?一、模具新鋼種——超硬型高速鋼

研究和發(fā)(fā)展模具新鋼種，是改善和提高模具鋼的強韌性，延長(cháng)(cháng)模具的使用壽命的重要途徑。我國模具工業(yè)(yè)在迅速發(fā)(fā)展，我國的材料工作者在借鑒國外先進(jìn)(jìn)技術(shù)(shù)的基礎上結合本國資源情況和特點(diǎn)(diǎn)，引進(jìn)(jìn)和研制了不少新型模具鋼。經(jīng)(jīng)過(guò)(guò)生產(chǎn)(chǎn)上的考核篩選，一些性能優(yōu)(yōu)異、工藝性能也比較好的鋼種受到模具制造和使用單位的歡迎，使模具的使用壽命達到甚至超過(guò)(guò)國內外同類(lèi)(lèi)模具的水平，如北京鋼鐵學(xué)(xué)院與大冶鋼廠(chǎng)(chǎng)研制的無(wú)(wú)Co超硬高速鋼W12Cr4Mo3V3N(簡(jiǎn)(jiǎn)稱(chēng)(chēng)V3N)的各項性能優(yōu)(yōu)良，獲中華人民共和國國家發(fā)(fā)明獎，中華人民共和國專(zhuān)(zhuān)利(91102252)，V3N模具性能比現用普通高速鋼提高2～10倍，相當于國際市場(chǎng)(chǎng)現用含10%Co的高速鋼，已成功地推廣應用在工模具生產(chǎn)(chǎn)中，可使壽命成倍增加。

二、V3N成分及性能特點(diǎn)(diǎn)

W12Cr4Mo3V3N(簡(jiǎn)(jiǎn)稱(chēng)(chēng)V3N)是鎢-鉬系含氮無(wú)(wú)鈷超硬型高速鋼，V3N的化學(xué)(xué)成分c：1.21%；W：11.88%；Mo：2.95%；Cr：4.00%；V：2.87%；N：0.075%.新型超硬高速鋼V3N成分設計特點(diǎn)(diǎn)是：

高C：C對冷作模具鋼的強韌性、耐磨性有決定性的影響。含碳量增加，則抗壓強度及耐磨性增加。因此，抗沖擊及高強韌冷作模具鋼含碳量較高。

高V：V強烈細化晶粒，強烈提高耐磨性、紅硬性及二次硬化能力。但含量過(guò)(guò)多會(huì )(huì )明顯惡化可鍛性及磨削性。

含N：N可細化晶粒，又有析出強化的作用，且機械性能及焊接性能都較好。

主要技術(shù)(shù)性能：V3N鋼具有硬度高、耐磨性好、高的紅硬性和一定的韌性，在冷作模具鋼上應用效果十分顯著(zhù)(zhù)。該鋼與含鈷高速鋼相比，價(jià)(jià)格低廉且易加工，通過(guò)(guò)適當的熱處理，可得到高硬度(HRC67～70)、高紅硬性(625℃4小時(shí)(shí)，HRC63～65)和高耐磨性，韌性和抗彎強度均不低于普通型高速鋼，可克服模具刃口塌陷和崩裂等早期損壞。

三、V3N鋼模具的加工工藝

模具熱處理方法和加工工藝的選擇同樣要根據模具的工作條件、失效方式和對性能的不同要求來(lái)(lái)確定。應不斷改善熱處理設備，改進(jìn)(jìn)熱處理工藝，使材料的強度、韌性得到最佳配合，并嚴格遵循熱處理工藝，控制加熱溫度、時(shí)(shí)間、冷卻速度，從而保證模具的使用性能。

鍛造

V3N鋼含有大量的一次碳化物和二次碳化物，若保留在淬火組織中，將急劇降低模具所有壽命。只有通過(guò)(guò)對原材料改鍛，擊碎碳化物，才能使其呈細小、均勻的形貌分布于鋼基體，提高整體力學(xué)(xué)性能。

