一种新型的冷作模具材料DC53的热处理毕业论文.doc

目 录 1. 引言41.1一种新型的冷作模具材料DC5341.2 模具的基本介绍与成分影响81.3.1 工冷作模具钢与热作模具钢区别121.3.2常见模具钢以及用途介绍131.3.3冷却模具钢种分类依据161.3.4充分发挥冷作模具钢性能潜力的途径171.4论文的目的与意义182.设备相关182.1井式炉182.2箱式炉192.3多用炉193.DC53的热处理工艺213.1 DC5的预热处理工艺213.2DC53的工艺曲线273.3SKD11的热处理工艺以及与DC53的比较304回火脆性问题与解决方案325 DC53的拉丝慢裂的相关34结论35致 谢37参考文献38 1. 引言1.1一种新型的冷作模具材料DC53DC53作为一种新型的冷作模具钢种，在国内的国内牌号为Gr8Mo2SiV，6000C回火硬度下降仅为HRC52.4，所以温度不能过高，5200C左右硬度峰值，5000C冲击韧性差，表性一定的高温回火脆性，6000C冲击韧性很好，但应诉下降.达不到使用要求 DC53（SLD8）冷冲模合金钢 其性能有：冲裁模、冷作成形模、深拉模、成形轧辊、冲头（高温回火后硬度可达HRC60或以上，并有利于线切割加工） DC53模具钢材是对SKD11进行改良的新型冷作模具钢，其技术规范载于日本工业标准（JIS）G4404。它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点，将在通用及精密模具领域全面取代SKD11。 其韧性是SKD11的2倍，DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出。特宝金属提供图案 用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂，大大提高了使用寿命与此同时DC53之三个优特性(1)DC53的热处硬比SKD11高: DC53高温(520-530) 回火后可达62-63HRC高硬度,因此,DC53的强及耐磨损性比SKD11能发挥其性能;(2)韧性比SKD11高二倍:在加工用工具钢中,DC53的韧性最高,因此可防止工具、模具之龟裂与崩缺,用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂,大大提高了使用寿命;(3)DC53可改善SKD11之巨大碳化物:DC53巨大碳化物之大小,改善为SKD11的1/3以下,因此可防止造成模具损伤原因之刀口碎(Chipping)等。 而且DC53具有五种优秀的实用特性(1)DC53的削性、研磨性好:削性、研磨性皆比SKD11优秀,所以加工工具寿命较长,加工工时数较;(2)在热处上之优点:DC53淬火硬化能比SKD11高,所以可改善真空热处时硬足之缺陷;(3)DC53在线割加工上之优点:高温回火可减轻残应及消除残沃斯田铁,能防止线割加工产生龟裂、变形之困扰;(4)在表面硬化处上之优点:表面硬化处后DC53的表面硬比SKD11高,因此可提高模具性能;(5)在修补焊接作业上之优点:由于DC53的预热及后热温均比SKD11低,所以修补焊接作业较简.正是由于有优于其他材料的优势，所以又有很广泛的作用，精密冲压模:精打坯冲合加工用模,其它藉线割放电加工之冲模;难加工材之塑性加工用工具:锻造模,深冲加工用模,丝滚齿模;其它高速打坯冲头,锈钢钢板打坯冲头。表1-1 DC53的主要化学成分元素CMnMoSiCrV含量1.000.322.000.918.000.28 DC53是对SKD11进行改良的新型冷作模具钢，其技术规范载于日本工业标准（JIS）G4404。它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点，将在通用及精密模具领域全面取代SKD11。 DC53热处理硬度高於SKD11，高温(520-530) 回火后可达62-63HRC高硬度，在强度和耐磨性方面DC53超过SKD11.韧性是SKD11的2倍，DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出，用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂，大大提高了使用寿命.线切割加工后的残余应力较小经高温回火减少了残余应力，线切割加工后的裂纹和变形得到抑制.切削性和研磨性超过SKD11，DC53的切削性和研磨性优于SKD11，使用DC53可增加工具模具寿命和减少加工工序。 用途精密冲压模 。线切割加工的精密冲裁模及各种用途冲压模 。难加工材料的塑性变形用工具 。冷锻、深拉和搓丝用模 。其他 高速冲裁冲头、不锈钢板冲头 。出厂状态:HB255实用特性:(1)被切削性，被研磨性良好。 被切削性，被研磨性皆比SKD11优秀，所以加工工具寿命较长，加工工时数较省。(2)在热处理上之优点 淬火硬化能比SKD11高，所以可改善真空热处理时硬度不足之缺陷。 (3)在线切割加工上之优点 藉高温回火可减轻残留应力及消除残留沃斯田铁，能防止线切割加工产生龟裂、变形之困扰。 (4)在表面硬化处理上之优点 表面硬化处理后表面硬度比SKD11高，因此可提高模具性能。 (5)在修补焊接作业上之优点 由于预热及后热温度均比SKD11低，所以修补焊接作业较简便。 