《模具材料及热处理》PPT课件.ppt

常見模具材料及熱處理 PCEBGMIBGDT II 沖模廠講師 馬勝忠2007 01 30C版 模具標准系列之六 目錄 一 鋼材簡介二 公司模具材料的簡介三 熱處理基礎知識四 模具零件失效 一 鋼材的簡介 1 按用途分類 1 結構鋼 A 工程構件用鋼 B 機器零件用鋼 B 1 調質鋼 B 2 彈簧鋼 60Si2Mn B 3 滲碳 氮化鋼 Cr12 Cr18Ni9Ti B 4 滾動軸承鋼 2 工具鋼 A 刃具鋼 B 量具鋼 C 模具鋼 C 1 C 2 3 特殊性能鋼 A 耐蝕鋼 B 耐熱鋼 C 耐磨鋼 冷作模具鋼 熱作模具鋼 一 鋼材的分類 2 按鋼的化學成份分類 1 碳素鋼 A 普通碳素鋼 A0 A5 B 碳素結構鋼 05 05F 70 C 碳素工具鋼 T7 T13 T13A 2 合金鋼 A 低合金鋼 合金元素 5 9Mn2v 9CrWMn B 中合金鋼 合金元素5 10 5CrWMn 5CrW2Si C 高合金鋼 合金元素 10 Cr12MoV Cr12 3 按碳含量分類 1 低碳鋼 C 0 25 2 中碳鋼 C 0 25 0 6 3 高碳鋼 C 0 6 1 冷作模具鋼2 熱作模具鋼 模具鋼介紹 1 1 冷作模具鋼的性能特點 A 高的硬度 強度和耐磨性 B 足夠的韌性 C 熱處理變形小 D 良好抗回火穩定性 熱處理變形小1 2 化學成分特點 A 高碳1 0 以上 B 加入較多的鉻 錳 鎢 鉬 釩等 1 冷作模具鋼介紹 1 3 常用冷作模具鋼 A 冷作模具用碳鋼 T8 T10A T12A B 冷作模具用低合金鋼 CrWMn 9Mn2V等 C Cr12型高碳高鉻鋼 Cr12MoV Cr12 SKD11 SLD等 D 高碳中鉻型冷作模具鋼 Cr6WV E 中碳高韌性模具鋼 5CrW2Si F 冷作模具用高速鋼 M2 1 4 熱處理特點 A 球化退火 B 淬火 低溫回火 C 淬火 高溫回火 D 淬火回火 化學熱處理 1 5公司常用冷作模具材料化學成份 2 1 熱作模具鋼的性能要求 A 一定的硬度和足夠的耐磨性 B 在高溫下保持高的強度和良好的衝擊韌性 C 高的淬透性 D 良好的導熱性能 E 優良的耐熱疲勞性能 F 良好的耐蝕性能和抗氧化能力 G 良好的工藝性能 2 熱作模具鋼介紹 2 2 化學成分特點 A 中碳0 4 0 6 之間 B 加入提高淬透性的元素 鉻 鎳 錳等 C 加入能抑制回火脆性的元素鉬 鎢 D 加入能提高回火穩定性的元素鉬2 3 常用熱作模具鋼 A 熱鍛模具用鋼 5CrMnMo 5CrNiMo 4Cr5MoV1Si等 B 壓鑄模具用鋼 3Cr2W8V DAC SKD61 DIEVAR2 4 熱處理工藝特點 A 淬火 高溫回火 B 化學熱處理 2 5 公司常用熱作模具材料化學成 常用模具材料化學成份比較匯總 2 6 模具材料價格比較 二 公司模具材料的簡介 1 SS41 JIS 2 SKD11 JIS 3 YK30 SK3 4 SKH 9 JIS 5 P206 A37 ASP238 45 9 9CrWMn 1 公司常用模具材料 2 常見模具材料性能簡介 SS41 JIS 為日本鋼材牌號 相當於中國的A3鋼 A 屬於低碳結構鋼 B 含碳量為0 30 不能進行熱處理 C 硬度不高HRC20 D 塑性較好 強度較低 機械加工性能好 可以滿足模具中非成形模板性能要求 E 