VANADIS 4 EXTRA模具钢材

VANADIS 4 EXTRA是一种韧性与耐磨性(磨粒、粘着以及混合磨损)结合的 好的高性能模具钢;由于VANADIS 4 EXTRA合金成分十分均匀并且制造过程采用超纯净工艺,使得VANADIS 4 EXTRA相比其它高合金粉末工具钢显现出 好的机械加工性能和研磨性能。这些特性使它具备稳定的冷作模具应用性能,如奥氏体不锈钢和较高强度钢(AHSS)的冲切和成形。在这些应用中,长期生产运行低模具维护需要抗崩角、开裂和耐磨损的组合。
随着要求及时发货和订货至交货的时间越来越短,预期的模具寿命和长效性能变得极度重要。为了降低停机时间和模具维护成本,以及优化设备利用,必须有好的模具性能,这些降低及优化获得了 佳的模具效益和极具竞争力的产品成本。
VANADIS 4 EXTRA的化学成分:

VANADIS 4 EXTRA的特性
⑴工具钢的关键参数
★模具性能方面
•依据不同的应用选择正确的硬度•高耐磨性•高韧性
通常,高耐磨性的模具的韧性都较低,反之亦然。然而,在许多情况下使模具有 佳的性能,工具钢必须同时具备高耐磨性和高韧性。VANADIS 4 EXTRA是经粉末冶金炼钢工艺生产的高性能冷作模具钢,它有极好的耐磨性和高韧性的良好组合。
★模具制作方面
•机械加工性•热处理•热处理时尺寸稳定性•表面处理
高合金工具钢通常比低合金钢更难加工和热处理。因此高合金工具钢模具的制作费用也较高。
VANADIS 4 EXTRA的合金成份十分均衡,并且由粉末冶金炼钢技术炼制而成,因此具有与AISID2钢种相似的机械加工性能和热处理工序。VANADIS 4 EXTRA 大的优点是淬硬与回火时的尺寸稳定性比目前所有已知晓的高性能冷作工具钢都好。这也意味着:VANADIS 4 EXTRA 适用于CVD涂层处理。
⑵VANADIS 4 EXTRA的特性:
VANADIS 4 EXTRA是一种铬-钼-钒合金钢,其具有以下特性:
♦高耐磨性♦高抗压强度♦良好的整体淬透性♦良好的韧性♦淬火、回火后优良的尺寸稳定性♦良好的抗回火软化性
精冲加工,尤其被加工材料较厚时,对模具的耐磨性和韧性要求很高。用此种VANADIS 4 EXTRA钢模具精冲5毫米厚板材料,可获得极好的效果。
VANADIS 4 EXTRA的应用
VANADIS 4 EXTRA特别适用于那些因粘着磨损或崩角引起失效的场合,即:
♦被加工材料软而粘,如奥氏体不锈钢、低碳钢、铜、铝等;
♦被加工材料较厚,例如:冲切及成型;精冲;冷挤压;粉末压制;刀具;拉深等;
♦高强度被加工材料,Vanadis 4 Extra  适合汽车用高强度钢板的冲切和成形。
VANADIS 4 EXTRA也 适合对工具钢的耐磨粒磨损性和韧性有较高要求的超高强度薄钢板的冲切和成型。
♦典型应用:
冲切和成形;精冲;冷挤压;粉末压实;拉深;刀具;表面涂层的基体钢。
VANADIS 4 EXTRA的物理性能
淬火及回火至60HRC

VANADIS 4 EXTRA的冲击韧性
下图是VANADIS 4 EXTRA经不同温度回火后,在室温下的冲击韧性值。样品尺寸:7×10×55毫米,无缺口样品。淬硬温度:1020℃空冷,回火两次。

