模具材料及表面处理全PPT课件

1、l 汽车、拖拉机零件： 70%l 塑料制品： 80%90%l 日用五金： 60%70%2、模具材料技术对模具及被加工产品的影响l 模具材料技术影响到模具的制造成本。l 模具材料技术影响到模具的寿命，从而影响产品成本。l 模具材料技术影响模具的质量，从而影响产品的质量。第1页/共197页3、行业要求l合理选用模具材料。l合理实施模具的热处理及表面处理。l大力推广模具新材料、新工艺、新技术的应用。第2页/共197页l 模具钢系列化水平提高，现纳入GB有26只钢。l 研制出不少新型模具钢：冷作模具钢有GD、CH-1、LD、65Nb、CG-2等。热作模具钢有5Cr2NiMoVSi、HM1、012Al、

2、HD等。塑料模具钢有P20、718、8Cr2S、5NiSCa等。l 硬质合金和钢结硬质合金应用成熟。l 强韧化处理新工艺广泛采用。l 表面技术水平不断提高。第3页/共197页l 发达国家的模具钢系列化标准化程度高。l 发达国家模具钢品种规格齐全，多以厚板方料扁料类型并经预处理状态供应市场。l 发达国家模具钢冶金技术先进，钢材的纯净度、均匀性高。l 发达国家重视模坯及模具使用的后处理。l 发达国家模具表面处理设备及工艺先进。本门课程属于专业课程，学习要求如下：掌握各类模具材料的特性、强韧化方法、使用范围。正确选用模具材料热处理方法。熟悉各类模具的表面处理及选用。第4页/共197页第一章 模具材料

3、概论第5页/共197页第6页/共197页第7页/共197页第8页/共197页三、耐磨性三、耐磨性第9页/共197页三、耐热性三、耐热性第10页/共197页第11页/共197页第12页/共197页第13页/共197页第14页/共197页2、模腔过渡圆角半径、模腔过渡圆角半径R的影响的影响 冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：入口处的形状和内圆角半径R对模具寿命影响很大，增大圆角半径R，可提高模具寿命。第15页/共197页第16页/共197页三、模具材料对模具寿命的影响三、模具材料对模具寿命的影响第17页/共197页五、模具的使用对模具寿命的影响五、

4、模具的使用对模具寿命的影响第18页/共197页第二章第二章 冷作模具材料冷作模具材料第一节 冷作模具对材料性能的要求l足够的韧性（受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具）第19页/共197页二、工艺性能要求l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l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l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l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第20页/共197页三、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

5、模具：0.5%0.7%C2、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第21页/共197页 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第22页/共197页一、低淬透性冷作模具钢（一）碳素

6、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、T12A2、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。第23页/共197页l无粗大或网状碳化物时，采用球化退火。l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：u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。n淬火温度的选择考虑的

7、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第24页/共197页 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：l对于小型模具，可采用较低淬火温度（760780）。l对于较大型模具，适当提高淬火温度（800850）。l对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。n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。第25页/共197页n 回火温

8、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：l硬度要求较高时，宜采用150200回火。l抗弯强度要求较高时，宜采用220280回火n回火时间 12小时n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、切边模第26页/共197页（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：l硬度高，耐磨性好 l接触疲劳强度高l淬透性高，淬、回火变形开裂

9、倾向小l回火稳定性高，有较高的强韧性l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。l锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。1)锻造第27页/共197页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。l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：8308

10、60，油冷。l尺寸较大或分级淬火的模具，宜选840860。l尺寸较小模具，宜选830850。l箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。第28页/共197页 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） CrWMn1、主要性能特点l淬透性良好（4050模具油中可淬透）l耐磨性良好（W碳化物作用）l淬火变形小l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第29页/共197页终锻：800850，锻后空冷至

11、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：第30页/共197页 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第31页/

12、共197页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。第32页/共197页 2）退火 加热750770/35h，等温0700/46h。3）淬、回火 图211、图21

13、2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。第33页/共197页 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。l在200250回火，出现明显的回火脆。l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

14、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。第34页/共197页 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n

15、应用状态，组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性很高。n具有高硬度、高抗压强度和高承载能力。n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。第35页/共197页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

