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常用金属材料及热处理知识浙江吉润汽车有限公司模具科2011年9月20日培训目的:为了让员工更多了解关于模具的理论知识,我们进一步的去观察并探讨模具材料及热处理、钢的热处理、常用模具钢种类及热处理工艺等方面的知识,使我们更多的了解金属材料的工艺性能,以及钢通过加热、保温、冷却重新改变品体组织,提高性能的工艺方法和过程。培训内容:第一部分:模具材料热处理第二部分:钢的热处理第三部分:常用模具钢种类及热处理工艺模具材料热处理模具常用材料为金属材料金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料,属于合金材料。一、黑色金属材料:碳素钢、碳素工具钢、合金刚、高速钢、硬质合金等。1、碳素钢分为为低、中、高三种碳钢,它的含碳量分别为≤0.25﹪、0.25﹪~0.6﹪、≥0.6﹪。2、碳素工具钢属于高碳钢。二、常温合金成分:钢材,主要为铁、碳合金(Fe-c)。1、有益合金元素:碳(C)、硅(Si)、锰(Mn)2、有害物质:硫(S)、磷(P)3、合金元素:铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)等4、其余是铁(Fe)三、化学成分对性能的影响;1、碳(C)含量的影响:碳的含量越高,它的强度就越高,硬度越高,则它的耐磨性较强;然而塑性降低,韧性下降。2、硅、锰等元素的影响:硅属于强化因素,它的含量越高屈服强度就越强,而硬度就提高。3、“硫”形成热脆,在高温下出现脆性,锻坯时出现裂纹。“磷”形成冷脆,在溶解于钢的组织内,使其在常温下出现裂纹。4、合金元素能强化元素,提高强度、硬度,改善热处理性能,提高淬透性。模具材料热处理四、黑色金属材料1、冲压制品,用低磷、低硫磷,精冲零件时塑性进一步提高,适当降低碳含量。2、模具材料具备有碳素钢、中碳钢、碳素工具钢、合金钢、合金工具钢、特种性能钢、高速钢等。①45(碳素钢):它的含碳量是0.45%65Mn(弹簧钢)Q235A表示:Qбs屈服强度235MPA表示:普通碳素钢45、65表示优质碳素钢②碳素工具钢:T8、T10A、T12A。A:表示高级优质钢③合金钢(低合金钢)碳素工具钢类别:40Cr、40MnB轴、16Mn梁、骨架④合金工具钢:Cr12(铬Cr%=12%、C%=1%C)Cr12MOV矾(细化晶粒)模具材料热处理⑤特种性能钢:1、不锈钢1Cr130Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti2、耐热钢(含钨)3、耐磨钢⑥高速钢(用于高速切削)W18Cr4V特性:具有红硬性(高温条件600℃以上),仍然具有高的硬度。五、铸铁用于制造铸件的生铁,其中普通铸铁含碳量在2%~4%之间。1、普通灰口铸铁具有①有一定的强度,比较脆,耐磨性好,可铸性良好②成本低,晶体结构,片状石墨存在于钢的基体中。模具材料热处理2、球墨铸铁①特性:石墨呈球状和钢的基体组织②性能:强度提高,塑性改造有良好韧性③应用:模座、发动机曲轴,也可以提高热处理提高性能④生产方式:灰铁、铁液同时进孕育(加硅)和球化(加镁)处理3、可锻铸铁4、合金模具铸铁模具材料热处理六、有色合金1、铝和铝合金特性:轻、防锈、熔点低2、铜合金特性:美观、耐腐蚀、耐磨3、轴承合金用于生产轴承(滑动轴承)4、硬质合金用于耐磨强度高(简单模具)七、金属材料的工艺性能1、加工的难易程度①可铸性②可锻性③可焊性④可切削性⑤热处理性能(淬透性)模具材料热处理八、金属材料的力学性能及指标、物理性能1、应力,单位材料截面(单位面积)上所产生的内力(平衡外力)2、强度:①бь抗拉强度:бs屈服强度→塑性材料产生流动变形的应力。