《模具材料与热处理》课件-第六章 冷作模具材料

第六章冷作模具材料第一节冷作模具材料和性能要求第二节冷作模具钢的性能和热处理工艺第三节冷作模具材料的选用第一节冷作模具材料和性能要求要求冷作模具材料应在相应的热处理后，具有高的变形抗力，断裂抗力，耐磨损、抗疲劳、不咬合的能力。一、常用冷作模具的特点1.冷冲裁模冷冲裁模主要用于各种板材的冲切和成形，包括落料模、冲孔模、切边模等。冲裁模工作过程ａ)弹性变形阶段ｂ)塑性变形阶段ｃ)分离阶段2.拉拔及成形模拉拔及成形模是指将板材或棒材进行延伸或压迫使之成为具有一定尺寸和形状的产品的模具。它包括拉深模、胀形模、弯曲模、拉丝模和拔管模等。冷拉深模工作原理１—凸模２—压边圈３—工件４—凹模3.冷挤压模冷挤压模是指使金属坯料在强大而均匀的近似于静挤压力的作用下，产生塑性变形流动而形成产品的模具。冷挤压模工作原理ａ)正挤压ｂ)反挤压ｃ)复合挤压ｄ)径向挤压１—凸模２—凹模３—金属坯料４—凹凸模4.冷镦模冷镦模是指在冲击力的作用下将棒材镦成具有一定尺寸和形状的产品的模具，主要用来加工各种形状的螺钉、铆钉、螺栓和螺母等的毛坯。二、冷作模具常见的失效形式1.断裂失效断裂失效是指模具在使用中突然出现裂纹或发生破损而失效，按其损坏情况可分为局部破损(剥落、崩刀、掉牙等)和整体性破损(如碎裂、断裂、胀裂、劈裂等)。（1）脆性断裂失效（2）疲劳断裂失效2.变形失效变形失效是指模具在使用过程中发生塑性变形，失去原有的几何形状。它通常发生在硬度偏低或淬硬层太薄的模具上，具体表现为凸模组弯曲、凹模型腔下沉塌陷、棱角堆塌、模孔胀大等。3.磨损失效冷作模具在工作时，坯料沿着模具表面滑动又流动，使模具与坯料间产生很大的摩擦力，造成模具表面被划出或多或少的凹凸痕迹，这些痕迹与坯料表面的凹凸不平相咬合，在模具表面逐渐产生了机械破损而磨损。在模具中常遇到的磨损形式有磨料磨损、黏着磨损、腐蚀磨损和疲劳磨损等。4.咬合失效当坯料与模具表面接触时，在高压摩擦下，润滑油膜破坏，发生咬合。在弯曲、拉深、冷挤压等成形中，咬合是最常见的一种失效形式。当工件表面出现划痕和拉钩时，模具必须进行研磨与抛光，特别是在拉深成形中出现咬合现象时，模具必须经过修整后才能继续生产。三、冷作模具材料的使用性能要求1.良好的耐磨性2.高强度3.足够的韧性4.良好的抗疲劳性能5.良好的抗咬合能力四、冷作模具材料的工艺性能要求1.可锻性2.可切削加工性3.可磨削性4.热处理工艺性（1）淬硬性与淬透性（2）回火稳定性（3）过热敏感性和脱碳倾向（4）淬火变形和开裂倾向第二节冷作模具钢的性能和热处理工艺冷作模具材料主要用于制造对冷态下的坯料进行压制成形的模具，如冷冲模、拉深模、压印模、搓丝模、冷镦模和冷挤压模等。目前已纳入国家标准《工模具钢》（GB/1299—2014）的有１９个钢种。一、冷作模具钢的化学成分冷作模具钢，按其所制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。为此，冷作模具钢一般碳的质量分数较高，以形成大量碳化物，获得高硬度和高耐磨性，加入Cr、Mo、W、V等合金元素，

