Partie 1 -Fonctionnement à froidmouriracier
L'acier pour matrices de travail à froid comprend des moules pour la fabrication de poinçonnage et de découpe (moules de découpage et de poinçonnage, moules de détourage, poinçons, ciseaux), des moules de frappe à froid, des moules d'extrusion à froid, des moules de pliage et des moules de tréfilage, etc.
1. Conditions de travail et exigences de performance pour le travail à froidmourir en acier
Pendant l'opération de travail à froidmourir en acier, en raison de la résistance élevée à la déformation du matériau traité, la partie active du moule supporte une pression, une force de flexion, une force d'impact et une force de frottement importantes.Par conséquent, la raison normale pour laquelle les moules de travail à froid sont mis au rebut est généralement due à l’usure.Il existe également des cas où ils échouent prématurément en raison d'une fracture, d'une force d'effondrement et d'une déformation dépassant la tolérance.
Par rapport à l'acier à outils de coupe, le travail à froidmourir en acierprésente de nombreuses similitudes.Le moule doit avoir une dureté et une résistance à l'usure élevées, une résistance à la flexion élevée et une ténacité suffisante pour assurer le bon déroulement du processus d'estampage.La différence réside dans la forme complexe et la technologie de traitement du moule, ainsi que dans la grande zone de friction et le risque élevé d'usure, ce qui rend la réparation et le meulage difficiles.Une résistance à l’usure plus élevée est donc requise.Lorsque le moule fonctionne, il supporte une pression de poinçonnage élevée et est sujet à une concentration de contraintes en raison de sa forme complexe, il nécessite donc une ténacité élevée ;Le moule a une grande taille et une forme complexe, il nécessite donc une trempabilité élevée, une faible déformation et une tendance à la fissuration.En bref, les exigences de trempabilité, de résistance à l'usure et de ténacité du travail à froidmourir en aciersont plus élevés que ceux de l’acier à outils de coupe.Cependant, les exigences en matière de dureté rouge sont relativement faibles ou fondamentalement non requises (car elles sont formées à froid), de sorte que certaines nuances d'acier adaptées aux moules de travail à froid ont également été formées, telles que le développement d'une résistance élevée à l'usure, de micro-déformations. travail à froidmourir en acieret travail à froid à haute ténacitémourir en acier.
2. Sélection de la nuance d'acier
Habituellement, selon les conditions d'utilisation des moules de travail à froid, la sélection des nuances d'acier peut être divisée selon les quatre situations suivantes :
①Cancien moule de travail de petite taille, de forme simple et de charge légère.
Par exemple, les petits poinçons et ciseaux pour couper des plaques d'acier peuvent être fabriqués à partir d'aciers à outils au carbone tels que T7A, T8A, T10A et T12A.Les avantages de ce type d’acier sont :Bonne traitabilité, prix bon marché et source facile.Mais ses inconvénients sont : une faible trempabilité, une mauvaise résistance à l'usure et une déformation par trempe importante.Par conséquent, il ne convient que pour la fabrication d'outils de petites dimensions, de formes simples et de charges légères, ainsi que pour les moules de travail à froid qui nécessitent une faible couche de durcissement et une ténacité élevée.
② Moules de travail à froid de grandes dimensions, de formes complexes et de charges légères.
Les types d'acier couramment utilisés comprennent les aciers à outils de coupe faiblement alliés tels que 9SiCr, CrWMn, GCr15 et 9Mn2V.Le diamètre de trempe de ces aciers dans l'huile peut généralement atteindre plus de 40 mm.Parmi eux, l'acier 9Mn2V est un type de travail à froidmourir en acierdéveloppé en Chine ces dernières années et qui ne contient pas de Cr.Il peut remplacer ou remplacer partiellement l'acier contenant du Cr.
L'hétérogénéité du carbure et la tendance à la fissuration par trempe de l'acier 9Mn2V sont inférieures à celles de l'acier CrWMn, et la tendance à la décarburation est inférieure à celle de l'acier 9SiCr, tandis que la trempabilité est supérieure à celle de l'acier à outils au carbone.Son prix n'est qu'environ 30 % plus élevé que ce dernier, c'est donc une nuance d'acier qui mérite d'être promue et utilisée.Cependant, l'acier 9Mn2V présente également certains inconvénients, tels qu'une faible résistance aux chocs et un phénomène de fissuration observé lors de la production et de l'utilisation.De plus, la stabilité de revenu est médiocre et la température de revenu ne dépasse généralement pas 180 ℃.Une fois trempés à 200 ℃, la résistance à la flexion et la ténacité commencent à montrer de faibles valeurs.