適用於模具結構中的打背板 上托板 下托板 上墊腳 下墊腳 上模座 下模座 夾板等受力不大的模板和零件 SKD11 JIS 相當於中國的Cr12MoVA 冷作模具合金工具鋼 B 是高C 高Cr型合金鋼 各元素含量1 70 C 11 00 12 50 Cr 0 40 0 60 Mo 0 15 0 30 V C 高碳保証獲得過飽和的馬氏體 該組織很硬 以確保高硬度 高耐磨性和一定的熱硬性 鋼材在高溫如500攝氏度仍能保証足夠的硬度 D 鉻可以極大地增加鋼的耐磨性能 同時還大大改善了鋼的淬透性 鋼材淬火後能獲得外部較硬 心部較軟的現象稱為淬透性 淬硬的越多表明淬透性越好 E 鉬釩不僅增加回火的穩定性 尚可細化晶粒改善碳化物不均勻性 提高鋼的強度和韌性 正常為HRC58 64 F 適用於受力較大的模具成形模板 如上打板 通常熱處理HRC52 和下模板 通常熱處理HRC58 YK30 SK3 該鋼材為日本牌號 A 含碳量較高 屬於碳素工具鋼 T10 B YK30是SK 3的改良鋼種 具有較SK 3更佳的強韌性和硬化能 同時還有易加工性能 且具有一般高碳鋼的高硬度和高耐磨性 C 各元素含量為 1 0 1 1 C 0 8 1 1 Mn 0 2 0 6 Cr D 熱處理後硬度為HRC50 用於局部受力較大的模板 采用一般的鋼板會產生較大的變形 E 適用模具的上下墊板 夾板 打板等 SKH 9 JIS 相當於中國W6Cr4Mo5V2A 合金工具鋼 B 含有鎢元素 使其具有熱硬性 同時提高了鋼的回火 熱處理的一種 常為減少或消除內應力 穩定性 C 釩與碳形成碳化物硬度高達HRC83 D 硬度較高 熱處理後硬度可達到HRC65 但脆性大 塑性差 不易進行切削加工 E 適用與作直徑小於3 0的沖子材料 9CrWMn簡介A 為低質合金工具鋼 B 回火溫度650 7000C 保溫時間2 3H C 易變寸 500MM以上嚴重 開裂 結構复雜 孔槽密集等 導致加工精度無法掌控 外形任何一邊不得大於500MM厚度不得大於25MM D 硬度嚴格管控在HRC50 53以內 超過極易裂開E 使用范圍 P04A D04A S02A上 用于D04A時不可結構复雜及孔槽密集 不可用S01A D05A上 三 熱處理基本知識 熱處理知識簡介 改善鋼的性能 通常采用兩個途徑 1 調整鋼的化學成分 加入合金元素 如鎂 鉬 鎳等 即合金化 2 實施鋼材的熱處理 熱處理是通過加熱 保溫 冷卻之操作方法 使鋼的組織結構發生變化 以獲得所需要的性能之加工工藝 鋼的熱處理根據加熱和冷卻方法不同 大致分為 1 普通熱處理通常稱為四把火即退火 正火 淬火 回火 也是最常用的熱處理方法2 表面熱處理如表面淬火和化學熱處理等在日常機械加工過程中 時常需要進行熱處理 熱處理可以是機械加工過程的中間環節 也可以是使機械零件達到規定技術要求的最終工序 金屬材料之熱處理工藝 熱處理工藝簡介 1 退火2 正火3 淬火4 回火 退火所謂退火 就是將金屬或合金加熱到適當溫度 780 8800C 保溫一定時間 4 8H 然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝 其實質是將鋼加熱奧氏體化后進行珠光體轉變 退火方法 常用的退火方法有完全退火 重結晶退火 球化退火 去應力退火 再結晶退火 擴散退火和等溫退火等幾種 球化退火 