以提高耐磨性、淬透性和耐回火性。二、典型冷作模具钢的特性和热处理工艺1.高碳低合金冷作模具钢（CrWMn钢）（1）特性CrWMn钢是9CrWMn冷作模具钢的改进型,提高了C、Cr、W元素的含量,所以有更高的淬透性,且淬火变形小,因而习惯称微变形钢。（2）工艺性能1）临界点2）锻造工艺3）退火工艺4）淬火工艺5）回火工艺（3）应用范围CrWMn钢是使用较为广泛的冷作模具钢，主要用于制造要求变形小，形状较复杂的轻载冲裁模、拉深模、弯曲模、翻边模等。2.无Cr高碳低合金冷作模具钢（9Mn2V钢）（1）特性9Mn2V钢是冷作模具钢中唯一不含Cr元素的经济型钢种，综合力学性能比碳素工具钢好，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火时变形较小。（2）工艺性能1）临界点2）锻造工艺3）退火工艺4）淬火工艺5）回火工艺（3）应用范围9Mn2V钢适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、落料模、剪刀等，也可用于制造机床的丝杠等结构件。3.高Cr耐磨冷作模具钢（Cr12MoV钢）（1）特性Cr12MoV钢属于高碳高铬类型莱氏体钢，同系列的高碳高铬冷作模具钢还有Cr12、Cr2W、Cr12Mo1V1等，简称为Cr12型钢。（2）工艺性能1）临界点2）锻造工艺3）退火工艺4）淬火工艺

与回火工艺Cr12MoV冷作模具钢的常用淬火、回火工艺（3）应用范围

Cr12MoV冷作模具钢具有良好的淬透性和耐磨性，淬火体积变化小，是应用范围最广、数量最大的冷作模具钢，广泛用于制作形状复杂、高精度或重载冷作模具，如切边模、滚边模、量规、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模，以及要求高耐磨的冷冲模和冲头等。4.冷作模具用高速钢（W6Mo5Cr4V2钢）（1）特性W6Mo5Cr4V2钢是钨钼系通用型高速钢的代表钢，它是含有多种合金元素的高合金钢，属莱氏体型钢，具有高强度、高抗压性、高耐磨性、高热稳定性、高淬透性以及足够的塑性和韧性。与Cr12MoV钢相比，其韧性、扭转性和耐磨性稍差，其他性能都优于Cr12MoV钢。（2）工艺性能1）临界点2）锻造工艺3）退火工艺4）淬火工艺5）回火工艺

W6Mo5Cr4V2冷作模具钢的锻造工艺（3）应用范围W6Mo5Cr4V2钢除用于制造各种类型的普通工具外，还可以制作大型及热塑成形刀具。由于其强度高、耐磨性好，还可以制作高负荷下的耐磨零件，如冷挤压模具等，但必须适当降低淬火温度以满足强度和韧性的要求。5.含Nb基体钢（6Cr4W3Mo2VNb钢）（1）特性6Cr4W3Mo2VNb钢是一种含铌基体钢，因平均含碳量为65%，故也简称65Nb钢。该钢合金元素Cr、W、Mo、V的含量设计取自高速钢W6Mo5Cr4V2淬火后的基体成分，合金元素在模具钢中的作用与高速钢中相似。（2）工艺性能1）临界点2）锻造工艺3）退火工艺4）淬火工艺与回火工艺

