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四川职业技术学院模具材料及表面处理冷作模具材料多媒体课件机械工程系模具教研室课题二冷作模具材料制造冷冲压模具的材料主要是金属,凸、凹模所使用的模具钢有碳素工具钢;低合金工具钢,中、高合金工具钢,高速工具钢;基体钢;硬质合金和钢结硬质合金等。一、冷作模具材料及性能要求1,分类:碳素工具钢、油淬冷作模具钢、空淬冷作模具钢、高碳高铬冷作模具钢、基体钢和低碳高速钢、高耐磨高强韧冷作模具钢以及其他冷作模具钢。2,受力情况:拉伸、压缩、弯曲、冲击、摩擦等。3,失效形式:断裂、变形、磨损、粘合、啃伤、软化等。高强度高耐磨冷模具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2高强韧冷模具钢6W6Mo5Cr4V、6Cr4W3Mo2VN6、7Cr7Mo3V2Si、65Nb、LD、7CrSiMnMoV、6CrNiMnSiMoV、8Cr2MnWMoVS抗冲击冷模具钢4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si、9CrSi、60Si2Mn、5CrMnMo、5CrSiMo、5SiMnMoV高耐磨、高韧性冷模具钢GM、ER5类型钢号低淬透性T7A、T8A、T9A、T10A、T11A、T12A、8MnSi低变形冷模具钢9Mn2V、CrWMn、9CrWMn、9Mn2、MnCrWV、SiMnMo、CrWMo高耐磨微变形冷模具钢Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV、Cr5Mo1V、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr6WV、Cr6W3Mo2.5V2.5易切削精密冷模具钢8Cr2MnWMoVS火焰淬火冷模钢7CrSiMnMoV(CH—1)、6CrNiMnSiMoV(GD特殊用冷模具钢9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4、1Cr18Ni9Ti、5Cr21Mn9Ni4W、7Mn15Cr2Al3V2WMo4,使用性能要求抗变形、抗磨损、抗断裂、耐疲劳、抗软化及抗粘合:(1)硬度和耐磨性硬度和耐磨性是冷作模具材料的最基本性能之一,模具的硬度应高出工件硬度30%~50%,一般为58~64HRC,以保证模具在工作过程中抗压、耐磨、不变形、抗粘合。(2)强度和韧性模具材料应具有足够的强度和韧性,以防止模具在冲击负荷下发生脆性断裂。(3)热硬性以保证模具在高速冲压或重负荷冲压工序中不因温度升高而软化。(4)抗疲劳性能防止模具在交变载荷作用下发生疲劳破坏。5,工艺性能(1)可切削加工性应具有较好的可切削加工性能;球化退火改善冷作模具材料的可切削加工性能;选用含S、Ca等元素的易切削模具材料。(2)可锻性锻造可以改善材料的内部组织,提高其强度和韧性。(3)淬透性与淬硬性应具有良好的淬透性与淬硬性,以保证冷作模具能在较缓和的冷却介质中淬火硬化;淬火后易获得高而均匀的硬度(58~64HRC),并获得较深的淬硬层。(4)淬火变形小对淬火温度及模具的尖角等因素不敏感,淬火的开裂倾向小。模具钢的选材二、碳素工具钢优点:便宜、易于锻造成形,切削加工性能也比较好。缺点:淬透性差,变形开裂倾向大,耐磨性和热强性较低。1.常用碳素工具钢的牌号T7A、T8A、T10A、T12A等。2.力学性能(1)含碳量的影响钢的硬度主要由含碳量和组织决定,含碳量越高,则硬度越高,耐磨性越好。(2)淬火温度的影响适当提高淬火温度可增加硬化层厚度,从而提高模具的承载能力,但过高的淬火温度又会使强韧性下降。(3)回火温度的影响碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降,在150~300°C回火后,抗弯强度及冲击韧度随回火温度的升高而明显增高,因此应根据不同钢号选择最佳回火温度。3.工艺性能(1)锻造性能碳素工具钢的热变形抗力低,锻造温度范围宽,锻造工艺性好。