特点：通用冷作模具钢,高硬度,高韧性 硬度 ：退火,255210HB,淬火,62HRCDC53是在SKD11(Crl2MoV)基础上改进的冷作模具钢，常规热处理条件下，残余奥氏体几乎全部分解，一般可省略深冷处理，在较强硬度下仍可保持较高的韧性。 与此同时，DC53经1040 淬火和520530高温回火后，硬度HRC可达6263，韧性为Crl2MoV的两倍，是目前常用的冷作模具钢中最高的，且切削性、磨削性较好，电加工变质层残余应力小，残余奥氏体极少，碳化物细小并分布均匀。 因模具受力情况较复杂，有些模具工作零件需具备一些特殊的力学性能，若按标准的热处理工艺往往无法达到理想的工作性能要求，需通过热处理对硬度、韧性和耐磨性等基本特性作适当调整，以达到模具最佳工作状态淬火温度和回火温度则是热处理的主要工艺参数.故我们可以通过一些实验来更详细地说明实验中，对DC53热处理规范略作一些变化，适当调整了淬火温度，回火温度取6档，即100 ，200 ，300 ，400 ，500 ，600。100回火选用101-2型干燥箱进行加热，其余采用 图1-1 101-2型干燥箱SX-25-12型箱式电阻炉加热，每个回火温度取两个试样。 硬度测试选用金属洛氏硬度试验，在常温下进行，采用HBRVU-187.5型布洛维光学硬度计。 冲击试验采用10mm10mm55mm无缺口试样，在JB30B冲击试验机上进行，冲击能量为0.3 KN/m或0.15 KN/m。 实验结果与分析 硬度值 对每个试样各取3个不同位置点测硬度，得出各回火温度下的硬度值，综合各试样的硬度值，DC53在100500回火时，硬度值变化并不大；在400中温回火时硬度略高，标准热处理回火后的硬度峰值一般在520左右；在600 高温回火后，硬度大幅下降，平均HRC硬度值仅为524，故回火温度不宜太高。 冲击韧性 回火后，磨去试样表面的氧化脱碳层，测出不同回火温度下各试样的冲击值，综合各试样的冲击值，DC53在200回火时，平均冲击值达到60 J/cm2以上在500回火时，冲击韧性较差，表现出一定的高温回火脆性,600以上回火冲击韧性很好，但硬度大为下降，达不到使用要求 实验结果表明，DC53总体回火稳定性较好，在一定回火温度范围内，硬度和冲击值变化不大；在400500回火时韧性大幅度下降，出现回火脆性现象；在600回火时，试样的韧性很高，冲击值达到85 J/cm2，但硬度大幅下降在生产中，对于一些硬度、耐磨性要求不太高而韧性要求较高的冷作模具可采用高温回火；对硬度要求较高，同时又要具有较高韧性的冷作模具，宜采用200左右的低温回火其他回火温度下的硬度和冲击值可采用合适的计算方法(如插值法、函数逼近等)预测，再用实验验证淬火态试样中碳化物呈断续细带状分布，200回火后碳化物呈均匀分布，且组织内几乎不存在大块状碳化物，故韧性较好从断口形貌看，200回火组织断口的解理台阶远少于淬火态试样，5000倍金相中的断口有一些小而浅的韧窝，显示其有一定的韧性,回火后，残余奥氏体转变较充分，碳化物细小并分布均匀，使韧性增加【1】。适当调整淬火温度后，DC53在200回火时硬度和冲击韧性都较高；在400500 回火时硬度较高，韧性大幅度下降；在600 回火时冲击韧性很高，硬度显著下降，且形状复杂的精密冲模、修整模、冷轧辊轮等工模具宜采用低温回火工艺，以使模具工作零件获得高硬度、高韧性、耐磨性好、强度高，可有效延长模具寿命，防止过度磨损、变形、开裂等早期失效现象，受冲击载荷较大的复杂模具可采用低淬高回工艺，以得到较高的冲击韧性，防止模具产生脆性断裂现象 1.2 模具的基本介绍与成分影响模具在现代制造业中占据重要地位，特别是汽车和电器制造业中70以上的零件采用模具制造加工。但目前我国高质量的模具大量依赖进口，分析其主要原因，不在于我们的优质钢炼钢水平，而是没有认识到整个模具钢质量的提高是一个系统控制过程。除冶金质量外，制造过程中的锻压加工、预备热处理、机械加工和最终热处理都将影响模具的内部组织和应力状态，从而决定模具的最终使用性能。模具钢的特性主要包括使用性能、工艺性能和冶金质量等三个方面。 1.2.1模具钢在工作性能方面的要求 （1）硬度 模具在工作时受力状态是复杂的，冷作模具的硬度一般选择在58HRC以上，而热作模具尤其是要求高的抗热疲劳性能的模具，通常硬度在45HRC左右。对于普通使用的塑料模具，一般硬度要求在35HRC左右。 （2）强度与韧性 零件在成形使模具承受着巨大的的冲击、扭曲等负荷，尤其是现代高速冲压、高速精密锻造和液态成形等技术以及一次成形技术的发展，模具承受着更大的负 荷，往往由于钢材的强度和韧度不够，造成型腔边缘或局部塌陷、崩刃或断裂而早期失效，因此模具热处理后应具有较高的硬度和韧度。 （3）耐磨性 零件成形时材料与模具型腔表面发生相对运动，使型腔表面产生了磨损，从而使得模具的尺寸精度、形状和表面的粗糙度发生变化而失效。磨损是一种复杂的过 程，影响因素很多，除取决于作用于模具的外界条件外，还在很大程度上取决于采用钢材的化学成分不均匀性、组织状态、力学性能等。 （4）疲劳性能 模具工作时承受着机械冲击和热冲击的交变应力，热作模具在工作的过程中，热交变应力更明显地导致模具热裂。受应力和温度梯度的影响而引起裂纹，往往是 在型腔表面形成浅而细的裂纹，它的迅速传播和扩展导致模具失效。