บทนำเกี่ยวกับเหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็น

เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นส่วนใหญ่ใช้สำหรับการปั๊ม การตัด การขึ้นรูป การดัด การอัดรีดแบบเย็น การดึงแบบเย็น แม่พิมพ์โลหะผง ฯลฯ เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นต้องมีความแข็งสูง ทนทานต่อการสึกหรอสูง และความเหนียวเพียงพอ โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ ประเภททั่วไปและประเภทพิเศษ ตัวอย่างเช่น เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นอเนกประสงค์ในสหรัฐอเมริกามักมีเกรดเหล็กสี่เกรด ได้แก่ 01, A2, D2 และ D3 ตารางที่ 4 แสดงการเปรียบเทียบเกรดเหล็กของเหล็กกล้าแม่พิมพ์โลหะผสมงานเย็นอเนกประสงค์อเนกประสงค์ในประเทศต่างๆ ตามมาตรฐาน JIS ของญี่ปุ่น เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นประเภทหลักที่สามารถใช้ได้คือซีรีส์ SK รวมถึงเหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอนซีรีส์ SK เหล็กกล้าเครื่องมือโลหะผสมซีรีส์ SKD 8 ซีรีส์ และเหล็กกล้าความเร็วสูงซีรีส์ SKHMO 9 ซีรีส์ รวมเป็นเกรดเหล็กทั้งหมด 24 เกรด มาตรฐานเหล็กกล้าเครื่องมือโลหะผสม GB/T1299-2000 ของจีนมีเหล็กกล้าทั้งหมด 11 ประเภท ซึ่งถือเป็นซีรีส์ที่ค่อนข้างสมบูรณ์ ด้วยการเปลี่ยนแปลงในเทคโนโลยีการประมวลผล วัสดุที่ผ่านการประมวลผล และความต้องการแม่พิมพ์ ชุดพื้นฐานดั้งเดิมไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ โรงงานเหล็กของญี่ปุ่นและผู้ผลิตเหล็กสำหรับเครื่องมือและแม่พิมพ์รายใหญ่ในยุโรปได้พัฒนาเหล็กกล้าสำหรับแม่พิมพ์งานเย็นพิเศษ และค่อยๆ สร้างชุดเหล็กกล้าสำหรับแม่พิมพ์งานเย็นตามลำดับ การพัฒนาเหล็กกล้าสำหรับแม่พิมพ์งานเย็นเหล่านี้ยังเป็นทิศทางการพัฒนาของเหล็กกล้าสำหรับแม่พิมพ์งานเย็นอีกด้วย

เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นชุบแข็งด้วยอากาศโลหะผสมต่ำ

ด้วยการพัฒนาของเทคโนโลยีการอบชุบด้วยความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการชุบด้วยสูญญากาศอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมแม่พิมพ์ เพื่อลดการเสียรูปจากการชุบแข็ง เหล็กกล้าไมโครดีเฟนซิ่งดับด้วยอากาศที่มีโลหะผสมต่ำบางชนิดได้รับการพัฒนาในประเทศและต่างประเทศ เหล็กประเภทนี้ต้องมีการชุบแข็งและการอบชุบด้วยความร้อนที่ดี มีการเสียรูปเล็กน้อย ความแข็งแรงและความเหนียวที่ดี และมีความต้านทานการสึกหรอในระดับหนึ่ง แม้ว่าเหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นที่มีโลหะผสมสูงมาตรฐาน (เช่น D2, A2) จะมีความสามารถในการชุบแข็งที่ดี แต่ก็มีปริมาณโลหะผสมสูงและมีราคาแพง ดังนั้น เหล็กกล้าไมโครดีเฟนซิ่งที่มีโลหะผสมต่ำบางชนิดจึงได้รับการพัฒนาในประเทศและต่างประเทศ โดยทั่วไป เหล็กประเภทนี้จะมีองค์ประกอบโลหะผสม Cr และ Mn เพื่อปรับปรุงการชุบแข็ง โดยทั่วไป ปริมาณองค์ประกอบโลหะผสมทั้งหมดจะน้อยกว่า 5% เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำด้วยชุดการผลิตขนาดเล็ก แม่พิมพ์ที่ซับซ้อน เกรดเหล็กที่เป็นตัวแทนได้แก่ A6 จากสหรัฐอเมริกา, ACD37 จาก Hitachi Metals, G04 จาก Daido Special Steel, AKS3 จาก Aichi Steel เป็นต้น เหล็ก GD ของจีน หลังจากผ่านการชุบแข็งที่อุณหภูมิ 900°C และอบอ่อนที่อุณหภูมิ 200°C สามารถรักษาปริมาณออสเทไนต์ที่คงอยู่ได้ในระดับหนึ่ง และมีความแข็งแรง ความเหนียว และความเสถียรของมิติที่ดี สามารถใช้ทำแม่พิมพ์ปั๊มเย็นที่มีแนวโน้มจะแตกและหักได้ง่าย มีอายุการใช้งานยาวนาน

