冷作模具材料课件教材讲义

冷作模具材料一、教学目的

掌握冷作模具材料的选用掌握冲裁模工作零件的热处理流程了解模具加工工艺和模具生产一般过程。二、冷作模具工作条件分析与选材

现以自行车钳形刹刹把支架落料模为例，被加工的零件材料Q235，厚度2.5mm,冲压力400KN。看动画思考下列问题：1）、分析装配图？2）、分析模具工作过程？1、冷作模具工作过程2、工作零件的工作条件

在冲裁板件时，总的冲裁力达到400KN，工作零件刃口单位负荷较大（≥200MPa）、被冲裁材料的应力状态较复杂，在分离过程中模具切削刃的发热温度较高（200℃）,在工作中往往受到拉伸、压缩、弯曲、冲击、摩擦等机械力的作用，因而常产生断裂、变形、磨损、咬和等失效形式。因此，冷作模具材料应具有抗变形、抗断裂、抗软化、抗咬合、耐疲劳等使用性能。同时为了便于冷作模具的制造，冷作模具材料还应有良好的加工工艺性能。2、对工作零件的材料提出的一般要求1）、冷作模具材料的使用性能要求良好的耐磨性、高的强度、足够的韧性、高的抗疲劳性、良好的抗咬合能力。2）、冷作模具材料的工艺性能要求锻造工艺性、切削工艺性、热处理工艺性

由于该模具是单工序冲裁模，零件相对简单，但要求有较高的使用寿命，决定采用目前使用广泛，国产的高耐磨、微变形冷作模具钢Cr12MoV。3、模具工作零件的选材4、模具工作零件的加工流程现以冲裁模的工作零件凹模为例，分析它的加工路线，工作图如下：4、模具工作零件的加工流程根据零件结构特征制定如下的加工线路：备料→锻造→退火→刨削六面→平面磨→钳工→热处理→平面磨→电火花线切割→用腐蚀液加工排料孔→钳工在上述各工序中，由于本课程研究的需要，我们现在只观注锻造、退火、热处理工序。它们对提高模具的使用寿命，具有比较重大的意义。三、Cr12MoV热处理工艺

1、Cr12MoV特性Cr12Mo1V1简称D2钢，是仿照美国ASTM标准中的D2而引进的新钢种，已纳入GB1299­—85《合金工具钢技术条件》中。与Cr12MoV相比，由于D2钢中的Mo、V含量增加，改善了钢的铸造组织，细化了晶粒、改善了碳化物分布状况，提高了淬透性，使的D2钢的强韧性、抗回火稳定性、耐磨性较Cr12MoV高，制作的模具的使用寿命较Cr12MoV长。实践表明，用D2钢制作的冷冲模、滚丝模等模具的使用寿命比Cr12MoV提高5～6倍。虽然D2钢综合性能优于Cr12MoV，但锻造性、热塑成型性比Cr12MoV稍差，用于代替Cr12型钢制造大型复杂的冷作模具，如冷切剪刀、切边模等。D2钢与Cr12MoV钢力学性能对比见表3-8。表3-8D2钢与Cr12MoV钢力学性能对比钢号淬火温度∕℃力学性能抗弯强度σbb∕MPa挠度f∕mm冲击韧度аk∕J.cm-2硬度HRCD2102032623.304059.3Cr12MoV28882.684061D2106015501.4335.561.1Cr12MoV7960.911061.52、Cr12MoV锻造与退火工艺

通过对生产现场用Cr12MoV制造的冷冲模损坏的情况统计，以断裂失效、崩刃占大多数。Cr12MoV钢制冷冲模凹模失效的原因：一是Cr12MoV属莱氏体钢共晶体炭化物虽经锻碎，但仍粗大且有棱角，致使凸模强韧不足，发生疲劳断裂；二是经常规处理后残留奥氏体较多，耐磨性不足，所以模具寿命不高。通过礅拔次数，增加高温调质处理，深冷处理，提高了模具的强韧性和耐磨性，减少了模具在使用中刃磨次数，避免了早期失效开裂，显著提高了模具的使用寿命。1）、模具的锻造工艺

