模具材料及表面处理.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,书名,：,模具材料及表面处理,ISBN,：,978-7-111-07622-3,作者：吴兆祥,出版社：机械工业出版社,本书配有电子课件,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,第二章 冷作模具材料,第一节 冷作模具对材料性能的要求,一、使用性能要求,冷作模具的受载形式,拉伸、弯曲、压缩,冲击、疲劳、摩擦,冷作模具的失效形式,磨损、开裂,断裂、变形、咬合、,使用性能的基本要求：,良好的耐磨性,模具硬度应高于工件的,30%50%,模具组织应为,M,回,或,B,下,加细小碳化物,高强度,S,、,压,应满足模具受载要求,足够的韧性（受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具）,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,良好的抗疲劳性：,-1,应满足模具的要求,良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质,二、工艺性能要求,锻造性,热锻变形抗力低、塑性好,锻造温度范围宽,锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小,切削加工性,切削力小、切削用量大,刀具磨损小、加工表面光洁,磨削加工性,对砂轮质量及冷却条件不敏感,不易发生磨伤与磨裂,热处理工艺性,淬透性：获得淬硬层深度,回火稳定性：模具钢受热软化的能力,脱碳倾向、过热敏感性,淬火变形开裂倾向,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,三、冷作模具材料的成分特点,1,、钢的含量,对高耐磨的冷作模具：,0.7%2.3%C,对高强韧性冷作模具：,0.5%0.7%C,2,、合金化特点,加入强碳化物形成元素和增加淬透性的元素,主要合金元素的作用：,锰,淬透性,减小变形,有回火脆,硅,淬透性,回火稳定性,屈服强度,过热脱碳倾向大,铬,淬透性,抗氧化性,耐磨性,有回火脆性,镍,强度和韧性,淬透性,耐蚀性,有回火脆,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,钼、钨、钒：,属强碳化物形成元素，具有二次硬化效果，对提高钢的回火稳定性、耐磨性、耐热性都具有显著作用。,第二节 冷作模具材料及热处理规范,冷作模具钢综合分类：,低淬透性冷作模具钢,低变形冷作模具钢,高耐磨微变形冷作模具钢,抗冲击冷作模具钢,高强韧性冷作模具钢,高耐磨、高韧性冷作模具钢,特殊用途冷作模具钢,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,一、低淬透性冷作模具钢,（一）碳素工具钢,1,、主要性能特点,优点：,价格便宜，来源方便，较高的硬度，一定的耐磨性，易于锻造，易于软化。,缺点：,淬透性差，淬火易于变形、开裂，模具寿命短。,典型钢种：,T7A,、,T10A,、,T12A,2,、热加工工艺,1,）锻造 锻造工艺见表,23,。,工艺要点：,终锻温度不能过高，冷却速度不宜过缓（锻后空冷），以避免析出二次网状渗碳体。,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,无粗大或网状碳化物时，采用球化退火。,出现粗大或网状碳化物时，先正火再球化退火。,2,）退火与正火,锻后模具毛坯应经预备热处理：,球化退火和正火工艺见表,2-4,、,2-5,。,3,）淬火与回火,碳素工具钢淬火和回火工艺规范见表,2-6,，但对于具体模具应进行选择。,淬火温度的选择,考虑的因素见图,2-1,、,2-2,。,图,2-1,淬火温度对,T10A,钢强韧性的影响,图,2-2,淬火温度对,T8,钢淬硬层深度的影响,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,综合分析如下,：,提高淬火温度，钢的强韧性下降，变形、开裂的倾向增大。但提高淬火温度，可提高淬透性，增加硬化层深度，提高模具的承载能力。,据此，碳素工具钢制模具的淬火温度选择原则是：,对于小型模具，可采用较低淬火温度（,760780,）。,对于较大型模具，适当提高淬火温度（,800850,）。,对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。