16、性能的关系）锻造工艺预热750850，加热10501100始锻10001050，终锻850900uCr12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。第36页/共197页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：l随着淬火温度升高，淬火硬度相应增加。l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。l淬火温度大于1050淬火

17、，奥氏体变粗，抗弯强度、冲击韧度明显降低。第37页/共197页图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：l钢在520左右回火出现明显的二次硬化。l在200左右回火，其抗弯、抗压强度最高。l在400左右回火，断裂韧度最高。第38页/共197页 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

18、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。第39页/共197页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

19、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。nCr12Mo1V1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）第40页/共197页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

20、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。第41页/共197页 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

21、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）第42页/共197页四、高强度高耐磨冷作模具钢典型钢种：即高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V21、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

22、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第43页/共197页2、热加工工艺1）锻造 钨系高速钢：加热11201150，始锻10401050，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

23、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。第44页/共197页 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，

24、韧性良好。第45页/共197页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l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。第46页/共1

25、97页l具有高抗弯强度，高冲击疲劳抗力高韧性和一的耐磨性。l抗压强度低，热稳定性差。l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）淬火与回火第47页/共197页图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

26、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。第48页/共197页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：430470，4550HRC3、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

27、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。第49页/共197页主要性能特点：l具有较好的淬透性和回火稳定性。l碳化物颗粒细小，组织均匀。l淬火变形较小。l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：第50页/共197页淬火工艺：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，

28、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）第51页/共197页六、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

29、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。第52页/共197页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

30、三次。第53页/共197页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l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l具有高速钢的强度、硬度和耐磨性，又有较好的韧性。l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。第54页/共197页（2）热加工工艺 1）锻造 始锻：10801120

31、，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第55页/共197页 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

32、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）主要性能特点第56页/共197页（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7

33、00720/46h，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。第57页/共197页3、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)（1）主要性能特点l碳量较低，为0.47%0.57%。l强韧性高，热疲劳性好。l是冷、热兼用型模具钢。l渗碳性能良好，可通过渗氮

34、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。第58页/共197页 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）6CrNiSi

35、MnMoV（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。第59页/共197页 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

36、/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。第60页/共197页主要性能特点： 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60HRC以上

37、。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。第61页/共197页（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

38、（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。第62页/共197页应用范围： 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

39、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）第63页/共197页（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。第6

40、4页/共197页淬火温度对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。第65页/共197页 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Cr

41、12MoV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）。第66页/共197页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50

42、0万次。八、特殊用途冷作模具钢l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。l无磁模具钢：7Mn15Cr2Al3V2WMo第67页/共197页 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（W

43、C、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）第68页/共197页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、DTn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

44、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：l 预热800850，加热10001020油淬。第69页/共197页l 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。

45、（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。第70页/共197页（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

46、、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。第71页/共197页 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

47、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。第72页/共197页 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。l 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。l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：u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。第73页/共197页一般选用概况： 对于形状简单、载荷轻的冲裁模 : 选用

48、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。 第74页/共197页 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2

49、0002500MPa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。第75页/共197页 脆性开裂 常见冷镦凹模，一是擦伤和崩落处，二是整个截面淬硬或非金属夹杂物偏析造成脆性开裂。 硬度不足，或硬化层过浅而凹陷，或因尺寸超差而过早报废。主要失效形式：擦伤和脆性开裂性能要求： 足够的抗压强度和耐磨性。尤其是冷镦凹模，需要良好的强韧性配合，硬化层控制在1.54mm，硬度5862HRC

50、，心部需韧性较好的索氏体组织，不能整个截面淬硬。2、冷镦模材料选用 选材考虑因素：模具零件受力情况、截面大小、硬化层要求、批量大小等。一般选材情况： 对于轻载小型凹模，硬化层要求不深时可选用T10A钢；硬化层要求较深时，选用低合金工具钢。第76页/共197页 对于受载较重、形状复杂的凹模，可选用高铬中碳钢或高速钢、基体钢制作的嵌镶块嵌入模套内，模套则采用韧性较好的材料。 产量超过20万件以上时，可选用钨钴类硬质合金或钢结硬质合金制成的嵌镶模块。冷镦凸模的材料： 轻载时，大多采用T10A或低合金工具钢；重载时，采用与凹模相同的材料制成模块式镶拼模具。l 冷镦模具的选材实例和辅助零件的选材可参考教

