مقدمه‌ای بر فولاد قالب سردکار

فولاد قالب سردکار عمدتاً برای پرس‌کاری، قالب‌گیری، شکل‌دهی، خم‌کاری، اکستروژن سرد، کشش سرد، قالب‌های متالورژی پودر و غیره استفاده می‌شود. این فولاد به سختی بالا، مقاومت در برابر سایش بالا و چقرمگی کافی نیاز دارد. به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شود: نوع عمومی و نوع خاص. به عنوان مثال، فولاد قالب سردکار عمومی در ایالات متحده معمولاً شامل چهار گرید فولادی است: 01، A2، D2 و D3. مقایسه گریدهای فولادی فولاد قالب آلیاژی سردکار عمومی در کشورهای مختلف در جدول 4 نشان داده شده است. طبق استاندارد JIS ژاپن، انواع اصلی فولاد قالب سردکار که می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند عبارتند از سری SK، شامل فولاد ابزار کربنی سری SK، 8 فولاد ابزار آلیاژی سری SKD و 9 فولاد تندبر سری SKHMO، که در مجموع 24 گرید فولادی را شامل می‌شود. استاندارد فولاد ابزار آلیاژی GB/T1299-2000 چین در مجموع شامل 11 نوع فولاد است که یک سری نسبتاً کامل را تشکیل می‌دهند. با تغییرات در فناوری پردازش، مواد فرآوری شده و تقاضا برای قالب‌ها، سری‌های اولیه اولیه نمی‌توانند نیازها را برآورده کنند. کارخانه‌های فولاد ژاپن و تولیدکنندگان اصلی فولاد ابزار و قالب در اروپا، فولاد قالب سردکار ویژه را توسعه داده‌اند و به تدریج سری‌های فولاد قالب سردکار مربوطه را تشکیل داده‌اند. توسعه این فولادهای قالب سردکار، جهت توسعه فولاد قالب سردکار نیز هست.

فولاد قالب سردکار کوئنچ شده در هوا با آلیاژ کم

با توسعه فناوری عملیات حرارتی، به ویژه کاربرد گسترده فناوری کوئنچ خلاء در صنعت قالب‌سازی، به منظور کاهش تغییر شکل کوئنچ، برخی از فولادهای میکرودفورماسیون کوئنچ شده با هوا با آلیاژ کم در داخل و خارج از کشور توسعه یافته‌اند. این نوع فولاد نیاز به سختی‌پذیری و عملیات حرارتی خوب دارد. تغییر شکل کمی دارد، استحکام و چقرمگی خوبی دارد و مقاومت سایشی خاصی دارد. اگرچه فولاد قالب سردکار پرآلیاژ استاندارد (مانند D2، A2) سختی‌پذیری خوبی دارد، اما محتوای آلیاژی بالایی دارد و گران است. بنابراین، برخی از فولادهای میکرودفورماسیون کم آلیاژ در داخل و خارج از کشور توسعه یافته‌اند. این نوع فولاد عموماً حاوی عناصر آلیاژی Cr و Mn برای بهبود سختی‌پذیری است. محتوای کل عناصر آلیاژی عموماً کمتر از 5٪ است. برای ساخت قطعات دقیق با دسته‌های تولید کوچک و قالب‌های پیچیده مناسب است. گریدهای فولادی نمونه شامل A6 از ایالات متحده، ACD37 از هیتاچی متالز، G04 از دایدو اسپشیال استیل، AKS3 از آیچی استیل و غیره هستند. فولاد GD چینی، پس از کوئنچ در دمای 900 درجه سانتیگراد و تمپر در دمای 200 درجه سانتیگراد، می‌تواند مقدار مشخصی از آستنیت باقیمانده را حفظ کند و از استحکام، چقرمگی و پایداری ابعادی خوبی برخوردار است. می‌توان از آن برای ساخت قالب‌های پرس سرد که مستعد لب‌پریدگی و شکستگی هستند، استفاده کرد. عمر مفید بالا.

