ist jedoch eine hohe Schlagzähigkeit erforderlich.Um diesen Widerspruch aufzulösen, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:

Ⅰ-Reduzieren Sie den Kohlenstoffgehalt und verwenden Sie untereutektoiden Stahl, um eine Verschlechterung der Zähigkeit des Stahls durch Primär- und Sekundärkarbide zu vermeiden.

Ⅱ-Das Hinzufügen von Legierungselementen wie Si und Cr zur Verbesserung der Anlassstabilität und Temperatur des Stahls (Anlassen bei 240–270 °C) ist vorteilhaft, um Abschreckspannungen vollständig zu eliminieren und die Leistung zu verbessern, ohne die Härte zu verringern.

Ⅲ-Fügen Sie Elemente wie W hinzu, um feuerfeste Karbide zu bilden, die die Körner verfeinern und die Zähigkeit verbessern.Zu den am häufigsten verwendeten Stählen für Kaltbearbeitungsformen mit hoher Zähigkeit gehören 6SiCr, 4CrW2Si, 5CrW2Si usw.

3. Möglichkeiten, das Leistungspotenzial von Kaltarbeitsstahl voll auszuschöpfen

Bei der Verwendung von Cr12-Stahl oder Schnellarbeitsstahl als Kaltbearbeitungsformen besteht ein großes Problem in der hohen Sprödigkeit des Stahls, der während des Gebrauchs zur Rissbildung neigt.Zu diesem Zweck ist es notwendig, Karbide durch geeignete Schmiedemethoden zu veredeln.Darüber hinaus sollten neue Stahlsorten entwickelt werden.Der Schwerpunkt bei der Entwicklung neuer Stahlsorten sollte auf der Reduzierung des Kohlenstoffgehalts von Stahl und der Anzahl karbidbildender Elemente liegen.

Cr4W2MoV-Stahl hat Vorteile wie hohe Härte, hohe Verschleißfestigkeit und gute Härtbarkeit.Es verfügt außerdem über eine gute Anlassstabilität und umfassende mechanische Eigenschaften.Es wird zur Herstellung von Siliziumstahlblechformen usw. verwendet. Es kann die Lebensdauer im Vergleich zu Cr12MoV-Stahl um mehr als das 1- bis 3-fache verlängern.Der Schmiedetemperaturbereich dieses Stahls ist jedoch eng und er neigt beim Schmieden zur Rissbildung.Die Schmiedetemperatur und die Betriebsspezifikationen sollten streng kontrolliert werden.

Cr2Mn2SiWMoV-Stahl weist eine niedrige Abschrecktemperatur, eine geringe Abschreckverformung und eine hohe Härtbarkeit auf.Dies wird als luftgekühlte Mikroverformung bezeichnetMatrizenstahl.

7W7Cr4MoV-Stahl kann W18Cr4V- und Cr12MoV-Stahl ersetzen.Sein Merkmal ist, dass die Ungleichmäßigkeit der Karbide und die Zähigkeit des Stahls erheblich verbessert wurden.

Teil2 -HeißarbeitenMatrizenstahl

1. Arbeitsbedingungen von Warmarbeitsformen

Zu den Warmbearbeitungsformen gehören Hammerschmiedeformen, Warmfließpressformen und Druckgussformen.Wie bereits erwähnt, ist das Hauptmerkmal der Arbeitsbedingungen von Warmarbeitsformen der Kontakt mit heißem Metall, was den Hauptunterschied zu den Arbeitsbedingungen von Kaltarbeitsformen darstellt.Daher werden die folgenden zwei Probleme auftreten:

(1) Das Oberflächenmetall des Formhohlraums wird erhitzt.Wenn Hämmerwerkzeuge arbeiten, kann die Oberflächentemperatur des Formhohlraums normalerweise über 300–400 °C und die heiße Extrusionsdüse über 500–800 °C erreichen;Die Temperatur des Druckgussformhohlraums hängt von der Art des Druckgussmaterials und der Gießtemperatur ab.Beim Druckguss von schwarzem Metall kann die Temperatur im Formhohlraum über 1000 °C erreichen.Solch hohe Einsatztemperaturen verringern die Oberflächenhärte und Festigkeit des Formhohlraums erheblich, wodurch dieser während des Gebrauchs anfällig für Falten wird.Die grundlegende Leistungsanforderung für heißMatrizenstahlist eine hohe thermoplastische Beständigkeit, einschließlich Hochtemperaturhärte und -festigkeit, und eine hohe thermoplastische Beständigkeit, die tatsächlich die hohe Anlassstabilität des Stahls widerspiegelt.Daraus ergibt sich der erste Weg zum Legieren von Warmgesenkstahl, d. h. durch Zugabe von Legierungselementen wie Cr, W, Si kann die Anlassstabilität des Stahls verbessert werden.

(2) An der Metalloberfläche des Formhohlraums kommt es zu thermischer Ermüdung (Risse).Die Arbeitseigenschaften heißer Formen sind intermittierend.Nach jeder Bildung von heißem Metall muss die Oberfläche des Formhohlraums durch Medien wie Wasser, Öl und Luft gekühlt werden.Daher wird der Arbeitszustand der heißen Form wiederholt erhitzt und abgekühlt, so dass das Oberflächenmetall des Formhohlraums eine wiederholte thermische Ausdehnung erfährt, das heißt, es wird wiederholt einer Zug- und Druckspannung ausgesetzt.Dadurch kommt es zu Rissen in der Oberfläche des Formhohlraums, was als thermische Ermüdung bezeichnet wird.Daher ist die zweite Grundleistungsanforderung für die heißeMatrizenstahlwird vorgeschlagen, das heißt, es weist eine hohe thermische Ermüdungsbeständigkeit auf.