另外，钢的化学成分及组织的不均匀，钢中存在的冶金缺陷如非金属夹杂物，气孔、显微裂纹等 均可导致钢的疲劳强度降低，因为在交变应力的作用下，首先在这些薄弱地区产生疲劳裂纹并发展为疲劳破坏。 （5）粘着性 工模具零件的表面由于两金属原子相互摭用或单相扩散的作用，往往会有一些被加工金属粘附着，尤其是一些切削、剪切工具和冲压工具的表面会产生粘附或结 疤现象，这会影响刃口的锋利程度和局部组织、化学成分的改变，使刃口部分崩裂或粘附金属的脱落划伤模具，使工件表面粗糙。因此良好的抗粘着性也是很重要的。 （6）抛光和蚀刻性能 随着模具，特别是塑料模具的广泛使用，低的表面粗糙度值影响到模具的寿命和生产效率及产品的质量。高的表面质量可以减轻腐蚀；减小开裂的危险，抛光钢材的化学成分、组织结构、硬度及碳化物分布必须均匀。特别重要的是，钢中不能含有没有发生变形的大的氧化物夹杂或偏析，因而必须严格控制冶炼和脱氧工艺。【2】【5】 1.2.2模具钢在工艺性能方面的要求 （1）可加工性 钢材的可加工性主要包括被切削加工性和冷热塑性变形两种，它取决于钢的化学成分、热处理后的组织和冶金生产的内部质量，近些年来，为了改善钢的可加工 性，在一些钢中加入易切削元素或改变钢中的夹杂物的分布状态，从而提高模具钢的表面质量和减少模具的磨损。在热加工时，对一些高碳高合金的模具钢，特别是改善碳化物的形态和分布、晶粒大小和奥氏体合金化程度十分重要 （2）淬透性和淬硬性 模具对这两种性能的要求根据工作条件不同是各有侧重的，对于要求整个截面的硬度均匀性高的模具如锤锻模用钢，则其具有高的淬透性更显重要，而对只要求有高硬度的小型模具，如冲裁落料模具钢，则更偏重于高淬硬性。 （3）热处理变形性 模具零件在热处理时，要求变形小，各个方向要有相近的变化，且组织稳定。淬火变形小，除与淬火温度时间和冷却介质等因素有关外，它主要取决于钢的成分均匀、冶金质量和组织稳定性。 （4）脱碳敏感性 模具钢在锻造、退火或淬火时，在无保护气氛下加热，其表面会产生氧化脱碳等缺陷，从而使模具在耐用度下降。脱碳除了与热处理工艺、设备有关外，就材料本身而言，主要取决于钢的化学成分、特别是碳含量，在含有较高的硅、钼等元素时，也会加剧脱碳。【4】 1.3.3模具钢在冶金质量方面的要求 高的冶金质量才能发挥钢的基体本特性，模具钢的内成分 的偏析将造成组织和性能的差异，它是影响钢材质量的重要因素之一。降低钢的偏析度，可以有效地提高钢的性能。近些年来，国内外很多冶金厂都在致力研究生产 成分均匀、组织细化的钢材。（2） 有害元素的含量 硫和磷在钢凝固过程中形成磷化物和硫化物而在晶界沉淀，因而产生晶间脆性，使钢的塑性降低，过高的S、P含量，会使钢锭在轧制时易产生裂纹，而且会大 大降低钢的力学性能。 （3）钢中的非金属夹杂物 质量良好的钢材不仅化学成分要符合技术标准的规定，并且钢中的非金属夹杂物的含量要尽可能地少，因为非金属夹杂物在钢中所占的体积虽然很小，但对钢材的性能影响却很大。减少钢中的非金属夹杂物是炼钢的主要任务之一。 1.2.4白点 白点是热轧钢坯和大型锻件中比较常见的缺陷，是钢的内部破裂的一种。白点的存在对钢的性能有极为不利的影响，这种影响主要表现在使钢的力学性能降低，热处理时使锻件淬火开裂，或使用时发展成更为严重的破坏事故，所以在任何情况下，都不能使用有白点的锻件。 1.2.5氧含量 对模具钢一般都未规定钢中的允许的气体含量。随着氧含量的增加，氧化物的颗粒和数量都随之增加，钢的疲劳性能降低，热裂纹也容易产生。有人曾对4Cr5MoSiV1钢进行过试验，氧含量最好不超过10-5，哪日本山阳特殊钢公司规定高纯净度钢氧含量不大于10-5。因此，近年 来，为了提高模具的制造质量。国内外的模具钢逐渐在向低氧含量的方向发展。【3】1.2.6碳化物的不均匀度 碳化物是绝大多数模具钢的必需组分，除可溶于奥氏体的碳化物外，还会有部分不能溶于奥氏体的残留碳化物。碳化物的尺寸、形态、分布对模具钢的使用性能 等有十分重要的影响。关于碳化物的尺寸、形状和分布是与钢的冶炼方法、钢锭的凝固条件以及热加工变形条件等有关。过共析钢的碳化物可能在晶界形成风状碳化 物或是在加工变形中碳化物被拉长而形成带状碳化物或者二者兼有，莱氏体模具钢中，存在一次碳化物和二次碳化物，在热变形的 过程中，网状的共晶碳化物大多可 以破碎，碳化物先沿变形方向延伸，产生带状，随着变形程度的增加，碳化物变得均匀、细小。碳化物的不均匀性对淬火变形、开裂、钢材的力学性能的影响较大。 影响钢材性能的化学元素 钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量 碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差 硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性 磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性在优质钢中，硫和磷要严格控制但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的 锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能 硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能 钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性 铬；能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用 钒；能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性 钼；可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力 钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象【6】 1.3 DC53与传统冷作模具钢材料的比较1.3.1 工冷作模具钢与热作模具钢区别冷作模具钢侧重硬度、耐磨性。含碳量高，添加合金元素以增加淬透性，提高耐磨性为主。 热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，导热性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、红硬性为主。冷作模具钢在工作时由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。 冷作模具钢与刃具钢相比有许多共同点。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加工艺复杂而且摩擦面积大磨损可能性大所以修磨起来困难。因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求（因为是冷态成形），所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。下面结合有关钢种选用进一步说明。 1.3.2常见模具钢以及用途介绍Crl2性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，具有较好的淬透性和良好的耐磨性。由于钢中碳质量分数最高可达2.30%，从而钢变得硬而脆，所以冲击韧性较差，几乎不能承受较大的冲击荷载，易脆裂，而且易形成不均匀的共晶碳化物。 用途：用于制造受冲击荷载较小，且要求高耐磨性的冷冲模和冲头，剪切硬且薄的金属的冷切剪刃、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模和螺丝滚模等。 生产品种：热轧材、冷拉材、锻材、热轧钢板、冷拉钢丝。 Cr12Mo1V1性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，无特殊要求时钻不作为必加元素。由于钼和钒的含量比Cr12MoV高，故钢的组织和晶粒度进一步细化，提高了钢的淬透性、强度和韧性，使钢的综合性能更好。 用途：用于制造要求高耐磨性的大型复杂冷作模具，如冷切剪刀、切边模、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、滚边模和要求高耐磨的冷冲模和冲头等。 生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。 Cr12MoV性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，具有良好的淬透性，截面尺寸在400mm以下可以完全淬透，且具有很高的耐磨性，淬火时体积变化小。其碳含量比Cr12钢低很多，且加入了钼、钒，因此，钢的热加工性能、冲击韧性和碳化物分布都得到了明显改善。 用途：用于制造断面较大、形状复杂、耐磨性要求高、承受较大冲击负荷的冷作模具，如冷切剪刀、切边模、滚边模、量规、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、形状复杂的冲孔凹模、钢板深拉伸模，以及要求高耐磨的冷冲模和冲头等。 生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。 Cr5Mo1V性能：合金含量中等，由于含有钼和钒，所以钢的淬透性良好，碳化物分布均匀，具有一定的冲击韧性和较好的耐磨性。 用途：用于制造定型模、钻套、冷冲模、冲头、切边模、螺纹滚模、搓丝板和量规等。 生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。 9Mn2V性能：综合力学性能比碳素工具我钢，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火时变形较小。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了过热敏感性。碳化物不均匀性比CrWMn钢好。 用途：用于制造各种精密量具、样板，以及一般要求的尺寸较小的冲模、冷压模、雕刻模、料模、剪刀、丝锥、板牙和铰刀等。 生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。 CrWMn性能：具有较高的淬透性，由于加入1.20%26mdash;1.60%（质量分数）钨，形成碳化物，所以在淬火和低温回火后具有一定的硬度和耐磨性。