冷作模具钢W18Cr4V

冷作模具钢W18Cr4V

引言

冷作模具是指在冷态下完成对金属或非金属材料的塑性变形的模具。其对制品的变形方式一般有弯曲、拉伸、冲裁、挤压、冷镦、滚丝、拉丝等。冷作模具在机械、轻工、电器仪表行业中应用极为广泛，它使用寿命的高低，直接影响生产效率和产品成本。

模具材料是模具制造的基础。合理选择冷作模具材料、正确实施热处理工艺是保证模具寿命、提高模具质量和使用效能的关键。尤其是在难成形材料不断涌现、成形工件形状日益复杂、精度要求越来越高的情况下，冷作模具对材料的使用性能和热处理工艺提出了更加严格和苛刻的要求。

目前，常用的冷作模具材料有冷作模具钢、硬质合金、陶瓷材料、铸铁等，但使用最多的是冷作模具钢和硬质合金。

简介W18Cr4V

1．W18Cr4v，常用的钨系高速钢的一种，牌号T51841它属于莱氏体钢，是高速钢应用最常用的一种。和其它高速钢一样，常被称为“白钢”、“锋钢”（空冷即可淬火）。

2．化学成分

3．红硬性

切削温度540度时，硬度可保持HRC66

切削温度600度时，硬度可保持HRC63

4．优点

通用性强，工艺成熟。

5.缺点

碳化物偏析严重，热塑性低，刀具硬度和红硬性满足不了加工特硬和特韧材料。合金元素含量多，成本高。

6.切削速度

80米/秒（600摄氏度）

7.用途

（1）.W18Cr4V是一极高速度钢适用于切削工具例如麻花锚，拉刀、攻牙、铣洗、切断、绞刀及其它。

（2）.以绩效而言，W18Cr4V是全方位钢种，在热硬性要求不最重要的情况下可被用于切削方面。

(3).W18Cr4V也适用于冷间的应用：举例来说在工具用来作冲孔、成形、冲压、及其它。本钢是兼具耐磨耗性和高韧性优越组合的高合金的冷间作业的钢种。

W18Cr4V钢的成分特点

在钢中，碳主要与铬、钨、钼和钒(碳化物的形成元素)等形成碳化物，以提高硬度、耐磨性及红硬性。钨是提高红硬性的主要元素，它在钢中形成碳化物。加热时，一部分碳化物溶入奥氏体，淬火后形成含有大量钨及其他合金元素、有很高回火稳定性的马氏体。在回火时，一部分钨以碳化物的形式弥散析出，造成二次硬化。在加热时，未溶的碳化物则起到阻止奥氏体晶粒长大的作用.钒能显著地提高高速钢的红硬性、硬度及耐磨性。钒形成的碳化物在加热时，部分溶入奥氏体，回火时以细小的质点弥散析出，造成二次硬化而提高钢的红硬性。铬在高速钢中主要是增加其淬透性，同时还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。钴也能显著提高钢的红硬性以提高硬度、耐磨性及红硬性。钨是提高红硬性的主要元素，它在钢中形成碳化物。加热时，一部分碳化物溶入奥氏体，淬火后形成含有大量钨及其他合金元素、有很高回火稳定性的马氏体。在回火时，一部分钨以碳化物的形式弥散析出，造成二次硬化。在加热时，未溶的碳化物则起到阻止奥氏体晶粒长大的作用，钒能显著地提高高速钢的红硬性、硬度及耐磨性。钒形成的碳化物在加热时，部分溶入奥氏体，回火时以细小的质点弥散析出，造成二次硬化而提高钢的红硬性。铬在高速钢中主要是增加其淬透性，

同时还能提高钢热时，为了防止过热或过烧，要严格控制上限温度。同时，炉内的的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。钴也能显著提高钢的红硬性。

W18Cr4V钢的组织结构

W18Cr4V的铸态组织包括呈骨骼状的、碳化物片状与马氏体或屈氏体相间排列的莱氏体，以及黑色组织和白色组织(马氏体和残余奥氏体)。高速钢的铸态组织和化学成分尤其不均匀，而且热处理也不能改变，因而必须进行压力加工，将粗大的共晶碳化物打碎，并使其均匀分布，然后再用以制造各种刃具及模具。