,淬火冷却方式的选择,冷却方式,水溶液、油冷,水溶液,油、水溶液,硝盐,分级淬火、等温淬火,具体冷却方法及适用范围见表,2-7,。,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,回火温度选择,淬火后应及时回火，回火温度根据性能要求而定。图,2-3,所示为碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系。,图,2-3,综合分析，回火温度确定如下：,硬度要求较高时，宜采用,150200,回火。,抗弯强度要求较高时，宜采用,220280,回火,回火时间,12,小时,回火冷却 油冷或硝盐浴,3,、应用范围,碳素工具钢只适宜制作尺寸较小、形状简单受载轻、生产批量不大的模具。,如：,T7-,轻载小型冷作模，,T8-,拉深模，,T10-,冷镦模，,T12-,拉丝、切边模,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,（二）,GCr15,钢,1,、主要性能特点,GCr15,钢是专用轴承钢，冶金质量较高，与碳工钢相比：,硬度高，耐磨性好,接触疲劳强度高,淬透性高，淬、回火变形开裂倾向小,回火稳定性高，有较高的强韧性,使用寿命大幅提高,2,、热加工工艺,GCr15,钢的锻造性能较好，工艺规程一般是：,加热温度：,10501100,始锻温度：,10201080,终锻温度：,850,，锻后缓冷。,锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。,1),锻造,模具材料及,表面处理 高职高专,ppt,课件,2),球化退火与正火,锻后采用等温球化退火：,加热温度：,770790,，保温,24h,。,等温温度：,690720,，等温,46h,。,退火后硬度：,217255HBW,。,锻后若出现网状、条状碳化物，在退火前必须正火。,正火工艺：,加热温度,930950,。,冷却方式 小型模块，空冷；较大模块，鼓风或喷雾；大型模块，热油中冷却。,3,）淬火与回火,淬火加热温度：,830860,，油冷。,尺寸较大或分级淬火的模具，宜选,840860,。,尺寸较小模具，宜选,830850,。,箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。,3,、应用,适于制作精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝板和成型模。,二、低变形冷作模具钢,成分特点：,碳工钢,+,少量,Gr,、,Mn,、,Si,、,W,、,V,典型钢种：,CrWMn,、,9Mn2V,、,MnCrWV,（一）,CrWMn,1,、主要性能特点,淬透性良好（,4050,模具油中可淬透）,耐磨性良好（,W,碳化物作用）,淬火变形小,易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差,2,、热加工工艺,1,）锻造,加热：,11001150,，始锻：,10501100,终锻：,800850,，锻后空冷至,650,后缓冷,2),退火与正火,退火工艺：,加热,790830,，等温,700720,，保温,12h,，炉冷至,550,出炉。,锻造不良，出现网状碳化物或粗大晶粒时，需正火。,正火工艺：,930950,保温后空冷,3),淬、回火,图,26,、,27,为,CrWMn,钢的力学性能与淬火温度的关系：,综合两图分析：,普通淬火温度,820840,油冷适宜，硬度可达,6365HRC,。,图,28,为,CrWMn,钢普通淬火与等温淬火的力学性能比较。,由图可见：,要求高韧性的模具，采用等温淬火合适。,图,28,图,29,、,210,、,211,为,CrWMn,钢回火温度与力学性能的关系。,由图可见,CrWMn,钢回火温度,160200,合适,图,29,图,210,图,211,3,、应用范围,主要用于制造要求变形小、形状复杂的轻载冲裁模，轻载拉深、弯曲、翻边模。,CrWMn,钢碳化物易产生偏析的问题，生产中往往难以解决，造成模具使用中脆断损坏比较严重，建议选用,MnCrWV,或,9CrWMn,钢替代。,（二）,9Mn2V,钢,1,、主要性能特点,与,CrWMn,钢相比，二者耐磨性相近，,9Mn2V,钢的碳化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比,CrWMn,钢小，但淬透性低，回火稳定稍差。,2,、热加工工艺,1,）锻造 始锻：,11301160,，终锻：,800850,，,空冷至,650700,转入炉灰中冷却。