②б-1疲劳强度б-1≈0.5бь往复循环拉压交变所表现出来的,不被破坏应力,循环次数107定其状态的бь屈强比③塑性指标材料的塑性变性能力P拉力P被拉长L0PL1×100﹪=б%延伸率试样单位长度的伸长量б%变形-L0L1-L0模具材料热处理3、硬度:①HS→肖氏硬度②HB→布氏硬度(软性材料)③HRC→洛氏硬度,淬火后的表面硬度(10倍)4、韧度:材料承受冲击能而不被破坏的能力5、冷脆性:当工作温度低,ak值下降、降低的现象称材料冷脆性。6、弹性变形:变形后可恢复的特征7、塑性变形:产生永久变形的能力(不可恢复)模具材料热处理九、刀具的材料刀具材料应该具备的性能:1、刀具失效:①过量的磨损②损坏工作情况:高温高压高摩擦力2、刀具材料:①工具钢②硬质合金③陶瓷④超硬材料工具钢分为:碳素工具钢、合金工具钢、高速钢3、高速钢:1)性能:V=25~30m/min综合性能好2)用途:工艺系统刚性一般时,切削用刀具制造工艺简单,刀刃锋利,精加工,成形加工刀具复杂形状刀具。模具材料热处理4、硬质合金:①U=100m/min数控加工的主要用的材料1)性能:高的硬度,高的耐磨性2)缺点:抗弯强度及韧性比较差,只有高速钢导热性小,热膨胀小。3)分类:①钨钴类wc+coYG耐热性800℃~900℃。主要用于加工脆性金属,不适于加工钢YG3(精加)、YG6(半粗)、YG8(粗)4)钨钛钴类硬质钢(YTWS+TiC+CO)耐热性高900℃~1200℃。牌号YT5、YT15、YT30碳化钛的含量越高含钴就越小,它的硬度高,不适于抗冲击粗加工YT5、半粗YT15、精加工YT30模具材料热处理5)钨钛5、其他刀具材料(1)陶瓷:硬度高,耐磨性好(1200≥60HRC)脆性大用途:低于Ra用的工具(2)金刚石刀具:(天然的金刚石)用于有色金属切削,不适合加工金属。模具材料热处理十、金属切削过程的基本规律1、积屑瘤的形成:在一定切削速度下,连续切削,在刀具的前刀角面上看见三角形的硬块,与被加工材料硬化情况以及刀具前面区的压力和温度有关,温度和压力有关,温度和压力太低不会产生,温度太高也不会产生,速度太低也不会产生。2、影响:①前角增大,切削就容易②切削厚度就增加,不利于加工尺寸的控制,容易产生振动③加工的Ra增大④刀具耐硬度(T)下降模具材料热处理3、避免积屑瘤产生措施:①提高材料的硬度,热处理,它的硬度越高硬化就越高。②增大前角,降低切削对刀具前面的压力。③改变切削速度,(正常使用)④换切液采用润滑比较好4、切削液1)作用:冷却、润滑、清洗、防锈2)分类:①水溶性切削液(水基)②非水熔性切削液(油基)模具材料热处理3)选用的一般原则:①粗加工用水溶性切削液,硬度合金刀具一般不加切削液,若要加必须加到切削区且要充分连续。②精加工,用非水溶性切削液(油基)③难加工材料加板压切削机④磨削加工,用水溶性冷却、清洗、润滑、防锈5、刀具磨损1)刀具失效:刀具丧失正常切削作用2)磨损过程:初期磨损→正常磨损→急剧磨损3)刀具的耐用度:两次刀磨间刀具总的切削时间模具材料热处理6、加工表面质量1、包含:①表面粗糙度②表面层冷作硬化③表面金属组织的变化④表面残余应力模具材料热处理钢的热处理一、钢(球、铁)通过加热、保湿、冷却重新改变品体组织提高性能的工艺方法和过程1、作用:提高硬度、韧度、耐磨性、耐腐蚀性、改善加工性能、消除内应力2、方法:退火、淬火、调质、表面淬火、表面处理、化学处理、渗碳、渗氮等表面氧化、电镀、时效处理等钢的热处理tc。保湿727C。~760C。