W18Cr4V的特性

（1）.由于W18Cr4V钢种加入大量W、Cr、V元素，使Fe-C相图中的ES线上升并左移，所以钢中出现大量的共晶莱氏体碳化物，其组织形态直接影响钢的性能及使用。故W18Cr4V需反复锻造加工，使其组织中出现的铸态鱼骨状共晶碳化物碎裂成细小的碳化物颗粒，并呈弥散分布才能使用。（2）.钢中加入Cr元素主要是提高钢的淬透性，固溶于基体强化基体组织，并改善钢的回火稳定性同时形成Cr的碳化物作为钢中的强化相。

（3）.钢中加入W、V主要是形成碳化物，作为钢中的强化相，提高钢的强度、硬度、耐磨性，同时细化晶粒改善钢的韧性。

（4）.钢在奥氏体化时W、V元素可以溶入到奥氏体当中进一步提高钢的淬透性，冷却后存在于基体组织中，强化基体组织，提高钢的回火稳定性。（5）.钢中加入C、Cr、W元素会使MS线下移，淬火后组织中存在大量的残余奥氏体在经回火冷却时会转变成马氏体，即出现二次淬火现象。而淬火组织中的马氏体因溶有大量的W、Cr、V元素使其保持相当稳定。在27℃回火时才有碳化物ε相析出，到400℃时碳化物ε转变为Fe3C相并进行聚集，此时马氏体硬度下降。回火温度在400℃以上开始生成特殊碳化物，400℃-500℃主要析出Cr的碳化物，500℃-600℃部分Fe3C重新溶解，回火马氏体中开始析出弥散度很高的碳化物W2C、VC，使硬度回升，即出现二次硬化现象。由于回火马氏体中溶有大量的W、Cr、V元素，使回火马氏体保持较高的硬度而析出的碳化物聚集的速度较缓慢，因而会产生显著的红硬性。

W18Cr4V锻造工艺

高速钢加热时很容易发生过烧，接近此温度范围的锻造很容易出现碎裂，应严格控制其加热温度。

1）.锻造温度范围

W18Cr4V属于高合金钢，其特点是升温速度慢,锻造温度范围窄。始锻温度为1100～1150°C，终锻温度为900～950°C。

2）.加热时间的确定

W18Cr4V钢的导热性差，一般需分段加热。低温段加热温度为800～900°C，加热时间一般按1mi n/ mm计算。高温时快速加热，加热时间一般按0. 5mi n/ mm计算。加坯料要装炉适量，还要不停地翻转，以使其内外温度均匀。

3）.锻造比

钢锭在锻造过程中，其锻造比都在8以上，因而锻造比选在5～7之间即可。

4）.加热火次的确定

W18Cr4V钢的加热火次由镦拔次数、设备能量以及操作工人的熟练程度来确定，一般要求前三火为三墩三拔或前四火为四镦四拔，最后一火修整成形。火次不宜太多，避免锻造抗力过大而开裂。

5）.操作过程

当坯料加热到工艺要求的温度后，即开始锻造。锤钴应预热到100～200℃，同时还要根据坯料横截面尺寸的大小以及零件的技术要求来选择最合适的锻造工艺。即轴向反复镦粗拔长法、径向“十字”锻造法和三向镦拔锻造法。操作过程要严格执行“两轻一重”的锻造方法，即当在高温段1100～1150℃时要轻击，以防止开裂；当锻造温度在1000～1050℃要重击，以保证能打碎碳化物；当锻坯温度低于1000℃时要轻击，以防内裂纹出现；当锻坯温度在900～950℃时停锻。

为避免锻造时出现裂纹，镦粗阶段重击不宜太重，镦粗后立即拔长。拔长时送给量要控制在锻件高度的0.6～0.8倍范围内。送给量过小锻不透，过大会产生“十字”裂纹。镦粗时要避免单面变形或发生歪斜。拔长时翻转毛坯要均匀，拔圆时要先倒角，不要在同一地方多次锤击。当发现坯料细小的裂纹时，应及时加以铲除后再锻。

6）.锻后冷却及退火

a) 锻件锻后应立即放入白灰箱或干砂箱中掩埋缓冷，不可有外露部分。锻件埋入前白灰或干砂的温度以100～200℃为宜。小锻件锻后可在炉内保温，随炉冷却到50℃出炉空冷。

b) 锻件冷却后应立即退火（W18Cr4V的退火工艺有普通退火和等温退火两种），退火的目的不仅是为了消除内应力、降低硬度以利于切削加工同时也为以后的淬火准备较好的原始显微组织。

小结