锻打过程中始锻、终锻要轻击、中间进行重击,击打过程中注意各部分变形要均匀,要保持各部分的温度的均匀;注意多向镦拔;注意保证足够的锻比,总的锻比一般为8~18,单次锻比一般为2~3,若采用5~10效果更佳。(2)退火和正火经锻造后的碳素工具钢模具毛坯需进行退火处理,使其具有良好的工艺性能,为切削加工和淬火做好组织准备。表碳素工具钢的淬火、回火工艺4.常用碳素工具钢的牌号T7A、T8A、T10A、T12A等。T10A钢是碳素工具钢中性能较好的钢种,其耐磨性高,淬火过热敏感性小,经适当热处理后可获得较高的强度和一定韧性。适合于制作耐磨性要求较高而承受冲击较小的模具。与T10A钢相比,T8A钢的淬透性、韧性均优于T10A钢,但大、中截面模具易残存网状碳化物,故只适于制作小型拉拔、拉深、挤压模具。T7A钢的耐磨性不及T10A,但它有较好的韧性,可用在对韧性要求较高的模具上。T12A钢的过剩碳化物较多,颗粒大且分布不均匀,网状碳化物较严重,可用于要求高硬度和高耐磨性,而对韧性要求不高的切边模和剪切刀。三、油淬冷作模具钢油淬冷作模具钢:在碳素工具钢的基础上加入适量的Cr、Mo、W、V、Si、Mn等合金元素。目的:以提高钢的淬透性、力学性能和回火稳定性。特点:具有高的硬度、中等的淬透性,其中CrWMn钢的淬透性优于9Mn2V等钢,而9Mn2V钢能在较低的温度下淬硬,其淬火变形会稍小一些。常用的油淬冷作模具钢:CrWMn、9CrWMn、9Mn2V、MnCrWV钢等。1:9Mn2V钢特点:9Mn2V钢是利用我国丰富的锰、钒资源研制出来的不含铬的冷作模具钢;锰的质量分数高达1.70%一2.00%;钢的淬透性好。(1)力学性能9Mn2V钢的碳化物量比CrWMn钢少,颗粒较大,耐磨性不及CrWMn钢,但仍比T10钢的耐磨性高6—7倍。锰使钢的Ms点下降,淬火后残留奥氏体较多,尤甚于CrWMn钢,因此淬火变形比CrWMn钢还小,但其尺寸稳定性不及CrWMn钢。9Mn2V钢的淬透性接近9SiCr钢,低于CrWMn钢;缺点:回火稳定性较差,几乎与碳素工具钢相近。(2)工艺性能(a)锻造工艺始锻温度1130~1160℃,终锻温度≥800℃,空冷到650~700℃,再缓冷。(b)退火工艺加热温度750~770℃,保温3~5h,等温温度680~700℃,保温4~6h。(c)淬火工艺淬火温度780~820℃,油冷,硬度62HRC以上,热处理变形较小。(d)回火工艺回火温度150~200℃,空冷,硬度60~62HRC,回火温度在200~300℃,有回火脆性及显著的体积膨胀,应设法预防。(3)应用:适于制造一般要求的尺寸较小的冷冲模、冷压模、雕刻模、落料模等。制作板料厚度小于4mm的冷冲模,刃磨寿命稳定在2~3.5万次。2:9SiCr钢9SiCr钢是一种专用刃具钢,也可用来制造机床附件和冷作模具,如打印模、滚齿模、搓丝板、冷冲模等,目前正逐步应用到载荷较大的模具,部分取代Crl2钢。(1)力学性能9SiCr钢在室温至900℃的力学性能见下表。(2)工艺性能(a)锻造工艺始锻温度1050~1100℃,终锻温度850~800℃,锻后缓冷;(b)退火工艺加热温度780~810℃,保温2~4h;等温温度680~720℃,保温4~6h;(c)淬火工艺淬火温度860~880℃,油冷,硬度62~65HRC,可采用分级或等温淬火;(d)回火工艺回火温度180~200℃,硬度60~62HRC,在250℃回火脆性,应避免在此温度范围回火。(3)应用范围适于制造冷冲模和打印模等。如用9SiCr钢制造的螺栓十字槽冲模,经900℃,260~280℃等温30min,则硬度为57~59HRC,强韧性好,使用寿命比经常规处理的冲模提高3倍。3:9CrWMn9CrWMn的总质量分数不超过5%,由于含有Cr、W、Mo等元素,所以比较耐磨,淬火变形小,使用寿命长,是常用的中档模具钢。(1)力学性能具有一定的淬透性和耐磨性,淬火变形小,碳化物分布均匀且颗粒细小。(2)工艺性能(a)锻造工艺始锻温度1050~1100℃,终锻温度≥850℃,锻后缓冷;(b)退火工艺加热温度790~810℃,保温2~3h;等温温度700~720℃,保温3~4h;(c)正火工艺正火温度880~900℃,硬度302~338HBS,目的消除网状及粗片、球混合组织,提高淬透性。