无缺口冲击强度 (延展性)
Vanadis 4 Extra与AISI D2 在不同硬度的延展性差异。►如图
用SKD11 / AISI D2 / WNr. 1.2379、ASSAB 88、VANADIS 4、VANADIS 4 EXTRA制作的冲头,分别冲切1.8.8mm厚高强度钢板(1200 MPa),冲50,000 次以后的状况,►如图
VANADIS 4 EXTRA的热处理工艺
⑴软化退火
在保护气氛中加热至900℃均热后,于炉中以每小时10℃的速度,冷却至650℃,然后空冷。
⑵消除应力
钢材经过粗加工后,欲消除加工残留应力,则须将钢材加热至650℃,均热两小时,再于炉中缓冷至500℃,然后放于空气中冷却。
⑶硬化(淬硬)处理
预热温度:600~700℃
奥氏体化温度:940~1150℃,常用温度为1020℃。厚度>70毫米的模具,应选用1060℃,保持时间:低于1100℃,采用30分钟。高于1100℃ ,采用15分钟。
注意:保持时间=当钢材中心点达到奥氏体化温度后,再需要保持的时间。保持时间少于30分钟将引致硬度下降。
在硬化过程中,须保护模具以避免氧化及脱碳。
⑷淬冷介质
•在真空炉中,以高速及足够正压的气体冷却;
•在500~550℃的盐浴炉或流动粒子炉中,分级淬火,然后在空气中冷却;
•在200~350℃的盐浴炉或流动粒子炉中,分级淬火,然后在空气中冷却。
注意1:当钢材温度降至50~70℃时,必须马上进行回火。
注意2:为了要使模具获得 适宜的性能,在可接受的变形范围内,冷却速率越快越好。
注意3:当模具壁厚超过70毫米时,应在分级淬火后再用高速气体冷却。
(图)►VANADIS 4 EXTRA的硬度和残余奥氏体与奥氏体化温度之间的关系曲线
⑸回火
参照(►VANADIS 4 EXTRA的回火曲线图),不同的硬度应选择不同的回火温度。应进行至少两次回火,每次回火后都必须冷却至室温。 回火温度是525℃,保持时间 少2小时。为避免韧性降低,不应低于525℃回火。为了避免较高的残余奥氏体量,选择回火温度高于525℃。
⑹尺寸变化
测量淬硬和回火后的尺寸变化
奥氏体化:1020℃/30分钟,800-500℃之间
在真空炉中以1.1℃/秒的速度冷却。
回火:各种温度2次×2小时
试样尺寸:80×80×80mm
(图)►VANADIS 4 EXTRA的尺寸改变与回火温度的关系曲线
⑺CCT曲线
奥氏体化温度1020℃,保持时间30分钟。
(图)►VANADIS 4 EXTRA的CCT曲线
⑼深冷处理
模具若需获得 稳定的尺寸,可依下列方法做深冷处理:
淬冷后立即深冷至-120至-150℃之间,保持3~4小时,然后回火。当进行高温回火时,为了获得期望的硬度,回火温度应降低25℃。形状复杂的模具避免做深冷处理,以免增加破裂危险。
VANADIS 4 EXTRA的表面处理
一些冷作工具钢为了降低摩擦和增加耐磨性,而进行表面处理。通常大部分采用氮化和通过PVD和CVD产生耐磨表面涂层。高硬度结合高韧性以及良好的尺寸稳定性使得VANADIS 4 EXTRA 适合进行各种表面涂层。
⑴氮化
氮化处理可以形成高硬度的耐磨和耐侵蚀的表面硬化层。
VANADIS 4 EXTRA通常在525℃左右高温回火,所以氮化温度不应超过500-525℃, 好采用低于回火温度的离子氮化。氮化后的表面硬度约为1150HV0.2kg.氮化层深度应根据实际应用而决定。
⑵PVD
物理气相沉积PVD是用200-500℃之间的温度来提供一种耐磨涂层的方法。
⑶CVD
化学气相沉积CVD是使用1000℃左右的温度来提供耐磨表面涂层,推荐模具在表面处理后应在真空炉里单独淬火和回火。
VANADIS 4 EXTRA的研磨性能
正确的研磨技术可避免形成研磨裂痕更能改进模具的寿命。切记经低温回火的模具对研磨引致失效更加敏感。应使用经过削锐,磨粒粘结松软的砂轮。同时采用低的圆周线速度和使用足够的冷却也可降低因研磨造成破坏的机会。具有“冷切”性能的砂轮效果应更佳。尽可能选用氮化硼(CBN)砂轮。
VANADIS 4 EXTRA的电火花加工——EDM
如果钢材在硬化及回火后需要进行EDM加工,应采用“精细放电”,即:低电流,高频率。为提高模具性能,经电火花加工后的表面应进行研磨或抛光,然后以比原先回火温度低25℃的温度再回火一次。当大型尺寸或形状复杂的VANADIS 4 EXTRA进行电加工前,应在500℃以上的温度进行高温回火。