Staalsoorten voor koudwerkgereedschap zijn de belangrijkste grondstoffen voor gereedschappen zoals peilstaal, boorstaal en ponsmachines, evenals matrijzen zoals stampen, smeden, walsen en walsen. Bij het snijden, buigen, stampen, persen en andere processen wordt de mal blootgesteld aan hoge oppervlaktedruk en stootbelasting, waarbij het grootste deel van de mal als gevolg van slijtage, warmbuigen, scheuren en andere redenen wordt gesloopt. Koudgereedschapstaal moet in het algemeen worden afgeschrikt en getemperd en gebruikt onder de voorwaarde van een hardheid van ongeveer 60 HRC. Daarom zijn hoge sterkte, hoge slijtvastheid, hoge vermoeidheidsweerstand en hoge taaiheid vereist.
Slijtvastheid is het belangrijkste kenmerk van koudwerkgereedschapsstaal. De basismethode om de slijtvastheid te verbeteren is het verhogen van de hardheid van staal. Door het gehalte aan C in staal te verhogen, kan de hardheid worden verbeterd. Bovendien kan de toevoeging van Cr, Mo, V, W en andere elementen ervoor zorgen dat het staal M7C3, M6C, MC en andere harde carbiden bevat, wat de slijtvastheid van staal verder kan verbeteren. De taaiheid en vermoeidheidsweerstand van staal nemen echter af met een overmatige hoeveelheid hardmetaal. Daarom moeten de geschikte staalsoorten voor koudwerkgereedschap worden geselecteerd op basis van hun toepassingen.
De JIS-norm omvat voornamelijk koolstofgereedschapsstaal en gelegeerd gereedschapsstaal, waarvan 11 koolstofgereedschapsstaal en 10 gelegeerd gereedschapsstaal. Het C-gehalte van het koolstofgereedschapsstaal is 0.55% ~ 1.50% en bevat een beetje Si en Mn. Na blussen bij 750 ~ 840 ℃ en ontlaten bij 150 ~ 200 ℃, kan de hardheid 54 ~ 63 HRC bereiken. Omdat er weinig legeringselementen in koolstofgereedschapstaal zijn en een slechte hardbaarheid, is het noodzakelijk om waterkoeling uit te voeren, maar alleen het oppervlak wordt gehard terwijl de hardheid in het midden nog laag is. De meest gebruikte soort is SK105 (1.05C-0.2Si-0.25Mn), die kan worden gebruikt als snijgereedschap, boorstaal, mal en ponsmatrijs. JIS classificeert gelegeerd gereedschapsstaal als snijgereedschapsstaal, slagvast gereedschapsstaal, koudwerkmatrijsstaal, warmwerkmatrijsstaal en vele soorten verbeterd staal. Hieronder volgt een korte beschrijving van de kenmerken van de representatieve kwaliteiten van gelegeerd gereedschapsstaal.
Laaggelegeerd gereedschapsstaal
Laaggelegeerde gereedschapsstaalsoorten bevatten kleine hoeveelheden legeringselementen in koudwerkmatrijsstaal De meest gebruikte kwaliteiten zijn SKS93 (1.05C-0.95Mn-0.4Cr) en SKS3 (0.95C-1.05Mn-0.75Cr). SKS3-staal bevat ook 0.75% W, wat de hardbaarheid en taaiheid verbeterde. Het kan worden gebruikt om snijkanten, meters, ponsmatrijzen, enz. Te maken.
Hoog C-Cr koudwerkgereedschapstaal
Het typische materiaal is SKD11 (1.5C-12CR-1MO-serie). Het hoge Cr-gehalte produceert het grove Cr-carbide (M7C3) in de ouderfase, wat de slijtvastheid verbetert. SKD11 heeft een goede hardbaarheid en een uniforme kernhardheid kan worden verkregen door luchtkoeling. De blustemperatuur is 1000 ~ 1040 ℃, die vaak wordt gebruikt in vacuüm-warmtebehandelingsovens.