L'acier 9Mn2V peut être trempé dans des milieux de trempe ayant une capacité de refroidissement relativement douce, tels que le nitrate et l'huile chaude.Pour certains moules ayant des exigences de déformation strictes et de faibles exigences de dureté, une trempe isotherme austénitique peut être utilisée.
③ Moules de travail à froid de grandes dimensions, de formes complexes et de charges lourdes.
Des aciers moyennement alliés ou fortement alliés doivent être utilisés, tels que Cr12Mo, Crl2MoV, Cr6WV, Cr4W2MoV, etc. De plus, de l'acier rapide peut également être utilisé.
Ces dernières années, la tendance à utiliser l'acier rapide comme moules de travail à froid s'est accrue, mais il convient de souligner qu'à l'heure actuelle, il ne s'agit plus de l'utilisation de la résistance dure rouge unique de l'acier rapide, mais il s'agit plutôt de sa trempabilité élevée et de sa résistance élevée à l'usure.Par conséquent, il devrait également y avoir des différences dans le processus de traitement thermique.
Lors de l'utilisation d'acier rapide comme moule à froid, une trempe à basse température doit être utilisée pour améliorer la ténacité.Par exemple, la température de trempe couramment utilisée pour les outils de coupe en acier W18Cr4V est de 1 280 à 1 290 ℃.Lors de la fabrication de moules pour travail à froid, une trempe à basse température à 1 190 ℃ doit être utilisée.Un autre exemple est l’acier W6Mo5Cr4V2.En utilisant une trempe à basse température, la durée de vie peut être considérablement améliorée, notamment en réduisant considérablement le taux de perte.
④ Moules de travail à froid soumis à des charges d'impact et présentant de minces espaces entre les lames.
Comme mentionné ci-dessus, les exigences de performance des trois premiers types d'aciers pour matrices de travail à froid sont principalement une résistance élevée à l'usure, c'est pourquoi de l'acier hypereutectoïde à haute teneur en carbone et même de l'acier ledeburite sont utilisés.Cependant, pour certaines matrices de travail à froid, telles que les matrices de découpe et de découpage à tour latérale, qui ont des joints bout à bout fins et sont soumises à des charges d'impact lors de leur utilisation, une résistance élevée aux chocs est requise.Afin de résoudre cette contradiction, les mesures suivantes peuvent être prises :
Ⅰ-réduire la teneur en carbone et utiliser de l'acier hypoeutectoïde pour éviter une diminution de la ténacité de l'acier provoquée par les carbures primaires et secondaires ;
Ⅱ-L'ajout d'éléments d'alliage tels que Si et Cr pour améliorer la stabilité de revenu et la température de l'acier (revenu à 240-270 ℃) est bénéfique pour éliminer complètement les contraintes de trempe et améliorer les performances sans réduire la dureté ;
Ⅲ-Ajoutez des éléments tels que W pour former des carbures réfractaires afin d'affiner les grains et d'améliorer la ténacité.Les aciers couramment utilisés pour les moules de travail à froid à haute ténacité comprennent le 6SiCr, le 4CrW2Si, le 5CrW2Si, etc.
3. Moyens d'utiliser pleinement le potentiel de performance de l'acier pour matrices de travail à froid
Lors de l'utilisation d'acier de type Cr12 ou d'acier rapide comme moules de travail à froid, un problème important est la grande fragilité de l'acier, qui est sujet à la fissuration pendant l'utilisation.A cet effet, il est nécessaire d'affiner les carbures en utilisant suffisamment de méthodes de forgeage.De nouvelles nuances d’acier devraient également être développées.L'objectif du développement de nouvelles nuances d'acier devrait être de réduire la teneur en carbone de l'acier et le nombre d'éléments formant des carbures.