เหล็กแม่พิมพ์ดับไฟ

เพื่อลดรอบการผลิตแม่พิมพ์ ลดความซับซ้อนของกระบวนการอบชุบ ประหยัดพลังงาน และลดต้นทุนการผลิตแม่พิมพ์ ญี่ปุ่นได้พัฒนาเหล็กกล้าแม่พิมพ์สำหรับงานเย็นพิเศษบางชนิดสำหรับความต้องการการชุบแข็งด้วยเปลวไฟ เหล็กกล้าทั่วไปได้แก่ SX105V (7CrSiMnMoV), SX4 (Cr8), HMD5, HMD1 ของ Hitachi Metal, เหล็กกล้า G05 ของ Datong Special Steel Company เป็นต้น จีนได้พัฒนา 7Cr7SiMnMoV เหล็กกล้าประเภทนี้สามารถใช้ในการให้ความร้อนใบมีดหรือส่วนอื่นๆ ของแม่พิมพ์โดยใช้ปืนพ่นออกซีอะเซทิลีนหรือเครื่องทำความร้อนอื่นๆ หลังจากประมวลผลแม่พิมพ์แล้วจึงระบายความร้อนด้วยอากาศและชุบแข็ง โดยทั่วไปแล้ว เหล็กกล้าประเภทนี้สามารถใช้ได้โดยตรงหลังจากการชุบแข็ง เนื่องจากกระบวนการที่เรียบง่าย จึงใช้กันอย่างแพร่หลายในญี่ปุ่น เหล็กกล้าประเภทที่เป็นตัวแทนของเหล็กกล้าประเภทนี้คือ 7CrSiMnMoV ซึ่งมีความสามารถในการชุบแข็งได้ดี เมื่อเหล็กขนาด φ80 มม. ได้รับการชุบแข็งด้วยน้ำมัน ความแข็งที่ระยะห่าง 30 มม. จากพื้นผิวจะสูงถึง 60HRC ความแตกต่างของความแข็งระหว่างแกนและพื้นผิวคือ 3HRC เมื่อชุบแข็งด้วยเปลวไฟ หลังจากอุ่นล่วงหน้าที่อุณหภูมิ 180~200°C และให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 900-1000°C เพื่อชุบแข็งด้วยปืนฉีดพ่น ความแข็งจะสูงถึง 60HRC และจะได้ชั้นชุบแข็งที่มีความหนามากกว่า 1.5 มม.

เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นที่มีความเหนียวสูง ทนทานต่อการสึกหรอสูง

เพื่อปรับปรุงความเหนียวของเหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นและลดความต้านทานการสึกหรอของเหล็ก บริษัทผลิตเหล็กกล้าแม่พิมพ์ต่างประเทศรายใหญ่บางแห่งได้พัฒนาเหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นที่มีความเหนียวสูงและทนต่อการสึกหรอสูงอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปแล้วเหล็กประเภทนี้จะมีคาร์บอนประมาณ 1% และโครเมียม 8% เมื่อเติม Mo, V, Si และองค์ประกอบโลหะผสมอื่นๆ คาร์ไบด์ของเหล็กจะละเอียด กระจายสม่ำเสมอ และมีความเหนียวสูงกว่าเหล็กประเภท Cr12 มาก ในขณะที่มีความต้านทานการสึกหรอใกล้เคียงกัน ความแข็ง ความแข็งแรงในการดัด ความแข็งแรงในการล้า และความเหนียวในการแตกของเหล็กประเภทนี้สูง และความเสถียรในการป้องกันการอบชุบยังสูงกว่าเหล็กแม่พิมพ์ประเภท Crl2 อีกด้วย เหล็กประเภทนี้เหมาะสำหรับงานเจาะความเร็วสูงและงานเจาะหลายสถานี เหล็กประเภทตัวแทนของเหล็กประเภทนี้คือ DC53 ของญี่ปุ่นที่มีปริมาณ V ต่ำและ CRU-WEAR ที่มีปริมาณ V สูง DC53 ผ่านการชุบแข็งที่อุณหภูมิ 1,020-1,040°C และความแข็งสามารถถึง 62-63HRC หลังจากทำการระบายความร้อนด้วยอากาศ สามารถอบคืนตัวได้ที่อุณหภูมิต่ำ (180 ~ 200℃) และการอบคืนตัวที่อุณหภูมิสูง (500 ~ 550℃) ความเหนียวสามารถสูงกว่า D2 1 เท่า และประสิทธิภาพความล้าสูงกว่า D2 20% หลังจากการตีขึ้นรูปและรีดแบบ CRU-WEAR จะได้รับการอบอ่อนและออสเทนไนซ์ที่อุณหภูมิ 850-870℃ ต่ำกว่า 30℃/ชั่วโมง ทำให้เย็นลงที่ 650℃ และปลดปล่อย ความแข็งสามารถเข้าถึง 225-255HB สามารถเลือกอุณหภูมิการดับได้ในช่วง 1020 ~ 1120℃ ความแข็งสามารถเข้าถึง 63HRC อบคืนตัวที่ 480 ~ 570℃ ตามเงื่อนไขการใช้งาน โดยมีผลการชุบแข็งรองที่ชัดเจน ความทนทานต่อการสึกหรอ และความเหนียวดีกว่า D2