فولاد قالب با قابلیت خنک شدن با شعله

به منظور کوتاه کردن چرخه ساخت قالب، ساده‌سازی فرآیند عملیات حرارتی، صرفه‌جویی در انرژی و کاهش هزینه ساخت قالب، ژاپن برخی از فولادهای قالب سردکار ویژه را برای الزامات کوئنچ شعله‌ای توسعه داده است. نمونه‌های معمول آن شامل فولادهای SX105V (7CrSiMnMoV) و SX4 (Cr8) شرکت فولاد آیچی، فولادهای HMD5 و HMD1 شرکت هیتاچی متال، فولاد G05 شرکت فولاد داتونگ اسپشیال و غیره است. چین فولاد 7Cr7SiMnMoV را توسعه داده است. این نوع فولاد را می‌توان برای گرم کردن تیغه یا سایر قسمت‌های قالب با استفاده از تفنگ اسپری اکسی استیلن یا سایر بخاری‌ها پس از پردازش قالب و سپس خنک شدن در هوا و کوئنچ استفاده کرد. به طور کلی، می‌توان آن را مستقیماً پس از کوئنچ استفاده کرد. به دلیل فرآیند ساده آن، به طور گسترده در ژاپن استفاده می‌شود. نوع فولاد نمونه این نوع فولاد 7CrSiMnMoV است که سختی‌پذیری خوبی دارد. وقتی فولاد φ80 میلی‌متری در روغن کوئنچ می‌شود، سختی در فاصله 30 میلی‌متری از سطح می‌تواند به 60 راکول (HRC) برسد. اختلاف سختی بین هسته و سطح 3 راکول است. هنگام کوئنچ با شعله، پس از پیش‌گرم کردن در دمای 180 تا 200 درجه سانتی‌گراد و گرم کردن تا 900 تا 1000 درجه سانتی‌گراد برای کوئنچ با تفنگ اسپری، سختی می‌تواند به بیش از 60 راکول برسد و یک لایه سخت‌شده بیش از 1.5 میلی‌متر حاصل می‌شود.

فولاد قالب سردکار با چقرمگی بالا و مقاومت سایشی بالا

به منظور بهبود چقرمگی فولاد قالب سردکار و کاهش مقاومت به سایش فولاد، برخی از شرکت‌های بزرگ تولید فولاد قالب خارجی به طور متوالی مجموعه‌ای از فولادهای قالب سردکار را با چقرمگی بالا و مقاومت به سایش بالا توسعه داده‌اند. این نوع فولاد عموماً حاوی حدود ۱٪ کربن و ۸٪ کروم است. با افزودن Mo، V، Si و سایر عناصر آلیاژی، کاربیدهای آن ریز و به طور یکنواخت توزیع شده‌اند و چقرمگی آن بسیار بالاتر از فولاد نوع Cr12 است، در حالی که مقاومت به سایش آن مشابه است. سختی، استحکام خمشی، استحکام خستگی و چقرمگی شکست آنها بالا است و پایداری ضد تمپر آنها نیز بالاتر از فولاد قالب نوع Crl2 است. آنها برای پانچ‌های پرسرعت و پانچ‌های چند ایستگاهی مناسب هستند. انواع فولاد نمونه این نوع فولاد، DC53 ژاپن با محتوای V کم و CRU-WEAR با محتوای V بالا هستند. DC53 در دمای ۱۰۲۰-۱۰۴۰ درجه سانتیگراد کوئنچ می‌شود و سختی آن پس از خنک شدن در هوا می‌تواند به ۶۲-۶۳HRC برسد. می‌توان آن را در دمای پایین (180 ~ 200℃) و دمای بالا (500 ~ 550℃) بازپخت کرد، چقرمگی آن می‌تواند 1 برابر بیشتر از D2 باشد و عملکرد خستگی آن 20٪ بیشتر از D2 است. پس از آهنگری و نورد CRU-WEAR، در دمای 850-870℃ آنیل و آستنیته می‌شود. کمتر از 30℃ در ساعت، تا 650℃ خنک شده و آزاد می‌شود، سختی می‌تواند به 225-255HB برسد، دمای کوئنچ را می‌توان در محدوده 1020 ~ 1120℃ انتخاب کرد، سختی می‌تواند به 63HRC برسد، با توجه به شرایط استفاده در دمای 480 ~ 570℃ بازپخت می‌شود، با اثر سخت شدن ثانویه واضح، مقاومت در برابر سایش و چقرمگی بهتر از D2 است.