使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝 常用的球化退火有普通球化退火和等溫球化退火兩種 工藝主要用於模具 量具和刃具鋼等 1 退火 正火所謂正火就是將鋼材或鋼件加熱到合適的溫度 800 12000C 保溫適當時間 4 8H 后 在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝 正火之主要應用 A 對於一些含碳量較高的鋼材 改善其組織結構 為以後熱處理 如 球墨化處理 作準備 B 對含C量 0 4 的中 低碳鋼可用正火代替退火作預先熱處理 獲得合適的硬度 便於切削加工 C 含C量在0 4 0 7 的不太重要的工件可在正火狀態下使用 即作為最終熱處理 2 正火 退火與正火之目的A 軟化鋼材以便切削加工 B 消除殘余應力 防止工件變形和開裂 C 細化晶粒 改善組織結構 提高鋼的機械性能 4 為最終熱處理作準備退火與正火之區別A 加熱溫度不同 一般正火加熱溫度高於退火加熱溫度B 正火與退火最明顯不同在於正火冷卻速度稍快 淬火將工件加熱一定溫度後 780 12000C 保溫一段時間 4 8H 後 取出工件使其快速冷卻的方法 淬火之目的一般都是為獲得馬氏體 一種非常硬的晶體結構 提高工件的機械性能 如硬度和耐磨性 淬火介質A 油 2號 3號機油 11號柴油 B 水C 鹽水 5 15 NaCl D 鹼浴 近80 KOH 20 NaOH 3 KNO3 3 NaNO2 3 淬火 4 回火 回火所謂回火就是鋼件淬硬后 再加熱到稍低於淬火溫度 保溫一定時間 然後冷卻到室溫的熱處理工藝 回火目的 1 合理地調整力學性能 使工件滿足使用要求 2 穩定組織 使工件在使用過程中不發生組織轉變 從而保證工件的尺寸 形狀不變 3 降低或消除淬火內應力 以減少工件變形並防止開裂回火分類 1 低溫回火 回火溫度在250 以下 2 中溫回火 回火溫度在350 500 3 高溫回火 回火溫度在500 650 碳素鋼采用一次回火 合金鋼則采用二次回火或多次回火 深冷處理 深冷處理就是鋼件淬火冷卻到室溫后 繼續在 以下的介質中冷卻的熱處理工藝 也稱為冷處理 是淬火過程的繼續 深冷處理目的 為了最大限度的減少殘余奧氏體 常溫下不穩定組織 容易引起尺吋變吋等 以進一步提高工件淬火后的硬度和防止在使用過程中因殘余奧氏體的分解而引起的變形 同時強度 硬度和耐磨性都可得到不同程度的提高 5 深冷處理 四 模具零件失效 模具零件失效原因分析 模具失效 材質 鋼內疏鬆 化學成份偏析 帶狀組織 鋼的鈍靜度差 帶狀 網狀 碳化物 球化退火質量不好 熱處理 回火次數不當 硬度不當 淬火溫度不當 加熱速度不當 冷卻速度不當 保溫時間不當 爐內气份不當 機械加工 表面粗造度差 連結角半徑過小 磨削損傷 電加工質量差 加工應力未除去 尺寸精度差 設計 材料纖維取向不合理 硬度不合理 選材不當 配合精度不當 有尖角 連結角半徑過小 厚薄壁差大 操作 模具預熱溫度不當 終鍛溫度偏低 冷卻條件不當 壓鑄溫度不當 熱鍛溫度 潤滑條件差 去應力次數少 設備狀況不好 模具安裝不當 案例一 材質不良開裂 主要原因是材料內部碳化物分布嚴重不均材質不良所致 而磨削工序進給量過大 亦起促進作用 案例二 模具結構設計与熱處理熱處理工藝性 因模具斷面尺寸不均勻 形狀結構不合理 如尖角 等 將促成熱處理加工時 因強大的熱處理應力