ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเหล็กแม่พิมพ์งานเย็น

เหล็กแม่พิมพ์งานเย็นส่วนใหญ่จะใช้สำหรับการปั๊ม การปั๊มขึ้นรูป การขึ้นรูป การดัด การอัดขึ้นรูปเย็น การดึงเย็น แม่พิมพ์โลหะผง ฯลฯ ต้องใช้ความแข็งสูง ทนต่อการสึกหรอสูง และความเหนียวเพียงพอ โดยทั่วไปแบ่งออกเป็นสองประเภท: ประเภททั่วไปและประเภทพิเศษ ตัวอย่างเช่น เหล็กแม่พิมพ์งานเย็นทั่วไปในสหรัฐอเมริกามักจะมีเกรดเหล็กสี่เกรด: 01, A2, D2 และ D3 การเปรียบเทียบเกรดเหล็กของเหล็กแม่พิมพ์โลหะผสมงานเย็นเอนกประสงค์ในประเทศต่างๆ แสดงในตารางที่ 4 ตามมาตรฐาน JIS ของญี่ปุ่น เหล็กแม่พิมพ์งานเย็นประเภทหลักที่สามารถใช้ได้คือ ซีรีส์ SK รวมถึงซีรีส์ SK เหล็กกล้าเครื่องมือคาร์บอน เหล็กกล้าเครื่องมือโลหะผสมซีรีส์ SKD 8 ชิ้น และเหล็กกล้าความเร็วสูงซีรีส์ SKHMO 9 ชิ้น รวมเป็นเกรดเหล็กทั้งหมด 24 เกรด มาตรฐานเหล็กกล้าเครื่องมือโลหะผสม GB/T1299-2000 ของจีนมีเหล็กทั้งหมด 11 ประเภท ซึ่งถือเป็นซีรีส์ที่ค่อนข้างสมบูรณ์ ด้วยการเปลี่ยนแปลงของเทคโนโลยีการประมวลผล วัสดุแปรรูป และความต้องการแม่พิมพ์ ซีรีส์พื้นฐานดั้งเดิมจึงไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ โรงงานเหล็กของญี่ปุ่นและผู้ผลิตเหล็กแม่พิมพ์และแม่พิมพ์รายใหญ่ในยุโรปได้พัฒนาเหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นที่มีวัตถุประสงค์พิเศษ และค่อยๆ สร้างซีรีส์เหล็กแม่พิมพ์งานเย็นตามลำดับ การพัฒนาเหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นเหล่านี้ก็เป็นทิศทางการพัฒนาของเหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นด้วย

เหล็กแม่พิมพ์งานเย็นดับด้วยโลหะผสมต่ำ

ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการรักษาความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการชุบสูญญากาศในอุตสาหกรรมแม่พิมพ์อย่างกว้างขวาง เพื่อลดการเปลี่ยนรูปของการชุบ จึงได้มีการพัฒนาเหล็กเปลี่ยนรูปแบบไมโครดับด้วยอากาศโลหะผสมต่ำบางชนิดในประเทศและต่างประเทศ เหล็กประเภทนี้ต้องมีการชุบแข็งและการอบชุบที่ดี มีการเสียรูปเล็กน้อย มีความแข็งแรงและความเหนียวดี และมีความทนทานต่อการสึกหรอในระดับหนึ่ง แม้ว่าเหล็กแม่พิมพ์งานเย็นโลหะผสมสูงมาตรฐาน (เช่น D2, A2) จะมีความสามารถในการชุบแข็งได้ดี แต่ก็มีปริมาณโลหะผสมสูงและมีราคาแพง ดังนั้นเหล็กที่มีการเปลี่ยนรูปแบบไมโครอัลลอยด์ต่ำบางชนิดจึงได้รับการพัฒนาทั้งในและต่างประเทศ โดยทั่วไปเหล็กประเภทนี้จะมีองค์ประกอบโลหะผสม Cr และ Mn เพื่อปรับปรุงความสามารถในการชุบแข็ง เนื้อหารวมขององค์ประกอบโลหะผสมโดยทั่วไปคือ <5% เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำด้วยชุดการผลิตขนาดเล็ก แม่พิมพ์ที่ซับซ้อน เกรดเหล็กที่เป็นตัวแทนได้แก่ A6 จากสหรัฐอเมริกา, ACD37 จาก Hitachi Metals, G04 จาก Daido Special Steel, AKS3 จาก Aichi Steel เป็นต้น เหล็ก GD ของจีน หลังจากชุบแข็งที่ 900°C และอบคืนตัวที่ 200°C สามารถรักษาปริมาณไว้ได้ในระดับหนึ่ง มีออสเทนไนต์คงตัวและมีความแข็งแรง ความเหนียว และความเสถียรของมิติที่ดี สามารถใช้ทำแม่พิมพ์ปั๊มเย็นที่มีแนวโน้มที่จะบิ่นและแตกหักได้ อายุการใช้งานสูง