51、材表240。（三）冷挤压模具的选材1、冷挤压模的工作条件和失效形式工作条件：变形抗力大。挤压非铁金属时，模具截面上的平均压应力可达1000MPa以上；正挤压钢材时，可达20002500MPa；反挤压时可达30003500MPa。第77页/共197页 模具表面反复受到剧烈摩擦，使接触面磨损大，并且模具温升最低温度可达160180，最高可达300400。 凸模比凹模工作条件更繁重，往往受到偏心载荷，致使冲头受到很大的弯曲应力作用。冲头在脱模时还受到拉应力的作用。失效形式： 擦伤磨损或氧化磨损。凸模断裂l装配不良导致折断l模所受应力超过材料的屈服极限产生“劈裂”（见下图a）l脱模时，拉应力使模端部折

52、断，产生“脱帽”断裂（见下图b）第78页/共197页性能要求： 必须具有高强韧性、良好的耐磨性、足够的回火稳定性和耐热疲劳性。1、冷挤压模具的材料选用 挤压力较小、批量不大的正挤压模具，可选用碳素工具钢和低合金工具钢。 挤压力较大的正挤压模具，普遍采用Cr12型钢，但锻造、热处理不良时，脆断倾向大，模具寿命短。 承受高负荷的反挤压凸模，可选用高速钢，但也有脆断问题，可用低温淬火来提高脆断抗力。 挤压力较大、批量也较大的冷挤压凸模，选用降碳高速钢和基体钢使用效果良好。 对于大批量生产的冷挤压模具，应采用硬质全金、钢结硬质合金。（选材示例可参考教材表241）第79页/共197页（四）冷拉深、拉丝模

53、具1、拉深模具工作条件： 凹模承受强烈摩擦和径向拉应力；凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。工作表面温度可达400500。失效形式： 被拉深材料撕落粘附在模具表面，形成凹凸不平的伤痕或粘结成瘤，使拉深产品表面质量降低或成废品。性能要求：具有高的强度和耐磨性。材料选用： 对中小模具，可选用T10A和低合金工具钢；对大中型模具，可采用球墨铸铁或合金铸铁，批量大时，磨损部位采用较好合金钢镶块硬质合金。第80页/共197页防止粘附措施：l拉深铝、铜合金和碳素钢时，凸、凹模应渗氮或镀铬。l拉深奥氏体不锈钢时，凹模应采用铝青铜材料。l高碳中铬钢和高碳高铬钢作拉深凹模时，应进行渗氮和抛光。（拉深模材料选用

54、参照表242）2、拉丝模 拉丝变形量小，主要是刃口部分承受强烈的摩擦和径向弯曲力。失效形式主要是磨损和崩刃，要求高硬度和耐磨性以及良好的抗粘附性能。 材料选用，主要根据被加工材料的类型、线径大小生产批量等选用常用合金模具钢、硬质合金、人造金刚石等。（具体选用可参照表243）第81页/共197页第四节 冷作模具的锻造与热处理一、冷作模具材料的锻造 锻造目的：提高材料的致密度和均匀性、细化组织、获得合理的流线分布等。 1、高碳高合金钢的锻造工艺操作要点：加热和冷却应均匀缓慢，大尺寸坯料应先预热再加热。严格控制锻造温度范围，力争一火锻成。锻造工具圆角要大些，锤头与锤砧要预热200300。操作要领应遵

55、循“二轻一重”和“两均匀”的原则。尽量避免冲孔和扩孔。 为了控制锻造质量，还应重视锻造方法、锻造比和锻锤吨位的选择。第82页/共197页2、钢结硬质合金的锻造工艺要点：l钢结硬质合金坯料在锻前应进行球化退火，坯料上的尖角、棱角应磨圆。l锻锤吨位选择要合适，参照表2-44。l锤头、锤砧、工具和胎模锻前需预热。l锻造比不宜过大，一般大于2，注意采用“二轻一重”的操作要领。l13火一般进行镦粗和拔长，拔长宜在V形铁砧或胎模中进行。二、冷作模具的热处理技术1、冷作模具的制造工艺路线 一般冷作模具：锻造 球化退火 机械粗加工 淬火与回火 钳修装配。第83页/共197页 成形磨削及电加工冷作模具 ：锻造