(d)淬火工艺预热温度400~500℃淬火温度810~830℃,油冷,硬度≥60HRC,可采用分级或等温淬火;淬火深度:油淬40~50mm。(e)回火工艺回火温度180~200℃,硬度60~62HRC,在250℃回火脆性,应避免在此温度范围回火。(3)应用范围轻载冲裁模具、轻载拉深模具和弯曲翻边模具。4:CrWMn钢是9CrWMn的改进型,提高了C、Cr、W的含量。与9Mn2V钢和9SiCr钢比较,CrWMn钢在淬火及低温回火状态下含有较多的碳化物,因而具有较高的硬度和耐磨性,W能细化晶粒,由于Mn的存在,使淬火后有较多的残余A组织,因而淬火变形小,习惯称微变形钢。(1)力学性能具有较高的硬度和耐磨性、较好的韧性并能减小过热敏感性、淬火变形较小。(2)工艺性能(a)锻造工艺始锻温度1100一1140℃,终锻温度800~850℃。锻后要空冷到650~700℃再转入热灰中缓冷。(b)退火工艺CrWMn钢锻后均需等温球化退火,退火加热温度790~830℃,等温温度700~720℃,退火后的组织比较均匀,退火硬度约为255~207HBS。(c)淬火工艺淬火加热温度820~840℃,油淬硬度为63~65HRC,直径40~50mm的钢件油中可以淬透。CrWMn钢经860℃加热、280℃等温淬火后,强韧性明显提高。(d)回火工艺回火温度200℃,回火硬度60~62HRC。(3)应用范围适于制造尺寸较大、形状复杂、易变形、精度高的中小型模具,如:冷冲、挤压的凹凸模,轻载冲裁模具、轻载拉深模具和弯曲翻边模具。5:Cr2钢Cr2钢在成分上与GCr15基本相同,它是在T10钢的基础上加入一定量的Cr,因此,其淬透性、硬度、耐磨性都比碳素工具钢高。而且,该钢在淬火、回火时尺寸变化不大。Cr12钢除用于制造量具外,也用于制造拉丝模、冷镦模等冷作模具零件。66CrNiSiMnMoV(GD)钢(新)特点:GD钢是一种碳化物偏析小而淬透性高的高强韧钢。成分:GD钢的合金总量在4%(质量分数)左右,在CrWMn钢的基础上,适当降低含碳量,以减少碳化物偏析,同时添加Ni、Si、M。(1)力学性能强韧性高:强韧性指标接近基体钢,有些韧性指标超过基体钢;GD钢的冲击韧度、小能量多冲抗力、断裂韧度、抗压屈服点等均优于CrWMn钢和Cr12MoV钢。(2)工艺性能(a)锻造工艺GD钢的碳化物偏析小,下料后可直接使用。若需改锻,锻造性能好,GD钢锻造温度区间宽,可以一次成形,成材率可达80%以上。其加热温度1080~1120℃,始锻温度1040~1060℃,终锻温度≥850℃。(b)退火工艺加热到760~780℃,保温2h,然后以30℃/h的速度冷到680℃,再保温6h,炉冷到550℃出炉空冷。(c)淬火及回火淬火温度870~930℃,以900℃最佳,盐浴炉加热,加热系数为45s/mm,可油淬、空冷或风冷。回火温度为175~230℃,回火硬度为58~62HRC。(3)应用范围可代替CrWMn、Crl2型、GCr15、6CrW2Si、9SiCr、9Mn2V等钢制作各种类型的易崩刃、易断裂的冷作模具,如冷挤模、冷弯模、冷镦模、精密塑料模、温热挤压模等,另外,应用于火焰淬火模具也已取得了可喜的进展。四、空淬冷作模具钢一、空淬冷作模具钢的一般特性:空淬冷作模具钢的合金含量比油淬冷作模具钢高,且有较好的空冷淬硬性和较深的淬透深度,这对于要求经淬火回火后仍保持形状稳定的复杂模具或高精度模具是十分有益的。这些钢具有良好的耐磨性,热处理变形小。二、常用空淬冷作模具钢:Cr5Mo1V,Cr6WV,Cr4W2MoV,8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)1:Cr5MolV钢特点:Cr5Mo1V钢是具有较好综合性能的中合金冷作模具钢。在空淬冷作模具钢中,它具有较好的淬透性、较高的耐磨性和较小的热处理变形。(1)力学性能Cr5Molv钢的含铬量中等,共晶碳化物少,碳化物分布均匀,耐磨性好,热处理变形小,淬透性好。在较低的淬火温度
本文标题:模具材料2冷作
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