,2,）退火 加热,750770/35h,，等温,0700/,46h,。,3,）淬、回火,图,211,、图,212,为,9Mn2V,钢的力学性能与淬火温度的关系。,图,211,图,212,由图分析可知：,9Mn2V,钢的淬火温度范围较宽，在,840,以下淬火，力学性能基本不变，,840,以上淬火，综合力学性能将会下降。因此,合适的淬火温度为,780840,，,根据模具的性能要求在此范围可适当调整。,淬火一般采用油冷，形状复杂的模具可用,100,热油冷却或硝盐浴分级淬火。,图,214,是回火温度对,9Mn2V,钢的硬度和冲击韧性的影响，分析可知：,因此，,9Mn2V,钢适宜的回火温度为,160180,。,在,200250,回火，出现明显的回火脆。,在,200,以上回火，硬度下降速率增大，表明回火稳定性差。,3,、应用范围,9Mn2V,钢适用于制作钢板厚度小于,4mm,的冷冲模，还适合制作精密量具。,图,214,（三）其他低变形冷作模具钢,应用较多的低变形冷作模具钢还有,9CrWMn,、,MnCrWnV,、,SiMnMo,等。往往作为,CrWMn,和,9Mn2V,的替代钢种，使用效果良好。,Cr12,型钢包括,Cr12,、,Cr12MoV,、,Cr12Mo1V1,。其中,Cr12Mo1V1,属于新型钢种。,此类钢从成分特点看属于高碳高铬钢，从组织特点看属于莱氏体钢，从应用上看，应用广，用量大。既有传统钢种，也有新型钢种，典型钢号有：,Cr12,、,Cr12MoV,、,Cr12Mo1V1,、,Cr4W2MoV.,（一）,Cr12,型钢,三、高耐磨微变形冷作模具钢,1,、主要性能特点,应用状态，组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性很高。,具有高硬度、高抗压强度和高承载能力。,淬火变形小，通过淬火温度的调整可达微变形程度。,Cr12,型钢特点比较：,Cr12,碳量高达,2.3%,，碳化物不均匀性严重，脆性大；,Cr12MoV,碳量减少至,1.5%,，,Mo,、,V,加入碳化物细化，韧性增加；,Cr12Mo1V1,钢,Mo,、,V,进一步增加，碳化物更加细化，韧性更好，但锻造性稍差，难退火。,2,、热加工工艺,1,）锻造,Cr12,型钢因是莱氏体钢，轧制后仍残留明,显的带状和网状碳化物，将造成模具淬火开裂，严重损害钢的力学性能，必须严格锻造，使碳化物级别符合要求。（,P24,：表,211,为碳化物级别与力学性能的关系）,锻造工艺,预热,750850,，加热,10501100,始锻,10001050,，终锻,850900,Cr12,型钢锻造性能差，必须坚持多向、多次镦拔才能使碳化物碎化并分布合理。,2,）退火 锻后应及时退火。,等温退火工艺,加热,850870/24h,等温,740760/46h,炉冷至,550,以下出炉空冷,退火后的硬度为,207255HBW,，便于切削加工。,3,）淬火与回火 图,215,、,216,是淬火温度对,Cr12MoV,钢的组织和性能的影响。,图,215,图,216,由图分析可知：,随着淬火温度升高，淬火硬度相应增加。,淬火温度大于,1050,若再提高淬火温度，残留奥氏体大幅增加导致硬度急剧下降。,淬火温度大于,1050,淬火，奥氏体变粗，抗弯强度、冲击韧度明显降低。,图,217,、,218,、,219,是回火温度对,Cr12MoV,钢力学性能的影响。,图,217,图,218,图,219,由图分析可见：,钢在,520,左右回火出现明显的二次硬化。,在,200,左右回火，其抗弯、抗压强度最高。,在,400,左右回火，断裂韧度最高。,因此，,Cr12,型钢的淬火、回火温度应根据模具的性能要求而定，一般可选用三种淬回火工艺。,低温淬火及低温回火,淬火温度分别为,Cr12,钢,950980,，,Cr12MoV,钢为,10001020,，,Cr12Mo1V1,钢为,9801040,，回火都为,180200,。,性能特点：,具有高的硬度、耐磨性及韧性，但抗压强度较低,高温淬火及高温回火,淬火温度分别为：,Cr12,钢为,10001100,，,Cr12MoV,钢为,11151130,，,Cr12Mo1V1,钢为,10601100,，回火都为,500520,。,性能特点：,具有高耐磨性、热硬性及较高抗压强度。,中温淬火及中温回火,主要用于,Cr12MoV,钢，淬火温度为,10201040,，回火,400425,。,性能特点：,最好的韧性，较高的断裂韧度。,Cr12,型钢淬火可采用空冷、油冷、分级淬火，回火可采用油冷或空冷，回火次数,13,次。,3,、应用范围,Cr12,钢：,只适用于制造冲击负荷小、耐磨性要求高的冲切薄硬钢板的冲裁模。