钨有助于保持细小晶粒，从而使钢具有较好的韧性，该钢对形成网状碳物比较敏感，而且这种碳公物网使工具刃部有剥落的危险。 用途：使用较为广泛的冷作模具钢。用于制造量具，如板牙、块规、样柱和样套，以及形状复杂的高精度冲模等。 生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、冷拉钢丝、银亮钢丝、热轧钢板、冷轧钢板。 9CrWMn性能：低合金冷作模具钢，具有一定的淬透性和耐磨性，淬火变形较小，碳化物分布均匀且颗粒细小。 用途：用于制造截面不大的，而形状较复杂的冷冲模，以及量规、样板等量具。 生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、冷拉钢丝、冷轧钢板。 Cr4W2MoV性能：新中型合金冷作模具钢，性能较稳定，与高合金冷作模具钢Crl2、Crl2MoV相比，用其制成的模具使用寿命明显提高。该钢的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，以及较好的耐磨性和尺寸稳定性。但钢的热加工温度范围较窄，变形抗力较大。 用途：用于制造各种冲模、冷镦模、落料模、拉延模、冷挤压凹模和搓丝板等。 生产品种：热轧材、锻材。 6Cr4W3Mo2VNb性能：高韧性冷作模具钢，其化学成分接近高速工具钢的基体成分，属于一种基体钢。因此，它具有高速工具钢的高硬度和高强度。又因该钢没有过剩的碳化物，所以具有较高的韧性和疲劳强度。该钢含有0.20%26mdash;0.35%（质量分数）的铌，使晶粒细化，并提高晶粒精化温度，从而提高了钢的韧性，改善了其工艺性能。 用途：用于制造冷挤压模具、冷镦模、螺钉冲头、冷冲模、拉延模和搓丝板等。 生产品种：热轧材、锻材。 6W6Mo5Cr4V性能：低碳高速工具钢类型的冷作模具钢，其淬透性好，并具有类似高速工具钢的高硬度、高耐磨性、高强度等综合性能，还具有比高速工具钢韧性好的特性。用该钢制造的冷挤压模寿命较长。因钢中钼含量较高，其热加工温度范围稍窄，变形抗力较大。 用途：用于制造冷挤压凹模和上下冲头等。 生产品种：热轧材、锻材。 1.3.3冷却模具钢种分类依据通常按冷作模具的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况： （1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、 T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。 （2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及 9Mn2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国近年来发展的一种不含Cr的冷作模具用钢可代替或部分代替含Cr的钢。 9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小，而淬透性比碳素工具钢大其价格只比后者高约30%因此是一个值得推广使用的钢种。 但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高，在生产使用中发现有碎裂现象另外回火稳定性较差，回火温度一般不超过180在200回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。 （3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢如Cr12Mo、 Crl2MoV、 Cr6WV Cr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的。 近年来用高速钢做冷作模具的倾向日趋增大，但应指出，此时已不再是利用高速钢所特有的红硬性长处而用它的高淬透性和高耐磨性。为此在热处理工艺上也应有所区别。 选用高速钢做冷模具时应采用低温淬火以提高韧性。例如 W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290。而做冷作模具时，则应采用1190的低温淬火。又如 W6Mo5Cr4V2钢采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。 （4）受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加切边楼、冲裁模等，其对口单薄。使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾。可采取以下措施：降低合碳量采用亚共折钢以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；加入Si、Cr等合金元素以提高钢的回火稳定性和回火温度（240-270回火）这样有利于充分消除淬火应力使叽提高而又不致降低硬度；加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、4CrW2Si、5CrW2Si等。