เหล็กแม่พิมพ์ดับไฟ

เพื่อลดวงจรการผลิตแม่พิมพ์ ลดความซับซ้อนของกระบวนการบำบัดความร้อน ประหยัดพลังงาน และลดต้นทุนการผลิตของแม่พิมพ์ ญี่ปุ่นได้พัฒนาเหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นพิเศษสำหรับความต้องการในการดับไฟ โดยทั่วไป ได้แก่ SX105V (7CrSiMnMoV), SX4 (Cr8), HMD5 ของ Hitachi Metal, HMD1, เหล็ก G05 ของบริษัท Datong Special Steel Company เป็นต้น ประเทศจีนได้พัฒนา 7Cr7SiMnMoV เหล็กประเภทนี้สามารถใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ใบมีดหรือส่วนอื่นๆ ของแม่พิมพ์โดยใช้ปืนสเปรย์ออกซีอะเซทิลีนหรือเครื่องทำความร้อนอื่นๆ หลังจากที่แม่พิมพ์ได้รับการประมวลผล จากนั้นจึงระบายความร้อนด้วยอากาศและดับลง โดยทั่วไปสามารถใช้งานได้โดยตรงหลังจากการดับแล้ว เนื่องจากกระบวนการที่เรียบง่าย จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในญี่ปุ่น เหล็กประเภทตัวแทนของเหล็กประเภทนี้คือ 7CrSiMnMoV ซึ่งมีความสามารถในการชุบแข็งได้ดี เมื่อเหล็กขนาด 80 มม. ดับด้วยน้ำมัน ความแข็งที่ระยะ 30 มม. จากพื้นผิวจะสูงถึง 60HRC ความแตกต่างของความแข็งระหว่างแกนกลางและพื้นผิวคือ 3HRC เมื่อดับเปลวไฟ หลังจากอุ่นที่อุณหภูมิ 180~200°C และให้ความร้อนถึง 900-1000°C สำหรับการดับด้วยปืนสเปรย์ ความแข็งสามารถสูงถึง 60HRC และสามารถรับชั้นแข็งที่มากกว่า 1.5 มม.

เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นที่มีความเหนียวสูง ทนต่อการสึกหรอสูง

เพื่อที่จะปรับปรุงความเหนียวของเหล็กแม่พิมพ์งานเย็นและลดความต้านทานการสึกหรอของเหล็ก บริษัทผู้ผลิตเหล็กแม่พิมพ์รายใหญ่จากต่างประเทศบางแห่งจึงได้พัฒนาชุดเหล็กแม่พิมพ์งานเย็นที่มีทั้งความเหนียวสูงและความต้านทานการสึกหรอสูงอย่างต่อเนื่อง โดยทั่วไปเหล็กประเภทนี้จะมีคาร์บอนประมาณ 1% และ Cr 8% ด้วยการเติม Mo, V, Si และองค์ประกอบอัลลอยด์อื่นๆ เข้าไป คาร์ไบด์จึงมีความละเอียด กระจายสม่ำเสมอ และความเหนียวสูงกว่าเหล็กกล้าประเภท Cr12 มาก ในขณะที่ความต้านทานการสึกหรอก็ใกล้เคียงกัน - มีความแข็ง ความแข็งแรงดัดงอ ความแข็งแรงเมื่อยล้า และความเหนียวแตกหักสูง และความเสถียรในการต้านทานการอบคืนตัวยังสูงกว่าเหล็กกล้าแม่พิมพ์ประเภท Crl2 อีกด้วย เหมาะสำหรับการเจาะด้วยความเร็วสูงและการเจาะหลายสถานี เหล็กกล้าที่เป็นตัวแทนของเหล็กประเภทนี้คือ DC53 ของญี่ปุ่นที่มีปริมาณ V ต่ำ และ CRU-WEAR ที่มีปริมาณ V สูง DC53 ถูกดับที่อุณหภูมิ 1,020-1,040°C และความแข็งสามารถสูงถึง 62-63HRC หลังจากระบายความร้อนด้วยอากาศ สามารถปรับอุณหภูมิได้ที่อุณหภูมิต่ำ (180 ~ 200 ℃) และการแบ่งเบาบรรเทาที่อุณหภูมิสูง (500 ~ 550 ℃) ความเหนียวของมันสามารถสูงกว่า D2 1 เท่า และประสิทธิภาพความเมื่อยล้าสูงกว่า D2 20% หลังจากการตีและรีด CRU-WEAR จะมีการอบอ่อนและออสเทนไนซ์ที่อุณหภูมิ 850-870°C น้อยกว่า 30°C/ชั่วโมง ระบายความร้อนถึง 650°C และปล่อยออกมา ความแข็งสามารถเข้าถึง 225-255HB อุณหภูมิการดับสามารถเลือกได้ในช่วง 1,020~1120°C ความแข็งสามารถเข้าถึง 63HRC อุณหภูมิที่ 480~570°C ตาม ตามสภาพการใช้งานโดยมีรองอย่างชัดเจน ผลการชุบแข็ง ความต้านทานการสึกหรอและความเหนียวดีกว่า D2

เหล็กฐาน (เหล็กความเร็วสูง)