,Cr12MoV,和,Cr12Mo1V1,钢：,广泛用于制造大截面、形状复杂的重载模具，如切边模、落料模、滚边模、拉丝模。,Cr12Mo1V1,脆断倾向最小，模具寿命是,Cr12MoV,的几倍。,（二）,Cr4W2MoV,钢,Cr4W2MoV,钢是新型中合金冷作模具钢，,Cr,量比,Cr12,型钢减少,2/3,，性能相近，主要特点如下：,1,、主要性能特点,共晶碳化物颗粒细小，分布均匀。,具有较高的淬透性和淬硬性。,具有较好的耐磨性和尺寸稳定性。（具体性能指标见教材表,212,、,213,）,1,、热加工工艺,Cr4W2MoV,钢锻造温度较窄，变形抗力较大，锻造时应注意这点。,加热：,11301150,，,始锻：,10401060,终锻：,850,，坑冷或热砂缓冷。,2,）退火 采用等温退火。,1,）锻造,加热：,860/3h,，炉冷至,760,等温,46h,出炉缓冷。,（球化效果良好，硬度小于,241HBW,）,3,）淬火与回火,根据模具工作条件可采用两种淬回火工艺：,要求耐磨性和热硬性高的模具：,10201040,淬火，,520540,三次回火。,要求韧性好、变形小的模具：,960980,分级淬火，,270290,回火二次。,Cr4W2MoV,钢主要用于制造各种冲模、冷镦模、落料模、冷挤凹模及搓丝板，可替代,Cr12,型钢。,3,、应用范围,三、其他高耐磨微变形冷作模具钢,中合金冷作模具钢,Cr6WV,：,具有较好的耐磨性和韧性的配合，碳化物分布均匀，淬火变形小。主要用于制造高强度、高耐磨和承受一定冲击载荷的模具，如钻套、冷冲模及冲头等。,中合金空冷模具钢,Cr5Mo1V,：,引自美国的,A2,开发的新钢种，具有良好的空冷硬化性能，这对制造形状复杂的冷冲模是极为有利，特别适于制造要求高耐性又要求好的韧性的模具，如下料模、冲头、滚丝模、剪刀片等。,（以上两只钢的热处理工艺见教材表,214,）,四、高强度高耐磨冷作模具钢,典型钢种：即高速钢,W18Cr4V,、,W6Mo5Cr4V2,1,、主要性能特点,成分特点：,Wc,：,0.7%0.9%,性能特点：,具有高屈服强度、高抗压强度、高抗弯强度，高耐磨性，同时具有很高的回火稳定性和热硬性。承载能力位于各传统冷作模具钢之首。（与,Cr12MoV,的性能比较见教材表,215,）,主要缺陷：,轧材中存在大量的合金碳,化物，并且成带状、网状、块状分布，只,能用改锻的方法使之细化。其次，导热性,差、韧性不足，易脱碳氧化。,耐磨性比较见图,220,图,220,2,、热加工工艺,1,）锻造,钨系高速钢：,加热,11201150,，始锻,1040,1050,，终锻,900950,，锻后坑冷、砂冷或炉冷。,钼系高速钢：,始锻,10001020,，终锻,850,工艺要点：,应反复镦粗与拔长，锻造比一般为,10,左右,2,）退火 常采用等温退火,W18Cr4V,钢：,加热,870880/24h,，等温,720750/46h,，随炉冷至,600650,出炉空冷。,W6Mo5Cr4V2,钢：,加热,850860,，其余工艺参数同上。,3,）淬回火,高速钢传统的用途主要用制造高速切削的各类刀具，为了满足刀具的热硬性和耐磨性的要求，常采用高淬高回的热处理工艺，这种处理对于刀具虽然满足了热硬性和耐磨性的要求，但韧性不足。,W6Mo5Cr4V2,钢经不同淬火温度和回火温度的处理，其硬度和韧性的变化见图,221,。,图,221,由图可见，,如要求较高的韧性，采用低温淬火工艺较合理。,因此，高速钢用于重载模具常采,用低淬低回或低淬高回的工艺。,具体工艺如下：,W18Cr4V,钢：,11001250,加热淬火，,560,回火三次或,150250,回火一次。,W6Mo5Cr4V2,钢：,10501200,加热淬火，,560,回火三次或,150250,回火一次。,经此处理硬度约为,5864HRC,，韧性良好。,3,、应用范围,高速钢主要用来制作重负荷冲头，如冷挤压钢铁材料的凸模，冷镦冲头，中厚钢板冲孔冲头（,1025,），直径,56mm,的小凸模以及用于冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强度钢板的中、小凸模和粉末冶金压模等。,W6Mo5Cr4V2,钢的综合性能优于,W18Cr4V,钢，制作重载冲头的使用效果更好。,五、抗冲击冷作模具钢,这类钢化学成分接近合金调质钢，主加元素,Mn,、,Si,、,Cr,、,W,、,Mo,（见教材表,217,）。,（一）铬钨硅系钢,典型钢种：,4CrW2Si,、,5CrW2Si,、,6CrW2Si,（均已纳入国标）,1,、主要性能特点,淬透性良好，碳化物少，组织均匀，淬火组织以板,条状马氏体为主。,具有高抗弯强度，高冲击疲劳抗力高韧性和一的耐磨性。