【13】【8】1.3.4充分发挥冷作模具钢性能潜力的途径 在用Cr12型钢或高速钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢的脆性大使用中易开裂。为此，必须用充分锻打的方法细化碳化物除此之外应发展新钢种。发展新钢种的着眼点，应是降低钢的含碳量及碳化物形成元素的数量。近年来国内研制并推广以下几种新钢种。 Cr4W2MoV 钢具有高硬度、高耐磨性和淬透性好等优点并具有较好的回火稳定性及综合力学性能，用于制造硅钢片冲模等可使寿命比Cr12MoV钢提高13倍以上但此钢锻造温区范围较窄，锻造开裂应严格控制锻造温度和操作规认Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低、淬火变形小、淬透性高有空淬微变形模具钢之称7W7Cr4MoV钢可代W18Cr4V和Cr12MoV钢，其特点是钢的碳化物不均匀性和韧性得到很大的改善。【7】 表1.3 常用冷作模具钢性能比较钢号工作 硬 度 耐磨度韧度淬火不变形性淬硬深度可加工性脱碳敏感性Cr12MoV5563好较差好深较差较小9Mn2V5862中等中等较好较浅较好较大CrWMn5862中等中等中等较浅中等较大9SiCr5762中等中等中等较浅中等较大Cr4W2MoV5862较好较差中等深较差中等W18CrV26065好较差中等深较差小1.4论文的目的与意义 本文着重论述了新型冷作模具钢DC53的性能特点，对比于一般的冷作模具钢以及其前身SKD11而言有哪些优势，DC53作为一种用于精密用品上的金属材料，有很好的性能特点。 正确的认识到这种新型的冷作模具钢的作用与地位，与此同时，对于其所存在的一些可能出现的问题以及在热处理过程中所产生的一些障碍进行了分析，从而能更好的去解决所面临的一些问题，能更好的掌握这类的钢种，同时在钢种的整个用途上有更为明确的理解。本文讲述了这类的钢种的各方面的性能特点，能够更好的指导我们去进行热处理的一些工艺的编制，能做到尽量在生产的过程中来减少一些不必要的浪费，从而节约成本，更好的为公司创造利益，同时在了解了这类钢种的性能能够对于我们国家自己在金属行业上有更好的一些更好的投资方向。2.设备相关针对于DC53而言，分别要进行正火，退火，淬火，回火。所涉及的设备相关有：2.1井式炉 图2.1 井式回火炉井式炉是周期式作业炉，适用于杆类，长轴类零件的热处理。井式炉的结构是：炉身是圆筒形的深井，工件由专用吊车垂直装入炉内加热。所使用的燃料通常为煤气和燃油。以电为热源时，称为井式电阻炉。井式炉一般安置在车间地平面以下，也有安置在地平面以上的，或地平面之上之下各一半的。井式炉的名称有：强迫对流井式炉，自然对流井式炉，井式气体渗碳炉等。对于其使用也有一些要求和规范首先检查井式炉的炉门或炉盖旁闭市的限位开关，应保证炉门或炉盖起动后，主回路断电。 井式炉在使用前应保证电源接头接触良好。电源线绝缘符合要求。控制气氛电阻炉配备的气体流量计和压力表，要指示准确且灵敏。通入易燃气氛的电阻炉，要具备炉温低于760ºC的报警和必要的联锁装置，以避免爆炸。炉体的接地螺栓要牢固可靠。通水冷却的井式炉应安装水温、水压和流量继电器，出现不正常情况即切断主回路电源，并发出报警信号。控制气氛炉的防爆安全装置要灵活可靠。炉壳外面的裸露电热体要有安全可靠的防护罩。2.2箱式炉 图2.2 箱式炉 对于箱式炉，我们也有一定的要求和使用条件，使用时炉膛温度不得超过最高炉温，也不要长时间工作在额定温度以上。工作环境条件为：温度050 ，相对湿度80%,无导电尘埃，无易燃易爆物品和腐蚀性气体。使用时炉门要轻开轻关，以防损坏机件。在炉膛内取放样品时，应先关断电源，并轻拿轻放，以保证安全和避免损坏炉膛。为延长产品使用寿命和保证安全，在设备使用结束之后要及时从炉膛内取出样品，退出加热并关掉电源。设备环境大气压力：86.0106.0Kpa。同时，还要注意，使用时切勿超过电阻炉的最高温度，装取试样时一定要切断电源，以防触电，.装取试样时炉门开启时间应尽量短，以延长电炉使用寿命。禁止向炉膛内灌注任何液体。不得将沾有水和油的试样放入炉膛；不得用沾有水和油的夹子装取试样。装取试样时要戴专用手套，以防烫伤。试样应放在炉膛中间，整齐放好，切勿乱放。不得随便触摸电炉及周围的试样。使用完毕后应切断电源、水源。未经管理人员许可，不得操作电阻炉，严格按照设备的操作规程进行操作。【9】【11】2.3多用炉多用炉要注意是其中的气氛的控制，主要有参比气：保持氧探头能测出准确碳势 确定碳势的参照物保护气：氮气和甲醇按一定的比例组成的一个气氛天然气（丙烷）：燃烧炉内废气点火 ， 火帘点火氨气：防止非马氏体的产生空气、参比气、吹扫氧探头工艺调节流量为7501250ml/h 吹扫气50100ml/h丙酮：渗碳介质，高温分解迟碳原子 流量1.22.5L/h气氛氮气：调节氮气和甲醇的比例4m3/h甲醇：达到氮甲醇气氛5L/h 氮气甲醇比例4:5 3.DC53的热处理工艺3.1 DC5的预热处理工艺首先对于热处理最基本的就是四把火（正火、退火、淬火、回火），首先就四把火需要有所明确。正火：正火，又称常化，是将工件加热至Ac3(Ac3是指加热时自由铁素体全部转变为奥氏体的终了温度)或Acm(Acm是实际加热中过共析钢完全奥氏体化的临界温度线 )以上3050，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。