DEX21高速钢模具在精密冲压的失效分析

　　DEX21高速钢 用途及特性

　　一、材料概述

　　DEX21是日本大同特殊钢(DAIDO STEEL)研发的高韧性粉末冶金高速钢，属于第二代粉末高速钢产品。该材料采用优化的粉末冶金工艺制造，在保持良好耐磨性的同时具有优异的韧性，特别适合高冲击负荷的切削加工和模具应用。

　　日本大同DEX21粉末冶金高速钢

　　标准JIS G4403

　　日本大同DEX21高速工具钢，DEX21具有细微均匀的一次碳化物组织，性能稳定。含有多量的碳化物生成元素，获得了很高的硬度，提高了钢的耐磨损性和强度，减少了加工工序，提高了加工精度。由于碳化物组织的细微化，提高了切削性能，减少了热处理变形。DEX21在高硬度的情况下具有高的韧性，可以防止开裂和变形。

　　DEX21化学成分:

　　C：1.30

　　Cr：4.00

　　Mo：5.00

　　W：6.50

　　V：3.00

　　Mn：0.30

　　Si：0.30

　　退火温度800～880℃，缓慢冷却，硬度≤285HBS。

　　三、关键特性参数

　　1. 机械性能(热处理后)

　　硬度：HRC 65-67

　　抗弯强度：4,200-4,600 MPa

　　冲击韧性：18-22 J/cm²

　　抗压强度：4,000-4,400 MPa

　　弹性模量：220-230 GPa

　　2. 物理特性

　　密度：8.20 g/cm³

　　热膨胀系数：11.0×10⁻⁶/°C (20-600°C)

　　热导率：23.0 W/(m·K)

　　比热容：480 J/(kg·K)

　　磁性：弱磁性

　　3. 高温性能

　　红硬性：HRC≥62 @600℃

　　高温硬度保持率：

　　500℃: 96%室温硬度

　　600℃: 89%室温硬度

　　700℃: 78%室温硬度

　　四、典型应用领域

　　1. 切削工具

　　高韧性铣刀

　　断续切削车刀

　　难加工材料钻头

　　2. 冲压模具

　　厚板冲裁模

　　高强度钢冲压模

　　复合冲剪工具

　　3. 特殊工具

　　冷镦模具

　　滚压工具

　　剪切刀具

　　五、热处理工艺

　　1. 标准热处理流程

　　预热：850℃ × 30min + 1050℃ × 30min

　　奥氏体化：1160-1180℃ × 3-5min/25mm

　　淬火：高压气淬(6-10bar)

　　深冷处理：-80℃ × 6h (可选)

　　回火：550-570℃ × 2h × 3次

　　2. 热处理关键参数

　　参数控制要点

　　奥氏体化温度超过1200℃会降低韧性

　　保温时间每25mm厚度3-5分钟

　　冷却速率必须≥25℃/s

　　回火曲线必须三次回火确保完全转变

　　六、加工性能

　　1. 机加工性

　　相对切削性：普通高速钢的25-30%

　　磨削比(G-ratio)：20:1(推荐CBN砂轮)

　　推荐加工参数：

　　车削：VC=15-20 m/min，f=0.03-0.06 mm/r

　　铣削：VC=20-25 m/min，fz=0.02-0.04 mm/tooth

　　钻削：VC=6-10 m/min，f=0.02-0.04 mm/r

　　七、性能对比

　　特性DEX21DEX80ASP2030

　　室温硬度HRC 65-67HRC 67-69HRC 66-68

　　600℃硬度HRC 62HRC 64HRC 63

　　抗弯强度4,400 MPa4,000 MPa4,200 MPa

　　耐磨性★★★★★★★★★★★★★

　　韧性★★★★★★★★★★★★★

　　八、材料优势

　　优异韧性：冲击值比DEX80高30%

　　良好加工性：相对容易磨削

　　：成本比DEX80低15-20%

　　抗裂纹扩展：裂纹扩展速率低

　　综合性能平衡：硬度与韧性的佳组合

　　九、使用注意事项

　　适合CBN和金刚石砂轮磨削

　　焊接需预热至300-400℃

　　避免在500℃以上长期使用

　　建议进行TiCN涂层处理

　　重磨时注意避免过热

　　十、典型应用案例

　　汽车高强度钢板冲压：模具寿命达50万次

　　钛合金铣削加工：切削速度可达120m/min

　　复合材料钻削：可加工5000孔以上

　　齿轮滚轧工具：寿命是传统材料的3倍