,抗压强度低，热稳定性差。,淬火变形难以控制，脱碳敏感性较大。,2,、热加工工艺,1,）锻造,始锻：,11501180,，终锻：,800850,，锻后,缓冷。,2,）退火,普通退火：加热,800820,/35h,，炉冷至,550,出炉空冷。,为了改善切削加工性可采用软化退火（高温回火）,。,工艺：加热,710740/36h,，炉冷或空冷。,3,）淬火与回火,图,222,为铬钨硅系钢的热处理特性：,a,）,淬火温度对,6CrW2Si,钢的硬度和冲击韧度的影响,b,）,5CrW2Si,钢的淬火工艺、回火温度对硬度的影响,c,）,5CrW2Si,钢的淬硬层曲线,d,）,回火温度对,6CrW2Si,钢硬度、冲击韧度的影响,综合分析可知：,铬钨硅系钢具有较好的淬透性及明显的强韧性峰值。淬硬性低的,4CrW2Si,钢进行渗碳淬火，可以获得良好的综合力学性能。,铬钨硅系钢在,300350,回火有轻微的,回火脆,，,450,左右回火可以获得,较高的冲击韧度,。因此回火工艺有两种选择，即,20250,低回,和,430470,中回,。,铬钨硅系钢适宜的淬回火工艺为：,淬火加热：,860900,油冷，,淬火硬度,5357HRC,回火加热,消除应力，稳定组织：,200250,，,5358HRC,良好韧性：,430470,，,4550HRC,3,、应用范围,4CrW2Si,钢：,主要制造大中型重载冷镦冲头及精压模,5CrW2Si,钢：,主要制造重载冷剪刀片、中厚钢板穿孔,冲头及风动工具等。,6CrW2Si,钢：,常用于耐磨和强度要求较高的重载冲模、压模。,（二）,9SiCr,该钢是传统的低合金工具钢，广泛用于制造薄刃具，也,多用于制造形状复杂的轻载冷冲模。,主要性能特点：,具有较好的淬透性和回火稳定性。,碳化物颗粒细小，组织均匀。,淬火变形较小。,脱碳倾向大。,淬回火工艺：,图,223,为淬、回火温度对,9SiCr,钢的力学性能的影响,综合分析可知，适宜的淬回火工艺为：,淬火工艺：加热,860880,油冷、分级。,回火工艺：,硬度要求为,6264HRC,时，取,180220,回火。,硬度要求为,5658HRC,时，取,280320,回火。,硬度要求为,5456HRC,时，取,350400,回火。,应用范围：,主要用于制造形状复杂、变形小，耐磨性要求较高的,冷作模具，如冲模、打印模、搓丝板、冷轧辊等。,（三）其他抗冲击冷作模具钢,典型的合金弹簧钢,60Si2Mn,常作为抗冲击工具、模具,使用，如标准件行业中的冷镦模冲头、螺母冷镦模具等。,（抗冲击冷作模具钢的常规热处理工艺见教材表,218,）,六、高强韧性冷作模具钢,低合金钢、不锈钢和轴承钢冷挤压技术的发展对冷作模具钢担出了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且还要有高韧性。能够满足这些性能要求的只有近年来研制的降碳高速钢、基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。其典型钢种的牌号及成分见教材表,229,。,（一）降碳高速钢,6W6Mo5Cr4V,（,6W6,）,1,、主要性能特点,与高速钢比较碳、钒含量减少较多，使得碳化物总量减少，,碳化物不均匀性,得到改善。,淬火硬化状态的,抗弯强度,和,塑性,提高了,30%50%,，,冲击韧度,提高了,50%100%,，,硬度降低了,23HC,。,易脱碳，耐磨性稍差。,2,、热加工工艺,1,）锻造 始锻温度：,10501100,，终锻温度：,850900,，锻后缓冷。,2,）退火 可按高速钢进行。,3,）淬回火 图,224,是淬、回火温度对,6W6,钢的力学性能的影响：,图,224,由图分析可知：为了获得良好的韧性和较高的耐磨性，,可采用较低温度淬火和较高的回火温度，即：,加热,11801200,油淬，,560580/1.5h,回火,三次。,3,、应用范围,6W6,钢主要用于取代,高速钢或,Cr12,型钢制作易于脆断或,开裂的冷挤压凸模或冷镦模,，寿命可提高,210,倍；用于,大规格的圆钢下料剪刀寿命可提高,10,倍。,（二）基体钢,是指具有高速钢正常淬火时基体成分的钢。,典型钢种：,65Cr4W3Mo2VNb,（,65Nb,）,7Cr7Mo2V2Si,（,LD,）,5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al),1,、,65Nb,钢,（,1,）主要性能特点,具有高速钢的强度、硬度和耐磨性，又有较好的韧性。,钢的工艺性能得到很大改善，直径小于,50mm,的钢,轧材坯料不需改锻，仍可获得满意的性能和寿命。