L'acier pour matrices de travail à froid est principalement utilisé pour l'emboutissage, le découpage, le formage, le pliage, l'extrusion à froid, l'étirage à froid, les matrices pour la métallurgie des poudres, etc. Il exige une dureté élevée, une résistance à l'usure élevée et une ténacité suffisante. Il est généralement divisé en deux catégories : type général et type spécial. Par exemple, aux États-Unis, l'acier pour matrices de travail à froid à usage général comprend généralement quatre nuances d'acier : 01, A2, D2 et D3. Le tableau 4 compare les nuances d'acier allié pour matrices de travail à froid à usage général dans différents pays. Selon la norme japonaise JIS, les principaux types d'acier pour matrices de travail à froid utilisables sont la série SK, dont l'acier à outils au carbone de la série SK, 8 aciers à outils alliés de la série SKD et 9 aciers rapides de la série SKHMO, soit un total de 24 nuances d'acier. La norme chinoise GB/T1299-2000 pour les aciers à outils alliés comprend un total de 11 types d'acier, formant une gamme relativement complète. Avec l'évolution des technologies de traitement, des matériaux traités et de la demande de moules, la série de base d'origine ne peut plus répondre aux besoins. Les aciéries japonaises et les principaux fabricants européens d'acier pour outils et matrices ont développé des aciers spéciaux pour le travail à froid et ont progressivement formé leurs propres séries d'aciers pour le travail à froid. Le développement de ces aciers pour le travail à froid constitue également l'orientation de développement de l'acier pour le travail à froid.
Acier à matrices à froid faiblement allié trempé à l'air
Avec le développement des technologies de traitement thermique, et notamment la large application de la trempe sous vide dans l'industrie du moulage, des aciers faiblement alliés à micro-déformation trempés à l'air ont été développés, tant au niveau national qu'international, afin de réduire la déformation due à la trempe. Ce type d'acier exige une bonne trempabilité et un bon traitement thermique. Il présente une faible déformation, une bonne résistance mécanique et ténacité, ainsi qu'une certaine résistance à l'usure. Bien que les aciers standard pour matrices de travail à froid fortement alliés (tels que D2 et A2) présentent une bonne trempabilité, leur teneur en alliage est élevée et leur coût élevé. Par conséquent, des aciers faiblement alliés à micro-déformation ont été développés, tant au niveau national qu'international. Ce type d'acier contient généralement des éléments d'alliage Cr et Mn pour améliorer la trempabilité. La teneur totale en éléments d'alliage est généralement inférieure à 5 %. Il convient à la fabrication de pièces de précision en petites séries. Moules complexes. Les nuances d'acier représentatives comprennent l'A6 des États-Unis, l'ACD37 d'Hitachi Metals, le G04 de Daido Special Steel et l'AKS3 d'Aichi Steel. L'acier GD chinois, après trempe à 900 °C et revenu à 200 °C, conserve une certaine quantité d'austénite résiduelle et présente une bonne résistance, une bonne ténacité et une bonne stabilité dimensionnelle. Il peut être utilisé pour la fabrication d'outils d'emboutissage à froid sensibles à l'écaillage et à la fracture. Sa durée de vie est élevée.
Acier pour moules trempé à la flamme
Afin de raccourcir le cycle de fabrication des moules, de simplifier le traitement thermique, d'économiser de l'énergie et de réduire les coûts de fabrication, le Japon a développé des aciers spéciaux pour matrices de travail à froid répondant aux exigences de trempe à la flamme. Parmi les aciers les plus courants, on trouve le SX105V (7CrSiMnMoV) et le SX4 (Cr8) d'Aichi Steel, les HMD5 et HMD1 d'Hitachi Metal, ainsi que l'acier G05 de Datong Special Steel Company. La Chine a développé le 7Cr7SiMnMoV. Ce type d'acier peut être utilisé pour chauffer la lame ou d'autres pièces du moule à l'aide d'un pistolet oxyacétylénique ou d'autres appareils de chauffage après le traitement du moule, puis son refroidissement à l'air et sa trempe. Il peut généralement être utilisé directement après la trempe. Grâce à son procédé simple, il est largement utilisé au Japon. L'acier représentatif de ce type d'acier est le 7CrSiMnMoV, qui présente une bonne trempabilité. Lors de la trempe à l'huile de l'acier de φ80 mm, la dureté à 30 mm de la surface peut atteindre 60 HRC. La différence de dureté entre le cœur et la surface est de 3 HRC. Lors de la trempe à la flamme, après un préchauffage à 180-200 °C et un chauffage à 900-1000 °C pour la trempe au pistolet, la dureté peut dépasser 60 HRC et une couche durcie de plus de 1,5 mm peut être obtenue.