เหล็กความเร็วสูงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในต่างประเทศเพื่อผลิตแม่พิมพ์งานเย็นที่มีประสิทธิภาพสูงและมีอายุการใช้งานยาวนาน เนื่องจากมีความทนทานต่อการสึกหรอและความแข็งสีแดงได้ดีเยี่ยม เช่น เหล็กกล้าความเร็วสูงมาตรฐานทั่วไปของญี่ปุ่น SKH51 (W6Mo5Cr4V2) เพื่อปรับให้เข้ากับความต้องการของแม่พิมพ์ ความเหนียวมักจะได้รับการปรับปรุงโดยการลดอุณหภูมิในการดับ ความแข็งในการดับ หรือลดปริมาณคาร์บอนในเหล็กความเร็วสูง เหล็กเมทริกซ์ได้รับการพัฒนาจากเหล็กความเร็วสูง และองค์ประกอบทางเคมีของมันเทียบเท่ากับองค์ประกอบเมทริกซ์ของเหล็กความเร็วสูงหลังจากการชุบแข็ง ดังนั้นจำนวนคาร์ไบด์ที่เหลือหลังจากการชุบจึงมีน้อยและกระจายอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยเพิ่มความเหนียวของเหล็กได้อย่างมากเมื่อเทียบกับเหล็กความเร็วสูง สหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่นศึกษาเหล็กกล้าพื้นฐานที่มีเกรด VascoMA, VascoMatrix1 และ MOD2 ในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ล่าสุด DRM1, DRM2, DRM3 ฯลฯ ได้รับการพัฒนา โดยทั่วไปใช้สำหรับแม่พิมพ์งานเย็นที่ต้องการความเหนียวสูงกว่าและมีเสถียรภาพในการต้านทานการอบคืนตัวที่ดีกว่า จีนยังได้พัฒนาเหล็กพื้นฐานบางชนิด เช่น 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb), 65W8Cr4VTi, 65Cr5Mo3W2VSiTi และเหล็กอื่นๆ เหล็กประเภทนี้มีความแข็งแรงและความเหนียวที่ดีและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการอัดขึ้นรูปเย็น, การเจาะรูเย็นด้วยแผ่นหนา, ล้อรีดเกลียว, แม่พิมพ์พิมพ์, แม่พิมพ์หัวเย็น ฯลฯ และสามารถใช้เป็นแม่พิมพ์อัดรีดร้อนได้

ผงโลหะวิทยาแม่พิมพ์เหล็ก

เหล็กกล้าแม่พิมพ์งานเย็นโลหะผสมสูงประเภท LEDB ที่ผลิตโดยกระบวนการทั่วไป โดยเฉพาะวัสดุที่มีหน้าตัดขนาดใหญ่ มียูเทคติกคาร์ไบด์หยาบและการกระจายตัวที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งช่วยลดความเหนียว ความสามารถในการบด และไอโซโทรปีของเหล็กได้อย่างมาก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา บริษัทเหล็กพิเศษรายใหญ่จากต่างประเทศที่ผลิตเหล็กกล้าเครื่องมือและแม่พิมพ์ได้มุ่งเน้นการพัฒนาชุดเหล็กความเร็วสูงสำหรับโลหะผสมผงและเหล็กกล้าโลหะผสมสูง ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาอย่างรวดเร็วของเหล็กประเภทนี้ การใช้กระบวนการโลหะผสมผง ผงเหล็กที่ทำให้เป็นอะตอมจะเย็นลงอย่างรวดเร็ว และคาร์ไบด์ที่เกิดขึ้นจะมีความละเอียดและสม่ำเสมอ ซึ่งช่วยเพิ่มความเหนียว ความสามารถในการบด และไอโซโทรปีของวัสดุแม่พิมพ์ได้อย่างมาก เนื่องจากกระบวนการผลิตแบบพิเศษนี้ คาร์ไบด์จึงมีความละเอียดและสม่ำเสมอ อีกทั้งความสามารถในการขึ้นรูปและการเจียรได้รับการปรับปรุง ทำให้สามารถเพิ่มปริมาณคาร์บอนและวานาเดียมลงในเหล็กได้สูงขึ้น จึงทำให้เกิดชุดเหล็กประเภทใหม่ขึ้นมา ตัวอย่างเช่น ซีรีส์ DEX ของต้าถงของญี่ปุ่น (DEX40, DEX60, DEX80 ฯลฯ), ซีรีส์ HAP ของ Hitachi Metal, ซีรีส์ FAX ของ Fujikoshi, ซีรีส์ VANADIS ของ UDDEHOLM, ซีรีส์ ASP ของ Erasteel ของฝรั่งเศส และเครื่องมือโลหะผสมผงและเหล็กแม่พิมพ์ของบริษัท American CRUCIBLE กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว . การขึ้นรูปชุดเหล็กกล้าโลหะวิทยาผง เช่น CPMlV, CPM3V, CPMlOV, CPM15V ฯลฯ ความต้านทานการสึกหรอและความเหนียวได้รับการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับเหล็กกล้าเครื่องมือและแม่พิมพ์ที่ผลิตโดยกระบวนการทั่วไป