,（,2,）热加工工艺,1,）锻造 始锻：,10801120,，终锻：,900850,，锻后缓冷。,2,）退火 加热,860/730740,等温。,该钢退火易软化，延长等温时间，硬度可降至,180HBW,，为模具的冷挤压成型提供了条件。,3,）淬火与回火 图,225,是淬火温度对,65Nb,钢力学性能的影响,由图可见，当淬火温度大于,1180,，晶粒粗化，残余奥氏体增加，硬度、强度下降。,适宜淬火温度为：,10801180,回火温度与力学性能的关系见教材表,220,。,由于有二次硬化现象，,65Nb,钢一般,采用,高温回火，回火温度为,520580/12h,，二次。,图,225,生产中常根据模具的不同用途，采用不同的淬、回火工艺，具体工艺方案及性能见教材表,221,。,（,3,）应用范围,65Nb,钢适于制作形状复杂的,非铁金属挤压模、冷冲模、冷剪模及单位压力为,2500MPa,左右的钢铁材料冷挤压模具,，也可用于轴承、标准件、汽车行业中的锻模、冲模及剪切模具可获得高的使用寿命。,2,、,7Cr7Mo2V2Si,（,LD,）,该钢不含钨，铬、钼、钒含量都高于高速钢基体，二 次硬化强烈，淬透性提高，晶粒细化。,所以，该钢,性能优于,Cr12,型钢、高速钢、，具有高强度、高韧性和高耐磨性。,其次是冷热加工工艺性良好，通用性强。,（,1,）主要性能特点,（,2,）热加工工艺,1,）锻造,宜缓慢加热，锻造温度严格控制在,11301150,，终锻温度为,850,，锻后砂冷。,2,）退火,采用球化退火。加热,840860/2h,，等温,700720/46h,，缓冷至,400,以下出炉空冷。,3,）淬火与回火,LD,钢淬火温度与硬度、晶粒度、残留奥氏体量的关系及回火硬度见教材表,222,、,223,。,综合分析：淬火温度为,11001150,。淬后有,34%,的残留奥氏体。,回火温度,540570/12h,，回火,23,次。,高韧性要求的模具，也可以采用低淬低回工艺。,（,3,）应用范围,广泛用于冷挤、冷镦、冲压和弯曲等冷作模具的制造，,其寿命可比高铬钢、高速钢提高几倍到几十倍。,3,、,5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al),（,1,）主要性能特点,碳量较低，为,0.47%0.57%,。,强韧性高，热疲劳性好。,是冷、热兼用型模具钢。,渗碳性能良好，可通过渗氮进一步提高耐磨性。,（,2,）热加工工艺,该钢导热性差，变形抗力大，锻造较为困难。,锻造工艺：,加热,11001140,，,始锻,10501100,终锻,850,以上，锻后砂冷。,退火工艺：,加热,850870/4h,，炉冷至,710720/6h,，保温结束炉冷至,550,出炉空冷。,淬火工艺：,用于冷作模具最佳工艺为,500,和,800,二次预热，盐浴加热,10901120,油淬。,回火工艺：,510,回火二次，每次,2h,油冷。回火硬度为,6062HRC,。,（,3,）应用范围,012Al,用于冷作模具，主要替代,Cr12MoV,钢制作,冷镦模、中厚钢板凸模、搓丝板、内六角凸模、切边模等，使用寿命比,Cr12MoV,钢大幅提高。,（三）,6CrNiSiMnMoV,（,GD,）,基体钢的缺陷是,：合金化程度高，钢材成本较大。淬火温度区间都较窄，一般不能用箱式电阻炉加热，限制了该项钢在中小企业的推广使用。,GD,钢就是针对上述缺陷研制的新钢种。,主要性能特点：,钢的韧性、抗压强度等性能显著优于,CrWMn,和,Cr12MoV,钢，但耐磨性略低于,Cr12MoV,。,碳化物偏析小，可以不改锻，下料后直接使用。,淬透性良好，空冷可以淬硬，淬火变形小。,淬火加热温度低，区间宽，可采用油淬、风冷及火焰加热淬火，回火温度也低，利于节能。,淬硬性良好，油淬硬度可达,6465HRC,，空淬硬度可达,6061HRC,最佳热处理工艺：,淬火加热,870930,，回火,175230/2h,一次。,应用范围：,GD,钢主要,替代,CrWMn,、,Cr12,型钢、,9Mn2V,、,6CrW2Si,钢制造各种,异形、细长薄片冷冲凸模，形状复杂的大型凸凹模，中厚钢板冲裁模、剪刀片及精密淬硬型塑料模具等。,（四）,7CrSiMnMoV,（,CH-1,）,CH-1,钢又称火焰淬火钢，也称低合金空淬模具钢。,是为适应大型、特大型模具的热处理要求、缩短制造周期、节约生产成本而研制的新钢种。,主要性能特点：,具有高强韧性（参见教材表,226,）。,耐磨性良好（见下图）。,CH-1,钢耐磨性比较,淬火温度范围很宽，在,860960,范围内变化，利于火焰加热淬火。,淬透性好，淬硬性高，热处,理变形小，空冷后硬度可达,60,HRC,以上。,碳化物偏析小，塑性变形抗力低，锻造性能良好。