Acier pour matrices de travail à froid à haute ténacité et haute résistance à l'usure
Afin d'améliorer la ténacité des aciers pour matrices de travail à froid et de réduire leur résistance à l'usure, de grandes entreprises étrangères de production d'acier pour moules ont développé successivement une série d'aciers pour matrices de travail à froid offrant à la fois une ténacité et une résistance à l'usure élevées. Ce type d'acier contient généralement environ 1 % de carbone et 8 % de chrome. Grâce à l'ajout de Mo, de V, de Si et d'autres éléments d'alliage, ses carbures sont fins et uniformément répartis, et sa ténacité est bien supérieure à celle de l'acier de type Cr12, tandis que sa résistance à l'usure est similaire. Leur dureté, leur résistance à la flexion, à la fatigue et à la rupture sont élevées, et leur stabilité au revenu est également supérieure à celle de l'acier pour moules de type Crl2. Ils conviennent aux poinçons à grande vitesse et aux poinçons multipostes. Les aciers représentatifs de ce type d'acier sont le DC53 japonais à faible teneur en V et le CRU-WEAR à forte teneur en V. Le DC53 est trempé à 1020-1040 °C et sa dureté peut atteindre 62-63 HRC après refroidissement à l'air. Il peut être revenu à basse température (180 ~ 200 ℃) et à haute température (500 ~ 550 ℃), sa ténacité peut être 1 fois supérieure à celle du D2 et ses performances en fatigue sont 20 % supérieures à celles du D2 ; après forgeage et laminage CRU-WEAR, il est recuit et austénitisé à 850-870 ℃. Moins de 30 ℃/heure, refroidi à 650 ℃ et libéré, la dureté peut atteindre 225-255HB, la température de trempe peut être sélectionnée dans la plage de 1020 ~ 1120 ℃, la dureté peut atteindre 63 HRC, revenu à 480 ~ 570 ℃ selon les conditions d'utilisation, avec un effet de durcissement secondaire évident, la résistance à l'usure et la ténacité sont meilleures que celles du D2.
Acier de base (acier rapide)
L'acier rapide est largement utilisé à l'étranger pour la fabrication de moules pour travail à froid hautes performances et longue durée de vie, grâce à son excellente résistance à l'usure et à sa dureté à chaud, comme l'acier rapide standard japonais SKH51 (W6Mo5Cr4V2). Afin de s'adapter aux exigences du moule, la ténacité est souvent améliorée en réduisant la température et la dureté de trempe, ou en réduisant la teneur en carbone de l'acier rapide. L'acier à matrice est élaboré à partir d'acier rapide et sa composition chimique est équivalente à celle de la matrice de l'acier rapide après trempe. Par conséquent, la quantité de carbures résiduels après trempe est faible et uniformément répartie, ce qui améliore considérablement la ténacité de l'acier par rapport à l'acier rapide. Les États-Unis et le Japon ont étudié les aciers de base VascoMA, VascoMatrix1 et MOD2 au début des années 1970. Récemment, les nuances DRM1, DRM2 et DRM3 ont été développées. Généralement utilisées pour les moules pour travail à froid nécessitant une ténacité plus élevée et une meilleure résistance au revenu. La Chine a également développé des aciers de base, tels que le 65Nb (65Cr4W3Mo2VNb), le 65W8Cr4VTi, le 65Cr5Mo3W2VSiTi et d'autres aciers. Ce type d'acier présente une bonne résistance et une bonne ténacité et est largement utilisé pour l'extrusion à froid, le poinçonnage à froid de tôles épaisses, les molettes de filetage, les matrices d'impression, les matrices de frappe à froid, etc., et peut également être utilisé comme matrice d'extrusion à chaud.
Acier pour moules de métallurgie des poudres
L'acier pour matrices de travail à froid fortement allié de type LEDB, produit par des procédés conventionnels, notamment pour les matériaux de grande section, présente des carbures eutectiques grossiers et une répartition irrégulière, ce qui réduit considérablement sa ténacité, sa rectification et son isotropie. Ces dernières années, les grandes entreprises étrangères d'acier spécial, productrices d'acier pour outils et matrices, se sont concentrées sur le développement d'une gamme d'aciers rapides et d'aciers pour matrices fortement alliés issus de la métallurgie des poudres, ce qui a permis le développement rapide de ce type d'acier. Grâce au procédé de métallurgie des poudres, la poudre d'acier atomisée refroidit rapidement et les carbures formés sont fins et uniformes, ce qui améliore considérablement la ténacité, la rectification et l'isotropie du matériau du moule. Grâce à ce procédé de production spécifique, les carbures sont fins et uniformes, et l'usinabilité et les performances de rectification sont améliorées, ce qui permet d'ajouter des teneurs plus élevées en carbone et en vanadium à l'acier, développant ainsi une gamme de nouveaux types d'acier. Par exemple, les séries DEX (DEX40, DEX60, DEX80, etc.) de Datong au Japon, HAP d'Hitachi Metal, FAX de Fujikoshi, VANADIS d'UDDEHOLM, ASP d'Erasteel en France et les aciers à outils et matrices pour la métallurgie des poudres de l'américain CRUCIBLE se développent rapidement. Formés à partir de séries telles que CPMlV, CPM3V, CPMlOV, CPM15V, leur résistance à l'usure et leur ténacité sont nettement supérieures à celles des aciers à outils et matrices fabriqués par des procédés classiques.
Date de publication : 02/04/2024