Het koudwerkgereedschapstaal met een betere slijtvastheid dan SKD11 is SKD1 (2C-12Cr-serie), dat meer C- en Cr-gehalte heeft, waardoor SKD1-gereedschapsstaal een hoge slijtvastheid heeft. De grote hoeveelheid Cr-carbide maakt het echter minder taaiheid en minder bestand tegen vermoeidheid dan SKD11. Omdat de blustemperatuur van SKD1 950 ℃ is, wat verschilt van de algemeen gebruikte blustemperatuur en een slechte hardbaarheid heeft, moet het met olie worden geblust, daarom wordt SKD1 niet algemeen gebruikt. Een verscheidenheid aan verbeterde staalsoorten is ontwikkeld op basis van SKD11 voor verschillende doeleinden en wordt op grote schaal gebruikt.
5% Cr koudwerkgereedschapsstaal
De typische kwaliteit van JIS 5% Cr koudwerkgereedschapstaal is SKD12 (1C-5Cr-1Mo-serie). SKD12 heeft een uitstekende taaiheid, minder C- en Cr-gehalte dan SKD11, maar een enigszins slechte slijtvastheid. Het voordeel van SKD12 is dat de vervormingsanisotropie van de warmtebehandeling klein is. De blustemperatuur van SKD12 is 970 ℃, de ontlaathardheid is 60HRC bij lage temperatuur en de ontlaathardheid is minder dan 58HRC bij hoge temperatuur. Deze verschillen van algemene gereedschapsstaalsoorten, dus ze worden zelden gebruikt.
8% Cr koudwerkgereedschapstaal
Hoewel 8% Cr-staal niet in de JIS-norm is opgenomen, wordt het wel veel gebruikt. De op staal aangepaste elementinhoud op basis van SKD11 en de hoofdsamenstelling is 1C-8Cr-2Mo. Vormstaal barst vaak vanwege EDM en blussen van restspanning en onvoldoende taaiheid. Tempereren op hoge temperatuur kan restspanning effectief elimineren, maar SKD11 kan na temperen op hoge temperatuur niet de vereiste hardheid en taaiheid krijgen.
Daarom, door C en Cr te verminderen en Mo te verhogen op basis van SKD11 om 8% Cr-staal te vormen, kan staal door ontlaten op hoge temperatuur ook een hoge hardheid van 62HRC verkrijgen. 8% Cr is niet zo goed als SKD11 wat betreft slijtvastheid en snijvermogen. Vanwege zijn uitstekende uitgebreide prestaties wordt het echter nog steeds veel gebruikt. Het is de standaardkwaliteit koudwerkgereedschapstaal met SKD11.
Matrix stempelmatrijs staal
Matrijsstempelstaal is gelijk aan matrixstaal dat SKD11 grove carbiden elimineert. Het is nog niet opgenomen in de JIS-standaard, maar is door veel ondernemingen ontwikkeld en veel gebruikt. Op basis van 8% worden Cr, C en Cr verder verlaagd, zodat er bijna geen grof hardmetaal in het staal zit, waardoor de taaiheid en vermoeiingsweerstand van het staal veel beter is dan die van 8% Cr staal. De bewerkbaarheid en anisotropie van vervorming van warmtebehandelingsafmetingen zijn ook verbeterd. Matrix stempelmatrijsstaal verkort de productietijd van de afgewerkte matrijs.
Vlamoppervlak gehard staal
Gereedschapsstaal wordt over het algemeen gebruikt na conventioneel afschrikken en ontlaten. Vlamoppervlak gedoofd staal is een vereenvoudigde blus- en ontlaatbehandeling van staal, de hoofdcomponent is 0.7C-1Si-1Mn-1Cr, zijn de verwerkte vormhardheidseisen voor het verwarmen van onderdelen met een lasmondstuk of smeltmondstuk en vervolgens afkoelen om de hardheid hierboven te verkrijgen 60HRC. Vlamoppervlak gehard staal wordt gekenmerkt door een breed blustemperatuurbereik en heeft een zekere hardbaarheid, taaiheid en lasbaarheid. Het is niet opgenomen in de JIS-norm, maar omdat de prijs goedkoper is dan stempels van staal, en minder uren voor warmtebehandeling, korte levertijd, is gas op grote schaal gebruikt voor het snijden van matrijzen in autofabrikanten.