L'acier Cr4W2MoV présente des avantages tels qu'une dureté élevée, une résistance élevée à l'usure et une bonne trempabilité.Il présente également une bonne stabilité au revenu et des propriétés mécaniques complètes.Il est utilisé pour fabriquer des matrices de tôles d'acier au silicium, etc. Il peut augmenter la durée de vie de plus de 1 à 3 fois par rapport à l'acier Cr12MoV.Cependant, la plage de températures de forgeage de cet acier est étroite et il est sujet à la fissuration pendant le forgeage.La température de forgeage et les spécifications de fonctionnement doivent être strictement contrôlées.
L'acier Cr2Mn2SiWMoV a une faible température de trempe, une faible déformation par trempe et une trempabilité élevée.C'est ce qu'on appelle la microdéformation trempée à l'airmourir en acier.
L'acier 7W7Cr4MoV peut remplacer l'acier W18Cr4V et Cr12MoV.Sa particularité est que la non-uniformité des carbures et la ténacité de l'acier ont été grandement améliorées.
Partie2 -Travail à chaudmourir en acier
1. Conditions de travail des moules de travail à chaud
Les moules de travail à chaud comprennent les moules de forgeage à marteau, les moules d'extrusion à chaud et les moules de moulage sous pression.Comme mentionné précédemment, la principale caractéristique des conditions de travail des moules de travail à chaud est le contact avec le métal chaud, ce qui constitue la principale différence par rapport aux conditions de travail des moules de travail à froid.Cela entraînera donc les deux problèmes suivants :
(1) Le métal de surface de la cavité du moule est chauffé.Habituellement, lorsque les matrices de martelage fonctionnent, la température de surface de la cavité de la matrice peut atteindre plus de 300 à 400 ℃ et la matrice d'extrusion à chaud peut atteindre plus de 500 à 800 ℃ ;La température de la cavité du moule de moulage sous pression est liée au type de matériau de moulage sous pression et à la température de coulée.Lors du moulage sous pression de métal noir, la température de la cavité du moule peut atteindre plus de 1 000 ℃.Des températures d'utilisation aussi élevées réduiront considérablement la dureté de la surface et la résistance de la cavité du moule, la rendant susceptible de se plier pendant l'utilisation.L'exigence de performance de base pour lesmourir en acierest une résistance thermoplastique élevée, y compris une dureté et une résistance à haute température, et une résistance thermoplastique élevée, qui reflète en fait la stabilité élevée de trempe de l'acier.À partir de là, on peut trouver la première façon d’allier l’acier moulé à chaud, c’est-à-dire que l’ajout d’éléments d’alliage tels que Cr, W, Si peut améliorer la stabilité de revenu de l’acier.
(2) Une fatigue thermique (fissuration) se produit sur la surface métallique de la cavité du moule.Les caractéristiques de fonctionnement des moules chauds sont intermittentes.Après chaque formation de métal chaud, la surface de la cavité du moule doit être refroidie par des fluides tels que l'eau, l'huile et l'air.Par conséquent, l'état de fonctionnement du moule chaud est chauffé et refroidi à plusieurs reprises, de sorte que le métal de surface de la cavité du moule subit une dilatation thermique répétée, c'est-à-dire soumis à plusieurs reprises à des contraintes de traction et de compression.En conséquence, la surface de la cavité du moule se fissurera, ce qu’on appelle la fatigue thermique.Par conséquent, la deuxième exigence de performance de base pour le chauffagemourir en acierest mis en avant, c'est-à-dire qu'il présente une résistance élevée à la fatigue thermique.
D’une manière générale, les principaux facteurs affectant la résistance à la fatigue thermique de l’acier sont :
① La conductivité thermique de l'acier.La conductivité thermique élevée de l'acier peut réduire le degré d'échauffement à la surface du métal du moule, réduisant ainsi la tendance de l'acier à la fatigue thermique.On pense généralement que la conductivité thermique de l’acier est liée à sa teneur en carbone.Lorsque la teneur en carbone est élevée, la conductivité thermique est faible, il n'est donc pas approprié d'utiliser de l'acier à haute teneur en carbone pour le travail à chaud.mourir en acier.Une faible teneur en carbone de l'acier au carbone moyen (C0,3 % 5-0,6 %) est couramment utilisée dans la production, ce qui peut entraîner une diminution de la dureté et de la résistance de l'acier et est également préjudiciable.