56、球化退火机械粗加工 淬火与回火 机械加工或电加工成形 钳修装配。 高精度冷作模具：锻造 球化退火 机械粗加工 去应力退火或调质 加工成形 淬火与回火 钳工修配。热处理工序安排应注意以下几点： 对于高精度要求的模具为减少热处理变形，常在机械加工之后安排高温回火或调质处理。 对于线切割加工模具，为防止线切割时变形开裂，其淬回火常采用分级淬火或多次回火和高温回火。 为了保持模具尺寸的稳定性，线切割之后应及时再回火2、冷作模具的淬火第84页/共197页（1）合理选择淬火加热温度 对于具体模具，在加热工艺规范的基础上要作精细选择，选择的依据主要是模具的使用性能要求。 如保证淬透、淬硬或较高的热硬性，应选

57、择较高的淬火加热温度；如要求较高的韧性和耐磨性，应选择较低的淬加热温度。（2）合理选择淬火保温时间 生产中常采用到温入炉的方法加热，淬火保温时间可按以下经验公式确定 ：t=Dt 淬火保温时间（min或s） 加热系数（min/mm或s/mm），见表2-45。D 工件有效厚度（mm ）第85页/共197页 经验公式仅作为参考，生产中必须具体情况具体分析，对于形状复杂的模具有时要通过实验来确定淬火保温时间。（3）合理选择淬火介质 一般：高合金冷作模具钢，采用较缓的淬火冷却介质；碳素工具钢和低合金工具钢模具采用双介质淬火。 市场上有不少新型的淬火冷却介质，如三硝水溶液、氯化锌 碱溶液、氯化钙水溶液等，

58、选择适当可以提高淬火质量。（4）采用合适的淬火加热保护措施主要是防止氧化、脱碳，常用的方法有：盐浴加热法 装箱保护法涂料保护法 包装保护法3、冷作模具的强韧化处理工艺（1）低温淬火工艺第86页/共197页相对于于传统淬火工艺进行的淬火操作。工艺特点：相对传统淬火加热温度低2030。 性能特点：提高韧性和冲击疲劳抗力，降低冷作模具脆断、脆裂倾向性。l典型冷作模具钢低淬低回工艺见表2-46（2）高温淬火工艺 对于某些冷模钢，如T7ATI0A、GCr15等，采用高于传统工艺淬火温度淬火，可使模具获得较高断裂韧性和耐磨性，从而提高模具寿命。（3）微细化处理工艺即细化基体组织和碳化物，提高模具寿命的方法

59、l四步热处理法：高温淬火+高温回火+低温淬火+低温回火 如9Mn2V:820油冷+650回火+750 油冷+200 回火。第87页/共197页l循环超细化处理 加热Ac1（Acm）+1020 加热Ac1（Acm）+1020 如Cr12MoV钢：1150加热油淬+650回火+1000加热油淬+650回火+1030加热油淬+170等温30min空冷+170回火.（4）分级淬火和等温淬火 是模具最重要的强韧性化方法，可以减少模具的变形和开裂. 冷作模具钢的分级淬火和等温淬火工艺及应用范围见表247.（5）其他强韧化处理方法 主要是：形变热处理、喷液淬火、快速加热淬火、消除链状碳化物组织的预处理工艺等

60、。第88页/共197页4、主要冷作模具的热处理特点（1）冲裁模l对于薄板冲裁模 在工艺上应保证热处理变形小、不开裂和高硬度。通常根据模材类型采用不同的减少变形的热处理方法。如，双液淬火工艺、碱浴淬火工艺、低温淬火工艺、快速加热分级淬火、恒温预冷工艺、等温淬火等。以上工艺方法的具体应用参考表2-48。l对于重载冷冲模 由于失效形式是崩刃和折断，热处理工艺上应保证模具获得高强韧性。通常采用的热处理方法有：细化奥氏体晶粒处理、细化碳化物处理、贝氏体等温淬火、循环超细化处理、低温淬火等方法。第89页/共197页l对于冷剪刀 冷剪刀由于工作条件的差异，工作硬度范围较宽，但都要求刀刃抗冲击能力好。为了减小