6Cr4W3Mo2VNb冷作模具钢的锻造工艺

6Cr4W3Mo2VNb冷作模具钢参考热处理工艺规范

6Cr4W3Mo2VNb冷作模具钢在不同温度淬火、回火后的硬度值（3）应用范围6Cr4W3Mo2VNb钢是一种高韧性的冷作模具材料，它不仅具有高速钢的高硬度和高强度，而且具有比高速钢更高的韧性和疲劳强度。其工艺性能良好，热处理工艺范围宽，通过不同淬火温度和回火温度的组合，可得到所需的综合力学性能。其广泛用于制作各类冷作模具，特别适用于复杂、大型或难变形金属的冷挤压模具和受冲击负荷较大的冷镦模具，也可用于制作温热挤压模具。6.火焰淬火冷作模具钢（7CrSiMnMoV钢）（1）特性7CrSiMnMoV钢的淬火温度范围宽，过热敏感性小，淬透性良好，淬火后变形小，与9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV等其他常用冷作模具钢相比，其强韧性占明显优势，火焰淬火能使钢的表面获得高硬度，心部具有高的韧性，且模具不易发生开裂等现象，同时表面硬化层形成压应力，可显著提高钢的疲劳强度，延长模具使用寿命。（2）工艺性能1）临界点2）锻造工艺3）退火工艺4）淬火工艺5）回火工艺

7CrSiMnMoV冷作模具钢的锻造工艺（3）应用范围

7CrSiMnMoV钢具有较高的淬透性，空冷时即可淬硬，淬火变形较小，而且可采用火焰淬火，其设备简单、操作方便、生产率高，并解决了大型模具表面局部淬火的难题。因此，7CrSiMnMoV冷作模具钢常用来制造尺寸较大、形状复杂、截面较厚的大型冷作模具，如薄板冲孔模、成形模、弯曲模、切边模、冷挤压模具等。7.高强韧性冷作模具钢（7Cr7Mo2V2Si钢）（1）特性7Cr7Mo2V2Si钢是我国上海材料研究所研制的新型高强韧性耐磨冷作模具钢，最初是针对冷镦模具而研制的，故按其用途又称为LD钢。（2）工艺性能1）临界点2）锻造工艺3）退火工艺4）淬火、回火工艺（3）应用范围与Cr12型钢和W6Mo5Cr4V2钢相比，7Cr7Mo2V2Si钢具有更高的强度和韧性，而且有较好的耐磨性，应用范围较广，适宜制造承受高负荷的冷挤、冷镦、冷冲等模具。三、其他冷作模具钢的特性和应用随着我国工业的不断发展和壮大，对模具的使用工作条件也提出了更高、更苛刻的要求，进一步促进了我国冷作模具材料的研发与系列化进程，除上述较典型的冷作模具钢外，其他冷作模具钢的热处理工艺规范、主要特性和应用见表6-2-8。第三节冷作模具材料的选用一、冷作模具选材的基本原则1.满足模具的使用性能2.满足模具材料的工艺性能3.经济性二、典型冷作模具材料的选用1.冲裁模的选材（1）薄板冲裁模的选材（2）厚板冲裁模的选材不同冲裁模的硬度要求2.拉深模的选材（1）轻载拉深模的选材(拉深薄钢板或铜、铝合金)（2）重载拉深模的选材(拉深厚钢板、反拉深、变薄拉深)3.挤压模的选材4.冷镦模的选材1.冲裁模的热处理特点（1）薄板冲裁模１)碳素工具钢薄板冲裁模的热处理２)低合金薄板冲裁模的热处理３)高碳高铬合金钢薄板冲裁模的热处理三、典型冷作模具的热处理特点（2）厚板冲裁模１)低温、短时、快速加热工艺２)等温淬火３)循环超细化处理４)细化碳化物处理2.拉深模的热处理特点制件拉深时，模具所受的冲击力很小，主要要求模具应具有高的强度、硬度、良好的耐磨性和抗黏附性能。3.冷挤压模的热处理特点冷挤压时，由于制件材料是在高压力下迫使金属流动而产生塑性变形，故模具承受的压力很大，摩擦剧烈，这就需要冷挤压模应具有高的硬度、强韧性、耐磨性、抗压强度和一定的耐热疲劳性和足够的回火抗力。4.冷镦模的热处理特点冷镦时，由于坯料受到冲击压力而产生塑性变形，并在模具中使坯料重新分布及转移，从而形成所需要的形状。为此，冷镦模要承受巨大的冲击力和强烈的冲击摩擦。四、冷作模具材料应用实例1.扇形硅钢片冷冲裁模