② L'effet de point critique de l'acier.Habituellement, plus le point critique (Acl) de l’acier est élevé, plus sa tendance à la fatigue thermique est faible.Par conséquent, le point critique de l’acier est généralement augmenté par l’ajout d’éléments d’alliage Cr, W, Si et plomb.Améliorant ainsi la résistance à la fatigue thermique de l’acier.
2. Acier pour moules de travail à chaud couramment utilisés
(1) Acier pour matrices de forgeage à marteaux.D’une manière générale, l’utilisation de l’acier pour les moules de forgeage au marteau pose deux problèmes majeurs.Premièrement, il est soumis à des charges d'impact pendant le fonctionnement.Par conséquent, les propriétés mécaniques de l’acier doivent être élevées, en particulier en termes de résistance à la déformation plastique et de ténacité ;La deuxième raison est que la taille de la section transversale de la matrice de forgeage au marteau est relativement grande (<400 mm), ce qui nécessite une trempabilité élevée de l'acier pour garantir une microstructure et des performances uniformes de l'ensemble de la matrice.
Les aciers de forgeage à marteaux couramment utilisés comprennent le 5CrNiMo, le 5CrMnMo, le 5CrNiW, le 5CrNiTi et le 5CrMnMoSiV.Différents types de moules à œillets pour marteau doivent utiliser des matériaux différents.Pour les matrices de forgeage à marteaux de très grande ou de grande taille, le 5CrNiMo est préféré.5CrNiTi, 5CrNiW ou 5CrMnMoSi peuvent également être utilisés.L'acier 5CrMnMo est généralement utilisé pour les matrices de forgeage à marteaux de petite et moyenne taille.
(2) L'acier est utilisé pour les moules d'extrusion à chaud, et la caractéristique de fonctionnement des moules d'extrusion à chaud est une vitesse de chargement lente.Par conséquent, la température de chauffage de la cavité du moule est relativement élevée, généralement jusqu'à 500-800 ℃.Les exigences de performance pour ce type d'acier doivent principalement se concentrer sur une résistance élevée à haute température (c'est-à-dire une stabilité élevée au revenu) et une résistance élevée à la fatigue thermique.Les exigences en matière d'AK et de trempabilité peuvent être réduites de manière appropriée.Généralement, la taille des moules d'extrusion à chaud est petite, souvent inférieure à 70-90 mm.
Les moules d'extrusion à chaud couramment utilisés incluent le travail à chaud de type 4CrW2Si, 3Cr2W8V et 5 % de Cr.mourir en aciers.Parmi eux, 4CrW2Si peut être utilisé à la fois comme travail à froidmourir en acieret travail à chaudmourir en acier.En raison des différentes utilisations, différentes méthodes de traitement thermique peuvent être utilisées.Lors de la fabrication de moules à froid, des températures de trempe plus basses (870-900 ℃) et un traitement de revenu à basse ou moyenne température sont utilisés ;Lors de la fabrication de moules chauds, une température de trempe plus élevée (généralement 950-1000 ℃) et un traitement de revenu à haute température sont utilisés.
(3) Acier pour moules de coulée sous pression.Dans l'ensemble, les exigences de performance de l'acier pour les moules de moulage sous pression sont similaires à celles des moules d'extrusion à chaud, les principales exigences étant une stabilité de revenu élevée et une résistance à la fatigue thermique.Ainsi, le type d’acier couramment utilisé est généralement le même que celui utilisé pour les moules d’extrusion à chaud.Comme d'habitude, des aciers tels que 4CrW2Si et 3Cr2W8V sont utilisés.Cependant, il existe des différences, telles que l'utilisation de 40Cr, 30CrMnSi et 40CrMo pour les moules de moulage sous pression en alliage de Zn à bas point de fusion ;Pour les moules de moulage sous pression en alliages Al et Mg, 4CrW2Si, 4Cr5MoSiV, etc. peuvent être sélectionnés.Pour les moules de moulage sous pression en alliage de Cu, l'acier 3Cr2W8V est principalement utilisé.
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Heure de publication : 21 juin 2023