正火的主要应用范围有：用于低碳钢，正火后硬度略高于退火，韧性也较好，可作为切削加工的预处理。用于中碳钢，可代替调质处理作为最后热处理，也可作为用感应加热方法进行表面淬火前的预备处理。用于工具钢、轴承钢、渗碳钢等，可以消降或抑制网状碳化物的形成，从而得到球化退火所需的良好组织。用于铸钢件，可以细化铸态组织，改善切削加工性能。用于大型锻件，可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。用于球墨铸铁，使硬度、强度、耐磨性得到提高，如用于制造汽车、拖拉机、柴油机的曲轴、连杆等重要零件。 过共析钢球化退火前进行一次正火，可消除网状二次渗碳体，以保证球化退火时渗碳体全部球粒化。正火后的组织：亚共析钢为F+S，共析钢为S，过共析钢为S+二次渗碳体，且为不连续。正火主要用于钢铁工件。一般钢铁正火与退火相似，但冷却速度稍大，组织较细。有些临界冷却速度（见淬火）很小的钢，在空气中冷却就可以使奥氏体转变为马氏体，这种处理不属于正火性质，而称为空冷淬火。与此相反，一些用临界冷却速度较大的钢制作的大截面工件，即使在水中淬火也不能得到马氏体，淬火的效果接近正火。钢正火后的硬度比退火高。正火时不必像退火那样使工件随炉冷却，占用炉子时间短，生产效率高，所以在生产中一般尽可能用正火代替退火。对于含碳量低于0.25%的低碳钢，正火后达到的硬度适中，比退火更便于切削加工，一般均采用正火为切削加工作准备。对含碳量为0.250.5%的中碳钢，正火后也可以满足切削加工的要求。对于用这类钢制作的轻载荷零件，正火还可以作为最终热处理。高碳工具钢和轴承钢正火是为了消除组织中的网状碳化物，为球化退火作组织准备。普通结构零件的最终热处理 ，由于正火后工件比退火状态具有更好的综合力学性能，对于一些受力不大、性能要求不高的普通结构零件可将正火作为最终热处理，以减少工序、节约能源、提高生产效率。此外，对某些大型的或形状较复杂的零件，当淬火有开裂的危险时，正火往往可以代替淬火、回火处理，作为最终热处理。退火： 将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却(通常是缓慢冷却，有时是控制冷却)的一种金属热处理工艺。目的: 是使经过铸造、锻轧、焊接或切削加工的材料或工件软化，改善塑性和韧性，使化学成分均匀化，去除残余应力，或得到预期的物理性能。退火工艺随目的之不同而有多种，如等温退火、均匀化退火、球化退火、去除应力退火、再结晶退火，以及稳定化退火、磁场退火等等。（1）金属工具使用时因受热而失去原有的硬度。（2）把金属材料或工件加热到一定温度并持续一定时间后，使缓慢冷却。退火可以减低金属硬度和脆性，增加可塑性。也叫焖火。退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的，如碳素钢以铁碳平衡图为基础。各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。退火的一个最主要工艺参数是最高加热温度（退火温度），大多数合金的退火加热温度的选择是以该合金系的相图为基础的，如碳素钢以铁碳平衡图为基础。各种钢(包括碳素钢及合金钢)的退火温度，视具体退火目的的不同而在各该钢种的Ac3以上、Ac1以上或以下的某一温度。各种非铁合金的退火温度则在各该合金的固相线温度以下、固溶度线温度以上或以下的某一温度。重结晶退火(完全退火) 应用于平衡加热和冷却时有固态相变(重结晶)发生的合金。其退火温度为该合金的相变温度区间以上或以内的某一温度。加热和冷却都是缓慢的。合金于加热和冷却过程中各发生一次相变重结晶，故称为重结晶退火，常被简称为退火。这种退火方法，相当普遍地应用于钢。钢的重结晶退火工艺是：缓慢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）以上3050，保持适当时间，然后缓慢冷却下来。通过加热过程中发生的珠光体（或者还有先共析的铁素体或渗碳体）转变为奥氏体（第一回相变重结晶）以及冷却过程中发生的与此相反的第二回相变重结晶，形成晶粒较细、片层较厚、组织均匀的珠光体(或者还有先共析铁素体或渗碳体)。退火温度在Ac3以上（亚共析钢）使钢发生完全的重结晶者，称为完全退火，退火温度在Ac1与Ac3之间 (亚共析钢)或Ac1与Acm之间（过共析钢），使钢发生部分的重结晶者，称为不完全退火。前者主要用于亚共析钢的铸件、锻轧件、焊件，以消除组织缺陷（如魏氏组织、带状组织等），使组织变细和变均匀，以提高钢件的塑性和韧性。后者主要用于中碳和高碳钢及低合金结构钢的锻轧件。此种锻、轧件若锻、轧后的冷却速度较大时，形成的珠光体较细、硬度较高；若停锻、停轧温度过低，钢件中还有大的内应力。此时可用不完全退火代替完全退火，使珠光体发生重结晶，晶粒变细，同时也降低硬度，消除内应力，改善被切削性。此外，退火温度在Ac1与Acm之间的过共析钢球化退火，也是不完全退火。重结晶退火也用于非铁合金，例如钛合金于加热和冷却时发生同素异构转变，低温为 相(密排六方结构)，高温为 相（体心立方结构），其中间是“+”两相区，即相变温度区间。为了得到接近平衡的室温稳定组织和细化晶粒，也进行重结晶退火，即缓慢加热到高于相变温度区间不多的温度，保温适当时间，使合金转变为相的细小晶粒；然后缓慢冷却下来，使相再转变为相或+两相的细小晶粒。