فولاد پایه (فولاد پرسرعت)

فولاد تندبر به دلیل مقاومت عالی در برابر سایش و سختی قرمز، مانند فولاد تندبر استاندارد عمومی ژاپن SKH51 (W6Mo5Cr4V2)، به طور گسترده در خارج از کشور برای ساخت قالب‌های کار سرد با کارایی بالا و عمر طولانی مورد استفاده قرار گرفته است. به منظور انطباق با الزامات قالب، چقرمگی اغلب با کاهش دمای کوئنچ، سختی کوئنچ یا کاهش محتوای کربن در فولاد تندبر بهبود می‌یابد. فولاد ماتریس از فولاد تندبر توسعه یافته است و ترکیب شیمیایی آن معادل ترکیب ماتریس فولاد تندبر پس از کوئنچ است. بنابراین، تعداد کاربیدهای باقیمانده پس از کوئنچ کم و به طور مساوی توزیع شده است که چقرمگی فولاد را در مقایسه با فولاد تندبر تا حد زیادی بهبود می‌بخشد. ایالات متحده و ژاپن در اوایل دهه 1970 فولادهای پایه با گریدهای VascoMA، VascoMatrix1 و MOD2 را مورد مطالعه قرار دادند. اخیراً، DRM1، DRM2، DRM3 و غیره توسعه یافته‌اند. عموماً برای قالب‌های کار سرد که نیاز به چقرمگی بالاتر و پایداری ضد تمپر بهتری دارند، استفاده می‌شود. چین همچنین برخی از فولادهای پایه مانند 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb)، 65W8Cr4VTi، 65Cr5Mo3W2VSiTi و سایر فولادها را توسعه داده است. این نوع فولاد از استحکام و چقرمگی خوبی برخوردار است و به طور گسترده در اکستروژن سرد، پانچ سرد صفحات ضخیم، چرخ‌های نورد رزوه، قالب‌های فشاری، قالب‌های فورج سرد و غیره استفاده می‌شود و می‌تواند به عنوان قالب‌های اکستروژن گرم نیز مورد استفاده قرار گیرد.

فولاد قالب متالورژی پودر

فولاد قالب سردکار پرآلیاژ نوع LEDB که توسط فرآیندهای مرسوم، به ویژه مواد با مقطع بزرگ، تولید می‌شود، دارای کاربیدهای یوتکتیک درشت و توزیع ناهموار است که به طور جدی چقرمگی، قابلیت سنگ‌زنی و ایزوتروپی فولاد را کاهش می‌دهد. در سال‌های اخیر، شرکت‌های بزرگ فولاد ویژه خارجی که فولاد ابزار و قالب تولید می‌کنند، بر توسعه مجموعه‌ای از فولاد پرسرعت متالورژی پودر و فولاد قالب پرآلیاژ تمرکز کرده‌اند که منجر به توسعه سریع این نوع فولاد شده است. با استفاده از فرآیند متالورژی پودر، پودر فولاد اتمیزه شده به سرعت خنک می‌شود و کاربیدهای تشکیل شده ریز و یکنواخت هستند که به طور قابل توجهی چقرمگی، قابلیت سنگ‌زنی و ایزوتروپی ماده قالب را بهبود می‌بخشد. به دلیل این فرآیند تولید ویژه، کاربیدها ریز و یکنواخت هستند و قابلیت ماشینکاری و عملکرد سنگ‌زنی بهبود یافته و امکان افزودن کربن و وانادیوم بیشتر به فولاد فراهم می‌شود و در نتیجه مجموعه‌ای از انواع جدید فولاد توسعه می‌یابد. برای مثال، سری DEX شرکت Datong ژاپن (DEX40، DEX60، DEX80 و غیره)، سری HAP شرکت Hitachi Metal، سری FAX شرکت Fujikoshi، سری VANADIS شرکت UDDEHOLM، سری ASP شرکت Erasteel فرانسه و فولاد ابزار و قالب متالورژی پودر شرکت CRUCIBLE آمریکا به سرعت در حال توسعه هستند. با شکل‌دهی مجموعه‌ای از فولادهای متالورژی پودر مانند CPMlV، CPM3V، CPMlOV، CPM15V و غیره، مقاومت در برابر سایش و چقرمگی آنها در مقایسه با فولاد ابزار و قالب تولید شده با فرآیندهای معمولی به طور قابل توجهی بهبود یافته است.