V3N鋼導熱性差，鍛坯加熱時(shí)(shí)應充分預熱，始鍛溫度1170℃，終鍛溫度950℃，設備可采用250kg(小件)和400kg空氣錘，開(kāi)(kāi)始采用輕錘快打，中間用重錘打，最后慢打輕打，鍛后于石棉粉箱中緩冷取出后即進(jìn)(jìn)行退火處理。

鍛后退火

可采用等溫退火或普通860℃退火4小時(shí)(shí)，機械加工鍛后硬度較高，采用等溫或普通退火后，機加可順利進(jìn)(jìn)行，淬火后因工硬度較高，故工件成型磨削難度較大，可采用鐠鈮剛玉加鉻制作的砂輪進(jìn)(jìn)行磨削。

熱處理工藝

V3N鋼在1220～1230℃淬火時(shí)(shí)，由于存在未熔碳化物，硬度偏低，系淬火溫度不足；在1260～1270℃淬火時(shí)(shí)，晶粒明顯過(guò)(guò)大，系過(guò)(guò)熱現象。選擇1230～1240℃淬火加熱溫度既能使碳化物和合金元素充分溶解到奧氏體中去，又能保持較細晶粒(10～10級)。

V3N超硬高速鋼模具部件采用1220～1230℃經(jīng)(jīng)550℃四次回火，硬度可控制在HRC64～67，具體可根據零件尺寸的大小從熱處理工藝上進(jìn)(jìn)行調整，達到硬度和強度較理想的配合，V3N超硬型高速鋼淬火后有較多殘余奧氏體，據測定約為25%～30%，必須盡量消除減少，為此進(jìn)(jìn)行多次高溫回火使之發(fā)(fā)生馬氏體轉變。進(jìn)(jìn)行4次高溫回火后，大部分殘余奧氏體發(fā)(fā)生了馬氏體轉變，產(chǎn)(chǎn)生二次硬化效應。V3N鋼二次硬化效應溫度比普通高速鋼高30～40℃，這一特性十分寶貴，表明V3N鋼有更高紅硬性。

精加工后的深冷處理

經(jīng)(jīng)深冷處理后，由于殘留奧氏體向馬氏體轉變以及超細碳化物的析出，模具零件硬度和耐磨性將進(jìn)(jìn)一步改善，耐磨性可提高40%，既縮短回火時(shí)(shí)間節省了能量，又明顯提高了模具使用壽命。

高速鋼模具深冷處理工藝過(guò)(guò)程為：模具除油污→放入保溫罐中→少量多次注入液氮(196℃)→保溫浸泡2.5h→取出模具迅速放入60～70℃熱水中。

四、V3N鋼在冷作模具的應用與效果

V3N超硬冷作模具壽命均比Cr12MoV、Cr12等常用模具壽命提高3～5倍，比現用普通高速鋼提高2～10倍，經(jīng)(jīng)濟效益更為顯著(zhù)(zhù)，V3N鋼制模具性能相當于國際市場(chǎng)(chǎng)現用含10%Co的高速鋼。

某廠(chǎng)(chǎng)硅鋼片沖模原來(lái)(lái)都是采用CrWMn、Cr12MoV等鉻鋼制作的，但由于硅鋼等硬面脆，故模具耗損量大，采用V3N鋼制作模具，經(jīng)(jīng)濟效果明顯。

五、結語(yǔ)(yǔ)

V3N超硬高速鋼各項性能優(yōu)(yōu)良，適合加工沖裁模等冷作模具，壽命顯著(zhù)(zhù)提高。

V3N鋼熱加工工藝較嚴格，1220～1230℃淬火，550℃4次1小時(shí)(shí)回火，精加工后再經(jīng)(jīng)深冷處理可獲得高硬度、高耐磨性和良好的韌性配合，使用過(guò)(guò)程中還可定期對凹模進(jìn)(jìn)行去應力回火以延長(cháng)(cháng)壽命。
一、模具新鋼種——超硬型高速鋼