（1）、合理选择坯料直径与锻锤吨位坯料直径越大，由于轧制时变形小，碳化物偏析越严重，碳化物颗粒越粗大。适当选用吨位大的空气锤，以便锻透中心碳化物。（2）、采用多向镦拨法这是获得优质模具毛坯的一种较好的锻造方式，锻造变形均匀，易锻透，组织能得到全面改善，可使碳化物细碎且分布均匀，彻底消除了轧制时形成的带状组织。（3）、适当提高锻造比（4）、始锻温度1050℃，终锻温度850℃2）、退火工艺加热到850~870℃保温4小时，随炉冷却到730～740℃，保温4～5小时后，随炉冷至500℃出炉空冷。3、Cr12MoV钢不同热处理条件下的硬度和金相组织分析

1）、硬度从表和图可以看出:(1)、Cr12MoV钢淬火后的硬度与淬火温度有极大关系,980～1040℃淬火获得的最高硬度为63～65HRC。(2)、Cr12MoV钢的回火稳定性高,980～1040℃淬火,200℃回火2次,每次2h,硬度为59.5～60.5HRC,250℃回火1h,硬度为58.5～59.5HRC。(3)、1100℃淬火,520℃回火2～3次,“二次硬化”硬度最高为60.5～61HRC。(4)、1130℃淬火,520℃回火3次,硬度仅提高到50HRC,在550℃回火1～2次,硬度提高到58HRC。1200℃淬火,520℃回火3次,硬度提高很少,经550℃2次回火,硬度提高到59HRC。(5、)Cr12MoV钢经1040℃淬火,500℃回火后硬度为57.5HRC,520℃回火2次,硬度为56～57.5HRC,看不出二次硬化现象。2）、金相组织

Cr12MoV钢热处理状态不同,显微组织变化很大,特别是1150℃以上温度淬火的组织比较特殊。Cr12MoV钢不同热处理状态的金相组织图说明如下:(1)、800～880℃淬火,未回火的试样组织为:马氏体+屈氏体+碳化物。材料碳化物偏析比较严重,奥氏体成分不均匀,稳定性程度不同,硬度由低到高。800～880℃淬火金相组织×400

(2)、950℃、980℃、1010℃淬火,未回火的试样为正常淬火组织:马氏体+碳化物+残留奥氏体。(3)、1040℃、1070℃淬火,未回火的试样为正常组织:回火马氏体+碳化物+残留奥氏体。1040℃、1070℃淬火金相组织×400(4)、1100℃～1160℃淬火,未回火的试样为粗针状马氏体+碳化物+残留奥氏体(5)、1200℃淬火,未回火的试样,组织为很粗的针状马氏体+少量碳化物+大量残留奥氏体。1200℃淬火金相组织×400(6)、1230℃淬火,未回火和低温回火的试样,为针状马氏体+少量碳化物(带状)+大量残留奥氏体,晶粒很粗大,晶界上有淬火显微裂纹(见图所示)。1230℃淬火金相组织×400(7)、1280℃淬火,低温回火的试样,为粗针状马氏体+极少量碳化物+大量残留奥氏体(见图所示)。1280℃淬火金相组织×250(8)、1310℃淬火,未回火的试样为严重过烧组织,晶界上有网状共晶莱氏体(见图所示)。1310℃淬火金相组织

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结论(1)、Cr12MoV钢的热处理工艺,有一次硬化法和二次硬化法2种。研究表明,一次硬化法淬火温度为1010～1040℃较好,回火温度一般为200℃回火两次。二次硬化法淬火温度为1100～1120℃较好,回火为520℃,2～3次较好。(2)、为了获得热硬性和高耐磨性,对Cr12MoV钢采用二次硬化处理法,因为含有较多合金元素和碳的残留奥氏体具有高的回火稳定性,只有经过多次回火才能使大部分残留奥氏体转变为马氏体。在提高淬火温度或回火温度偏低的情况下,要增多回火次数,实验表明,淬火温度提高到1150℃以上时,在520℃回火4