Im Allgemeinen sind die Hauptfaktoren, die die Temperaturwechselbeständigkeit von Stahl beeinflussen, folgende:

① Die Wärmeleitfähigkeit von Stahl.Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Stahl kann den Grad der Erwärmung des Oberflächenmetalls der Form verringern und dadurch die Neigung von Stahl zur thermischen Ermüdung verringern.Es wird allgemein angenommen, dass die Wärmeleitfähigkeit von Stahl mit seinem Kohlenstoffgehalt zusammenhängt.Wenn der Kohlenstoffgehalt hoch ist, ist die Wärmeleitfähigkeit niedrig, sodass die Verwendung von Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt nicht für Warmarbeiten geeignet istMatrizenstahl.In der Produktion wird üblicherweise ein niedriger Kohlenstoffgehalt von Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (C0,3 % 5–0,6 %) verwendet, was zu einer Verschlechterung der Härte und Festigkeit des Stahls führen kann und auch schädlich ist.

② Der kritische Punkteffekt von Stahl.Normalerweise gilt: Je höher der kritische Punkt (Acl) von Stahl, desto geringer ist seine Neigung zur thermischen Ermüdung.Daher wird der kritische Punkt von Stahl im Allgemeinen durch die Zugabe der Legierungselemente Cr, W, Si und Blei erhöht.Dadurch wird die thermische Ermüdungsbeständigkeit von Stahl verbessert.

2. Stahl für häufig verwendete Warmbearbeitungsformen

(1) Stahl für Hammerschmiedegesenke.Generell gibt es zwei wichtige Probleme bei der Verwendung von Stahl für Hammerschmiedeformen.Erstens ist es im Betrieb Stoßbelastungen ausgesetzt.Daher müssen die mechanischen Eigenschaften des Stahls hoch sein, insbesondere hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen plastische Verformung und der Zähigkeit;Der zweite Grund besteht darin, dass die Querschnittsgröße des Hammerschmiedegesenks relativ groß ist (<400 mm), was eine hohe Härtbarkeit des Stahls erfordert, um eine gleichmäßige Mikrostruktur und Leistung des gesamten Gesenks sicherzustellen.

Zu den häufig verwendeten Gesenkstählen für das Hammerschmieden gehören 5CrNiMo, 5CrMnMo, 5CrNiW, 5CrNiTi und 5CrMnMoSiV.Für verschiedene Arten von Hammeraugenformen sollten unterschiedliche Materialien verwendet werden.Für sehr große oder große Hammerschmiedegesenke wird 5CrNiMo bevorzugt.Es können auch 5CrNiTi, 5CrNiW oder 5CrMnMoSi verwendet werden.5CrMnMo-Stahl wird üblicherweise für kleine und mittelgroße Hammerschmiedegesenke verwendet.

(2) Für Warmfließpressformen wird Stahl verwendet, und die Arbeitseigenschaft von Heißfließpressformen ist eine langsame Ladegeschwindigkeit.Daher ist die Heiztemperatur des Formhohlraums relativ hoch, normalerweise bis zu 500–800 °C.Die Leistungsanforderungen an diese Stahlsorte sollten sich hauptsächlich auf eine hohe Warmfestigkeit (dh hohe Anlassstabilität) und eine hohe Wärmeermüdungsbeständigkeit konzentrieren.Die Anforderungen an AK und Härtbarkeit können entsprechend gesenkt werden.Im Allgemeinen sind Heißextrusionsformen klein und betragen oft weniger als 70–90 mm.

Zu den häufig verwendeten Warmfließpressformen gehören 4CrW2Si, 3Cr2W8V und Warmformteile mit 5 % CrMatrizenstahlS.Unter diesen kann 4CrW2Si als Kaltumformung verwendet werdenMatrizenstahlund heiße ArbeitMatrizenstahl.Aufgrund unterschiedlicher Verwendungszwecke können unterschiedliche Wärmebehandlungsmethoden eingesetzt werden.Bei der Herstellung kalter Formen werden niedrigere Abschrecktemperaturen (870–900 °C) und eine Anlassbehandlung bei niedriger oder mittlerer Temperatur verwendet;Bei der Herstellung heißer Formen werden eine höhere Abschrecktemperatur (normalerweise 950–1000 °C) und eine Hochtemperatur-Anlassbehandlung verwendet.

(3) Stahl für Druckgussformen.Insgesamt ähneln die Leistungsanforderungen an Stahl für Druckgussformen denen für Warmfließpressformen, wobei eine hohe Anlassstabilität und Temperaturwechselbeständigkeit die Hauptanforderungen sind.Daher ist der üblicherweise verwendete Stahltyp im Allgemeinen derselbe wie der Stahl, der für Warmfließpressformen verwendet wird.Als Werkstoff kommen wie üblich Stähle wie 4CrW2Si und 3Cr2W8V zum Einsatz.Es gibt jedoch Unterschiede, wie zum Beispiel die Verwendung von 40Cr, 30CrMnSi und 40CrMo für Druckgussformen aus Zn-Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt;Für Druckgussformen aus Al- und Mg-Legierungen können 4CrW2Si, 4Cr5MoSiV usw. ausgewählt werden.Für Druckgussformen aus Cu-Legierung wird meist 3Cr2W8V-Stahl verwendet.

Fachmannsterben STeelSLieferant – Jinbaicheng Metal

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