研究和發(fā)(fā)展模具新鋼種，是改善和提高模具鋼的強韌性，延長(cháng)(cháng)模具的使用壽命的重要途徑。我國模具工業(yè)(yè)在迅速發(fā)(fā)展，我國的材料工作者在借鑒國外先進(jìn)(jìn)技術(shù)(shù)的基礎上結合本國資源情況和特點(diǎn)(diǎn)，引進(jìn)(jìn)和研制了不少新型模具鋼。經(jīng)(jīng)過(guò)(guò)生產(chǎn)(chǎn)上的考核篩選，一些性能優(yōu)(yōu)異、工藝性能也比較好的鋼種受到模具制造和使用單位的歡迎，使模具的使用壽命達到甚至超過(guò)(guò)國內外同類(lèi)(lèi)模具的水平，如北京鋼鐵學(xué)(xué)院與大冶鋼廠(chǎng)(chǎng)研制的無(wú)(wú)Co超硬高速鋼W12Cr4Mo3V3N(簡(jiǎn)(jiǎn)稱(chēng)(chēng)V3N)的各項性能優(yōu)(yōu)良，獲中華人民共和國國家發(fā)(fā)明獎，中華人民共和國專(zhuān)(zhuān)利(91102252)，V3N模具性能比現用普通高速鋼提高2～10倍，相當于國際市場(chǎng)(chǎng)現用含10%Co的高速鋼，已成功地推廣應用在工模具生產(chǎn)(chǎn)中，可使壽命成倍增加。

二、V3N成分及性能特點(diǎn)(diǎn)

W12Cr4Mo3V3N(簡(jiǎn)(jiǎn)稱(chēng)(chēng)V3N)是鎢-鉬系含氮無(wú)(wú)鈷超硬型高速鋼，V3N的化學(xué)(xué)成分c：1.21%；W：11.88%；Mo：2.95%；Cr：4.00%；V：2.87%；N：0.075%.新型超硬高速鋼V3N成分設計特點(diǎn)(diǎn)是：

高C：C對冷作模具鋼的強韌性、耐磨性有決定性的影響。含碳量增加，則抗壓強度及耐磨性增加。因此，抗沖擊及高強韌冷作模具鋼含碳量較高。

高V：V強烈細化晶粒，強烈提高耐磨性、紅硬性及二次硬化能力。但含量過(guò)(guò)多會(huì )(huì )明顯惡化可鍛性及磨削性。

含N：N可細化晶粒，又有析出強化的作用，且機械性能及焊接性能都較好。

主要技術(shù)(shù)性能：V3N鋼具有硬度高、耐磨性好、高的紅硬性和一定的韌性，在冷作模具鋼上應用效果十分顯著(zhù)(zhù)。該鋼與含鈷高速鋼相比，價(jià)(jià)格低廉且易加工，通過(guò)(guò)適當的熱處理，可得到高硬度(HRC67～70)、高紅硬性(625℃4小時(shí)(shí)，HRC63～65)和高耐磨性，韌性和抗彎強度均不低于普通型高速鋼，可克服模具刃口塌陷和崩裂等早期損壞。

三、V3N鋼模具的加工工藝

模具熱處理方法和加工工藝的選擇同樣要根據模具的工作條件、失效方式和對性能的不同要求來(lái)(lái)確定。應不斷改善熱處理設備，改進(jìn)(jìn)熱處理工藝，使材料的強度、韌性得到最佳配合，并嚴格遵循熱處理工藝，控制加熱溫度、時(shí)(shí)間、冷卻速度，從而保證模具的使用性能。

鍛造

V3N鋼含有大量的一次碳化物和二次碳化物，若保留在淬火組織中，將急劇降低模具所有壽命。只有通過(guò)(guò)對原材料改鍛，擊碎碳化物，才能使其呈細小、均勻的形貌分布于鋼基體，提高整體力學(xué)(xué)性能。