,焊接工艺性好，能满足冲模的焊补要求。,应用范围：,主要用于,大型、形状复杂的多孔位薄板冷冲模，如汽车,覆盖件冷冲模,，也可以替代,Cr12MoV,钢制造强韧性要求,高的冷作模具。,（五）,8Cr2MnWMoVS,（,8Cr2S,）,8Cr2S,钢又称易切削精密冷作模具钢，主要性能特点如下：,淬透性、淬硬性良好，,100mm,的圆钢空淬或硝盐分,级淬火，硬度可达,6164HRC,。,热处理工艺简单，,作为预硬钢的热处理工艺为,：,（,860880,）,2min/mm,空冷，（,550620,）,2h,回火。,作为高硬态模具的热处理工艺为,：,860900,空淬，,160250,回火。,具有较高的强韧性（见教材表,228,）。,切削加工性良好，退火态可比一般工模具钢缩短加工工时,30%,以上，硬度为,4045HRC,的调质状态仍可采用高速钢刀具顺利地进行车、铣、刨、钻、镗 攻螺纹等常规,加工。,热处理变形小。,具有良好的表面热处理性能。,应用范围：,作为预硬钢，适于制作精密的塑料模、胶木模和印刷电路板冲孔模，与其他模具钢相比，配合精度提高，使用寿命提高。,作为高硬态钢，主要制作精密零件的冲裁模，如手表零件、电子零件的冲裁模，寿命较传统模具钢都有大幅提高。,（高强韧性冷作模具钢的热处理规范见教材表,229,）,七、高耐磨高韧性冷静作模具钢,高强韧性冷作模具钢由于钢中含碳量的减少，耐磨性不如高铬钢和高速钢，高耐磨、高强韧性冷作模具钢弥补了这类钢不足。,典型钢种：,9Cr6W3Mo2V2,（,GM,）,Cr8MoWV3,（,ER5,）,（一）,GM,钢,1,、主要性能特点,与高铬钢、高速钢相比，碳化物不均匀程度大大降低，晶粒细化，强度、韧性提高，具有最佳的耐磨性和强韧性配合。,（见教材表,231,）,2,、热加工工艺,（,1,）锻造 加热,11001150,，始锻,1100,，,终锻,850900,，锻后缓冷并及时退火。,（加热要缓，锤击时应按轻,重,轻法则操作）,（,2,）退火 采用球化退火。加热,850870/3h,，,炉冷至,730750/46h,，炉冷至,500,出炉。,（,3,）淬火与回火,图,227,淬火温度对,GM,钢硬度的,影响见图,227,。,淬火温度对,GM,钢残留奥氏体量的影响见图,228,。,淬火温度对,GM,钢奥氏体晶粒尺寸的影响见图,229,。,图,228,图,229,由图分析可知：,GM,钢有较宽的淬火温度，淬火后晶粒细小，残留奥氏体量少。,通常淬火温度为：,10801120,，,油淬。,淬火硬度为：,6466HRC,。,回火温度对,GM,钢硬度的影响见图,230,。,图,230,由图可见，,GM,钢二次硬化能力显著高于,Cr12,型钢，接近高速钢水平，硬化峰值范围宽，说明回火稳定性高。,GM,钢适宜的回火温度为：,520540/2h,，回火,2,次,.,3,、应用范围,主要用于,多工位级进模、高强度螺栓滚丝模和电机 转子片复式冲模,等，其寿命比,65Nb,钢和,Cr12MoV,钢提高,26,倍以上。,（二）,ER5,钢,1,、主要性能特点,与基体钢相比，,ER5,钢提高了,C,、,V,、,Cr,、,Mo,、,W,等碳化物元素的含量，因此，在保持高韧性的同时，耐磨性比基体钢、,GM,钢好，远远超过,Cr12MoV,（见教材表,232,、,233,）。,2,、热加工工艺,锻造：,锻造性能良好，,始锻,1150,，终锻,900,。,退火：,860/2h,，冷至,760/4h,，炉冷至,500,以下出炉空冷，硬度为,220240HBW,。,淬火与回火：,淬火温度宽，二次硬化效果好，热处理变形小。一般工工艺为,1120,加热，,550,三次回火,。,应用范围：,适于制作大型重载冷镦模、精密冷冲模等。如用,ER5,制作的电动机硅钢片冲模，总寿命达,500,万次。,八、特殊用途冷作模具钢,耐蚀冷作模钢：,9Cr18,、,Cr18MoV,、,Cr14Mo,等,。,这类钢的成分特点是高碳高铬，淬火后马氏体中含铬量高达,12%,，所以，既有高的耐磨性又有良好的耐蚀性能，主要用来制作耐蚀塑料模具。,无磁模具钢：,7Mn15Cr2Al3V2WMo,该钢锰含量高，在使用状态呈稳定的奥氏体组织，所以导磁率非常低，在磁场中不被磁化，主要用来制造磁性材料的成型模具和无磁轴承。,热处理工艺：,1170,固溶淬火，,650750,时效,15h,，可获得较高强度、硬度和耐磨性，但切削加工性较差。,九、硬质合金,种类：,金属陶瓷硬质合金、钢结硬质合金,1,、金属陶瓷硬质合金,成分：,碳化物粉末（,WC,、,TiC)+,粘结剂（,Co,、,Ni,）,性能特点：,具有高硬度、高抗压强度和高耐磨性，脆性大，不能进行锻造、热处理及切削加工。