不完全退火是将铁碳合金加热到Ac1-Ac3之间温度，达到不完全奥氏体化，随之缓慢冷却的退火工艺。不完全退火主要适用于中、高碳钢和低合金钢锻轧件等，其目的是细化组织和降低硬度，加热温度为Ac1+(40-60)，保温后缓慢冷却。均匀化退火亦称扩散退火。应用于钢及非铁合金（如锡青铜、硅青铜、白铜、镁合金等）的铸锭或铸件的一种退火方法。将铸锭或铸件加热到各该合金的固相线温度以下的某一较高温度，长时间保温，然后缓慢冷却下来。均匀化退火是使合金中的元素发生固态扩散，来减轻化学成分不均匀性（偏析），主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性（晶内偏析或称枝晶偏析）。均匀化退火温度所以如此之高，是为了加快合金元素扩散，尽可能缩短保温时间。合金钢的均匀化退火温度远高于Ac3，通常是10501200。非铁合金锭进行均匀化退火的温度一般是“0.95固相线温度(K)”，均匀化退火因加热温度高，保温时间长，所以热能消耗量大。球化退火只应用于钢的一种退火方法。将钢加热到稍低于或稍高于Ac1的温度或者使温度在A1上下周期变化，然后缓冷下来。目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共析渗碳体都变为球粒状，均匀分布于铁素体基体中(这种组织称为球化珠光体)。具有这种组织的中碳钢和高碳钢硬度低、被切削性好、冷形变能力大。对工具钢来说，这种组织是淬火前最好的原始组织。去应力退火将钢件加热到稍高于Ac1的温度，保温一定时间后随炉冷却到550600出炉空冷的热处理工艺称为去应力退火。去应力加热温度低，在退火过程中无组织转变，主要适用于毛坯件及经过切削加工的零件，目的是为了消除毛坯和零件中的残余应力，稳定工件尺寸及形状，减少零件在切削加工和使用过程中的形变和裂纹倾向。等温退火应用于钢和某些非铁合金如钛合金的一种控制冷却的退火方法。对钢来说，是缓慢加热到 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（共析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间，使钢奥氏体化，然后迅速移入温度在A1以下不多的另一炉内，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体（亚共析钢还有先共析铁素体；过共析钢还有先共析渗碳体）为止，最后以任意速度冷却下来(通常是出炉在空气中冷却)。等温保持的大致温度范围在所处理钢种的等温转变图上A1至珠光体转变鼻尖温度这一区间之内(见过冷奥氏体转变图)；具体温度和时间，主要根据退火后所要求的硬度来确定（图2）。等温温度不可过低或过高，过低则退火后硬度偏高；过高则等温保持时间需要延长。钢的等温退火的目的，与重结晶退火基本相同，但工艺操作和所需设备都比较复杂，所以通常主要是应用于过冷奥氏体在珠光体型相变温度区间转变相当缓慢的合金钢。后者若采用重结晶退火方法，往往需要数十小时，很不经济；采用等温退火则能大大缩短生产周期，并能使整个工件获得更为均匀的组织和性能。等温退火也可在钢的热加工的不同阶段来用。例如，若让空冷淬硬性合金钢由高温空冷到室温时，当心部转变为马氏体之时，在已发生了马氏体相变的外层就会出现裂纹；若将该类钢的热钢锭或钢坯在冷却过程中放入700左右的等温炉内，保持等温直到珠光体相变完成后，再出炉空冷，则可免生裂纹。含相稳定化元素较高的钛合金，其相相当稳定，容易被过冷。过冷的相，其等温转变动力学曲线（图3）与钢的过冷奥氏体等温转变图相似。为了缩短重结晶退火的生产周期并获得更细、更均匀的组织，亦可采用等温退火。淬火： 淬火是使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或下贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。淬火能使得钢获得一定的物理化学性能，如淬火使永磁钢增强其铁磁性、不锈钢提高其耐蚀性等。淬火工艺主要用于钢件。常用的钢在加热到临将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。常用的淬冷介质有盐水、水、矿物油、空气等。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性，因而广泛用于各种工、模、量具及要求表面耐磨的零件（如齿轮、轧辊、渗碳零件等）。通过淬火与不同温度的回火配合，可以大幅度提高金属的强度、韧性及疲劳强度，并可获得这些性能之间的配合（综合机械性能）以满足不同的使用要求。另外淬火还可使一些特殊性界温度以上时，原有在室温下的组织将全部或大部转变为奥氏体。随后将钢浸入水或油中快速冷却，奥氏体即转变为马氏体。与钢中其他组织相比，马氏体硬度最高。淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，当其大到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂。为此必须选择合适的冷却方法。根据冷却方法，淬火工艺分为单液淬火、双介质淬火、马氏体分级淬