V3N鋼導熱性差，鍛坯加熱時(shí)(shí)應充分預熱，始鍛溫度1170℃，終鍛溫度950℃，設備可采用250kg(小件)和400kg空氣錘，開(kāi)(kāi)始采用輕錘快打，中間用重錘打，最后慢打輕打，鍛后于石棉粉箱中緩冷取出后即進(jìn)(jìn)行退火處理。

鍛后退火

可采用等溫退火或普通860℃退火4小時(shí)(shí)，機械加工鍛后硬度較高，采用等溫或普通退火后，機加可順利進(jìn)(jìn)行，淬火后因工硬度較高，故工件成型磨削難度較大，可采用鐠鈮剛玉加鉻制作的砂輪進(jìn)(jìn)行磨削。

熱處理工藝

V3N鋼在1220～1230℃淬火時(shí)(shí)，由于存在未熔碳化物，硬度偏低，系淬火溫度不足；在1260～1270℃淬火時(shí)(shí)，晶粒明顯過(guò)(guò)大，系過(guò)(guò)熱現象。選擇1230～1240℃淬火加熱溫度既能使碳化物和合金元素充分溶解到奧氏體中去，又能保持較細晶粒(10～10級)。

V3N超硬高速鋼模具部件采用1220～1230℃經(jīng)(jīng)550℃四次回火，硬度可控制在HRC64～67，具體可根據零件尺寸的大小從熱處理工藝上進(jìn)(jìn)行調整，達到硬度和強度較理想的配合，V3N超硬型高速鋼淬火后有較多殘余奧氏體，據測定約為25%～30%，必須盡量消除減少，為此進(jìn)(jìn)行多次高溫回火使之發(fā)(fā)生馬氏體轉變。進(jìn)(jìn)行4次高溫回火后，大部分殘余奧氏體發(fā)(fā)生了馬氏體轉變，產(chǎn)(chǎn)生二次硬化效應。V3N鋼二次硬化效應溫度比普通高速鋼高30～40℃，這一特性十分寶貴，表明V3N鋼有更高紅硬性。

精加工后的深冷處理

經(jīng)(jīng)深冷處理后，由于殘留奧氏體向馬氏體轉變以及超細碳化物的析出，模具零件硬度和耐磨性將進(jìn)(jìn)一步改善，耐磨性可提高40%，既縮短回火時(shí)(shí)間節省了能量，又明顯提高了模具使用壽命。

高速鋼模具深冷處理工藝過(guò)(guò)程為：模具除油污→放入保溫罐中→少量多次注入液氮(196℃)→保溫浸泡2.5h→取出模具迅速放入60～70℃熱水中。

四、V3N鋼在冷作模具的應用與效果

V3N超硬冷作模具壽命均比Cr12MoV、Cr12等常用模具壽命提高3～5倍，比現用普通高速鋼提高2～10倍，經(jīng)(jīng)濟效益更為顯著(zhù)(zhù)，V3N鋼制模具性能相當于國際市場(chǎng)(chǎng)現用含10%Co的高速鋼。

某廠(chǎng)(chǎng)硅鋼片沖模原來(lái)(lái)都是采用CrWMn、Cr12MoV等鉻鋼制作的，但由于硅鋼等硬面脆，故模具耗損量大，采用V3N鋼制作模具，經(jīng)(jīng)濟效果明顯。

五、結語(yǔ)(yǔ)

V3N超硬高速鋼各項性能優(yōu)(yōu)良，適合加工沖裁模等冷作模具，壽命顯著(zhù)(zhù)提高。

V3N鋼熱加工工藝較嚴格，1220～1230℃淬火，550℃4次1小時(shí)(shí)回火，精加工后再經(jīng)(jīng)深冷處理可獲得高硬度、高耐磨性和良好的韌性配合，使用過(guò)(guò)程中還可定期對凹模進(jìn)(jìn)行去應力回火以延長(cháng)(cháng)壽命。