AC1—AC2T1T2T3冷3、热处理的工艺分述:慢冷(炉冷)→退火空冷(自然冷却)→正火油冷→正火水冷→淬火慢冷——退火空冷——正火水冷——淬火油冷——淬火钢的热处理方法:1)单液淬火2)双液淬火(先油冷,后水冷)注意事项:①确保淬火加热温度,保温时间,要符合工艺要求。材料不同,加热温度不同。尺寸不同,保温时间不同。②在保证钢件足够硬度的前提下,淬火温度越低越好,保持钢件有一定的韧性。③材料渗透性要好,对整体淬火而言一定要渗透(Cr钢)④对长薄件,淬火前要固定以防变形(减少变形)⑤对调质件,先要进行整体淬火→高温回头,温度控制500℃-600℃⑥淬火后的晶体组织得到马氏体(硬)钢的热处理二、回火1、低温回火:加热温度是初步消除内应力,增加钢性、韧性、用于模具、工具2、中温回火:用于弹性零件、锻模3、高温回火:用于提高综合力学性能,提高屈服强度,如:轴、轮、杆钢的热处理三、退火1、作用:对毛坯件,降低表面硬度,提高工艺性,便于加工,消除内应力,及调整和改善内部组织2、退火方法:加热→保湿→缓慢冷却(炉冷)四、正火1、作用:对毛坯件,降低表面硬度,提高工艺性,便于加工,消除内应力,及调整和改善内部组织,主要是降低热处理周期。2、正火方法:主要是冷却条件不同,空气中冷却钢的热处理五、热处理性能在技术条件上的反映1、对力学性能的标注,表面硬度为56—62HRC2、表面硬度:表面硬度范围不能太宽,从使用上希望窄,从生产上希望宽3、对淬透性:开裂敏感性,畸变敏感性,脱碳敏感性4、零件的几何形状,对热处理变形允许量提出要求六、热处理变形1、体积变化、晶体引起2、形状变化、内应力引起3、翘曲变形、形状不对称引起4、尺寸变化、氧化引起钢的热处理七、材料的表面强化技术1、目的:提高表面韧度、耐磨性(强化性)2、方法:①表面化学处理:渗碳、渗氧、碳氧共渗②表面热处理、淬火③表面合金化、渗铬、渗錋④表面薄膜化、镀铬、离子注入⑤表面形变强化、喷丸、滚压、冷挤压八、热处理的发展方向:高性化、高效率、节能、环保、工艺过程、自动化及柔性化钢的热处理模具分类:冲压模、塑料膜、锻压模、压铸模、挤压模、冷镦模、拉丝模、玻璃膜、陶瓷膜等,按工作分为冷作模具、热作模具。常用模具钢种类及热处理工艺一、冷作模具钢工作条件及热处理工艺1、模具工艺零件的报废原因:磨损、断裂、崩裂、变形超差2、性能要求:高硬度、高耐磨性、高韧性、高抗拉强度3、工艺要求:淬透性、尺寸稳定性二、热作模工作条件及选材(锻模、热挤压、压铸模)1、模腔表层金属受热,工作湿度提高,保证受热条件的硬度、耐磨性、韧度具有回火稳定性2、防止表层龟裂,具有抗热疲劳性,由反复热胀冷却引起3、具有耐热性和组织的稳定性常用模具钢种类及热处理工艺三、防龟裂措施1、降碳提高韧度2、提高导热性3、保证回火的稳定,使将品体组织不变四、常用模具钢的退火工艺规范1、工艺:加热→保温→慢冷(炉火)→硬度值HBS①碳素工具钢②低合金刚③合金刚④高速钢常用模具钢种类及热处理工艺五、正火1、加热→保温→空气中冷,却硬度比退火硬度高150~200HBS六、如何选用冷作模具钢1、现代新型模具钢及共应用:高硬度、高强度、高韧度①超硬材料,高速钢②钢结构硬质合金③合金铸铁④高温合金七、热处理变形倾向:开裂、变形、过烧、过热、硬度降低、腐蚀、氧化常用模具钢种类及热处理工艺八、新热处理工艺1、方向:提高热处理质量,做到硬度合理均匀五氧化脱碳,消除微型裂纹2、措施:①真空热处理②表面强化处理③贝氏体等湿淬火④常规热处理的改进应用包括,球化退火,调质低温淬火等湿淬火常用模具钢种类及热处理工艺谢谢聆听!
本文标题:常用金属材料及热处理知识
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