,应用：,用于冷冲模的硬质合金一般是钨钴类（,Co+WC,），,主要用于制作多工位级进模、大直径拉深凹模的镶,块。,（钨钴类硬质合金的力学性能见教材表,234,）,2,、钢结硬质合金,钢结硬质合金与金属陶瓷硬质合金比较：,粘结剂为合金钢粉末。,力学性能特点相同，但钢结硬质合金具有可加工性和热处理性。,典型牌号：,GT35,、,TLMW50,、,DT,其中,DT,合金是较理想的有代表性的工模具材料,（,1,）,DT,合金的力学性能（见教材表,235,）,具有高硬度、高耐磨性和高强度，又有一定的韧性，还具有较好的抗热裂能力，不易出现崩刃、碎裂等。,（,2,）,DT,合金的热加工特性,等温球化退火工艺：,860880/23h,，炉冷，,700720/6h,，炉冷至,550,以下出炉空冷。,淬火、回火工艺：,预热,800850,，加热,10001020,油淬。,回火温度取决于合金钢基体的成分，一般采用低,温回火或高温回火，回火时间为,2h,。,锻造工艺：,经烧结态的合金必须经过锻造成形，提高合金密度，,降低碳化物偏析。,DT,合金导热性差，预热要充分，加热,要缓慢均匀，要防止氧化脱碳，变形量控制在,5%,，采用,轻锤快打，防止锻裂。锻后要缓冷，严禁水冷、空冷。,工艺为：预热,700800,，始锻,11501200,，终锻,880900,。,（,3,）,DT,合金的切削加工,DT,合金退火后能够进行各种切削加工，但加工难易与加工工艺参数有很大的关系。,磨削加工时，应采用高转速，小磨削量，并供给充足的冷却液，磨削退火工件，采用干磨合适。,电加工后，一般要采用二次回火来消除硬化层，并仔细研磨电加工面。,（,4,）,DT,合金的应用,DT,合金性能优越，现已越来越多地用于,制造冷镦模具、冷挤压模具、冲裁模具、拉深模具等,，使用寿命比高速钢和高铬钢提高几倍到几十倍。,DT,合金价格比合金钢贵几倍，小批量生产时，技术经济效益不明显。为了节约材料，制作模具时，一般采用镶套、焊接、粘结和机械组合连接的方法。,第三节 冷作模具的选材,一、冷作模具的选材原则,1,、满足模具的使用性能要求,根据模具的工作条件、结构尺寸和生产批量确定所选材料应具备的主要性能指标。,2,、满足模具的工艺性能要求,根据模具的制造工艺方法、尺寸大小、精度要求等，要考虑所选用的模具材料是否能满足模具制造的各种工艺性能要求。,如：可锻性、可加工性、焊接性、淬透性、氧化脱碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。,3,、经济性,尽可能选用价格低廉、货源丰富、供应方便的材料。,二、常用冷作模具的材料选用,（一）冷冲裁模,1,、工作条件及失效形式,冲裁模工作部位受力情况如图,231,图,231,由图分析可知：冲裁模刃口在侧向压力,F,的作用下，刃口部位受到很大的,弯曲应力，其次刃口部位受到冲击和强烈的磨擦。,工作条件：,失效形式：,磨损 刃口磨损到一定的程度会使冲裁件产生毛剌，为使刃口锋利，需磨削，多次刃磨，导致失效。,崩刃、凸模折断 安装不良、冲裁工艺执行不严或热处理不当导致这类非正常失效。,性能要求：,高硬度、高耐磨性。,足够的抗弯、抗压强度和适当的韧性。,板料厚度不同，要求不同。薄板以高精度、高耐磨为主；厚板以高耐磨、高强韧性为主。,凸凹模要求也有差异，对凹模来说，抗压强度和韧性比凸模高。,2,、冷冲裁模材料选用,选材考虑的因素：,产品的形状和尺寸、被冲材料特性、工作载荷大小、失效形式、生产批量、模具成本等。,一般选用概况：,对于形状简单、载荷轻的冲裁模,:,选用碳素工具钢，如,T10A,。,对于形状复杂、尺寸较大、载荷较轻、精度较高：,选用低合金工具钢，如,9SiCr,、,9Mn2V,、,CrWMn,、,Cr6WV,等。,对于大中型模具：,可选用高耐磨、高淬透性、变形小的高碳中铬钢、高铬钢、高速钢、基体钢和高强韧性低合金冷作模具钢。,对于大量生产的冷冲裁模：,选用硬质合金、钢结硬质合金。,选材时应重视新型冷作模具材料的使用，选用时可参照,教材表,238,。,冷作模具的材料选用实例可参考,教材表,237,。,冲裁模辅助零件的选材及热处理要求参见教材表,239,，不同的冷冲裁模具，差异性不大。,（二）冷镦模具的选材,1,、工作条件和失效形式,工作条件：,冲击力大，单位冲击压力可达,20002500MPa,并且冲击频率高。,凹模型腔表面和凸模工作表面受强烈的冲击摩擦，工,作温度可达,300,左右。,材料的不均、坯料端面不平、镦机调整精度不够，冲头还受到弯曲应力。,失效形式：,擦伤 冲头和凹模工作表面出现沟痕或磨损。,崩落 坯料金属粘附在凹模上，致使凸模偏载，使局部区域成块崩落。,