เหล็กฐาน (เหล็กความเร็วสูง)

เหล็กกล้าความเร็วสูงได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในต่างประเทศเพื่อผลิตแม่พิมพ์งานเย็นประสิทธิภาพสูงอายุการใช้งานยาวนาน เนื่องจากมีความทนทานต่อการสึกหรอและความแข็งสีแดงที่ยอดเยี่ยม เช่น เหล็กกล้าความเร็วสูงมาตรฐานทั่วไปของญี่ปุ่น SKH51 (W6Mo5Cr4V2) เพื่อให้เหมาะกับความต้องการของแม่พิมพ์ ความเหนียวมักจะได้รับการปรับปรุงโดยการลดอุณหภูมิการชุบแข็ง ความแข็งในการชุบแข็ง หรือการลดปริมาณคาร์บอนในเหล็กกล้าความเร็วสูง เหล็กเมทริกซ์พัฒนาจากเหล็กกล้าความเร็วสูง และองค์ประกอบทางเคมีเทียบเท่ากับองค์ประกอบเมทริกซ์ของเหล็กกล้าความเร็วสูงหลังการชุบแข็ง ดังนั้น จำนวนคาร์ไบด์ที่เหลือหลังการชุบแข็งจึงน้อยและกระจายสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยปรับปรุงความเหนียวของเหล็กได้อย่างมากเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าความเร็วสูง สหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นศึกษาเหล็กพื้นฐานที่มีเกรด VascoMA, VascoMatrix1 และ MOD2 ในช่วงต้นทศวรรษปี 1970 ล่าสุดมีการพัฒนา DRM1, DRM2, DRM3 เป็นต้น โดยทั่วไปใช้สำหรับแม่พิมพ์งานเย็นที่ต้องการความเหนียวสูงและเสถียรภาพในการต้านทานการอบชุบที่ดีกว่า จีนยังได้พัฒนาเหล็กพื้นฐานบางชนิด เช่น 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb), 65W8Cr4VTi, 65Cr5Mo3W2VSiTi และเหล็กอื่นๆ เหล็กประเภทนี้มีความแข็งแรงและความเหนียวดี และใช้กันอย่างแพร่หลายในการอัดรีดแบบเย็น การเจาะเย็นแผ่นหนา ล้อรีดเกลียว แม่พิมพ์พิมพ์ แม่พิมพ์ปั๊มขึ้นรูปเย็น ฯลฯ และสามารถใช้เป็นแม่พิมพ์อัดรีดแบบอุ่นได้

แม่พิมพ์เหล็กผงโลหะ

เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นโลหะผสมสูงชนิด LEDB ที่ผลิตโดยกระบวนการทั่วไป โดยเฉพาะวัสดุที่มีหน้าตัดขนาดใหญ่ มีคาร์ไบด์ยูเทกติกหยาบและการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งลดความเหนียว ความสามารถในการเจียร และไอโซทรอปิกของเหล็กลงอย่างมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทเหล็กพิเศษต่างประเทศรายใหญ่ที่ผลิตเหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือและแม่พิมพ์ได้มุ่งเน้นไปที่การพัฒนาเหล็กกล้าความเร็วสูงและเหล็กกล้าแม่พิมพ์โลหะผสมสูงจากผงโลหะ ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาเหล็กประเภทนี้อย่างรวดเร็ว การใช้กระบวนการโลหะผงทำให้ผงเหล็กที่ผ่านกระบวนการอะตอมเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว และคาร์ไบด์ที่เกิดขึ้นจะละเอียดและสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยปรับปรุงความเหนียว ความสามารถในการเจียร และไอโซทรอปิกของวัสดุแม่พิมพ์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ด้วยกระบวนการผลิตพิเศษนี้ คาร์ไบด์จึงละเอียดและสม่ำเสมอ และประสิทธิภาพในการตัดเฉือนและการเจียรได้รับการปรับปรุง ทำให้สามารถเพิ่มปริมาณคาร์บอนและวาเนเดียมในเหล็กได้มากขึ้น จึงพัฒนาเหล็กกล้าประเภทใหม่ขึ้นมาหลายชุด ตัวอย่างเช่น ซีรีส์ DEX ของ Datong ของญี่ปุ่น (DEX40, DEX60, DEX80 เป็นต้น) ซีรีส์ HAP ของ Hitachi Metal ซีรีส์ FAX ของ Fujikoshi ซีรีส์ VANADIS ของ UDDEHOLM ซีรีส์ ASP ของ Erasteel ของฝรั่งเศส และเหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือและแม่พิมพ์โลหะผงของบริษัท CRUCIBLE ของอเมริกา กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว เหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือและแม่พิมพ์โลหะผง เช่น CPMlV, CPM3V, CPMlOV, CPM15V เป็นต้น ได้รับการพัฒนาให้ทนทานต่อการสึกหรอและมีความเหนียวดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัดเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าสำหรับเครื่องมือและแม่พิมพ์ที่ผลิตโดยกระบวนการทั่วไป