第3章 冷作模具材料及熱處理

1、主講教師：施鋼 班級：10材料1、2 2013年3月8日 廈門理工學(xué)院 冷作模具材料的主要性能要求 冷作模具材料及熱處理 冷作模具材料及熱處理的選用實例 教學(xué)要求： 1、理解冷作模具材料的；主要性能要求 2、掌握通常冷作模具的制造工藝路線 3、理解各類冷作模具材料的熱處理 教學(xué)的重點 冷作模具的制造工藝路線 各類典型冷作模具的熱處理 冷作模具材料 主要有冷沖模、冷剪切模、冷沖裁模、冷擠壓模、冷拉深模、冷鐓模、拉絲模、滾絲模等。 模具工作載荷大、尺寸精度、表面質(zhì)量要求高、加工批量大,多數(shù)為最終產(chǎn)品。 為適應(yīng)這種工況要求,多采用高碳鋼或合金鋼制作, 淬火+低溫回火，工作硬度為5860HRC。 冷作

2、模具鋼要求有足夠的強(qiáng)度(包括抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度) 、韌度、硬度、抗磨能力(特別是 表面抗磨損能力)及抗疲勞能力(特別是多沖疲勞性能) ; 對于大載荷的冷擠壓和冷鐓鍛體成型模具,因劇烈變形產(chǎn)生熱量(約300) ,要求材料具有更高 的抗變形和斷裂能力。 使用性能 耐磨性：硬度、耐磨性指數(shù)、咬合抗力 強(qiáng)度：硬度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度 韌性：沖擊韌性、疲勞抗力 受熱軟化抗力 工藝性能 鍛造工藝性 切削工藝性 熱處理工藝性 1、低淬透性冷作模具鋼 碳素鋼：T7A、T8A、T9A、T10A、T11A 低合金鋼：Cr2、9Cr2 8MnSi 中合金鋼： CrW5 滾動軸承鋼：GCr15 硬質(zhì)合金：W、V 2

3、、低變形冷作模具鋼 低合金鋼：CrWMn、9CrWMn、MnCrWV 9Mn2、9Mn2V SiMnMo 3、高耐磨微變形冷作模具鋼 高合金鋼：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V、Cr12Mo1V1 中合金鋼：Cr4W2MoV、Cr5Mo1V、Cr2MnSiWMoV、Cr6WV、Cr6W3Mo2V2 4、強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼 高速鋼：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N 5、高強(qiáng)韌冷作模具鋼 高速鋼：6W6Mo5Cr4V 高合金鋼：7Cr7Mo2V2Si(LD)、7CrSiMnMoV、 6CrNiMnSiMoV（GD）、8Cr2MnWMoVSi 基體鋼： 6C

4、r4W3Mo2VNb(65Nb) 6、抗沖擊冷作模具鋼 4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si 9CrSi、60Si2Mn、5CrMnMo、5CrNiMo、5SiMnMoV 7、特殊用冷作模具鋼 通常冷作模具的制造工藝路線 （1）一般成型冷作模具： 鍛造球化退火機(jī)加工成形淬火+回火鉗工裝配 （2）成形磨削及電加工冷作模具： 鍛造球化退火機(jī)加粗加工淬火+回火精加工鉗工裝配 （3）復(fù)雜冷作模具： 鍛造球化退火機(jī)加粗加工高溫回火或調(diào)質(zhì)機(jī)加工成形淬火 +回火（精加工）鉗工裝配 如圖冷擠壓凸模，用于擠壓黃銅， 材料選Cr12MoV鋼，要求硬度62 64HRC。 （1）試述Cr12MoV鋼的鍛造和

5、熱 處理工藝特點。 （2）試按常規(guī)熱處理規(guī)范，確定 該模具的制造工藝。 （3）在各工序終了，模具材料的 的微觀組織如何？ （4）如在使用中，該凸模常發(fā)生 脫帽方式斷裂，原因是韌性不足， 試提出改進(jìn)方案。 Cr12是一種應(yīng)用廣泛的冷作模具鋼。 Wc=2.2%，屬高碳高鉻類型的萊氏體鋼，沖擊韌度較差、易脆裂，易形成 不均勻的共晶碳化物。 Cr12中存在大量Cr元素，主要形成（CrFe)7C3型化合物，而滲碳體型碳化物 極少。 Cr增加鋼的淬透性和淬硬性。 鑄態(tài)時存在魚骨狀共晶碳化物，鍛軋后過程共晶物破碎，但分布不均勻。 應(yīng)通過鐓粗拉拔且反復(fù)多次的三向鍛造變形工藝 退火可采用球化退火，但最好采用等溫

6、球化退火。 淬火加熱時碳化物大量溶入奧氏體中，淬火后得到高硬度馬氏體。 回火時馬氏體析出大量彌散分布的碳化物。碳化物硬度很高，提高了鋼的 耐磨性。 Ms低，淬后模具鋼中有大量的殘余奧氏體，減少了模具淬火時的變形。 合理的鍛造工藝,改善碳化物分布狀 態(tài),提高材料的力學(xué)性能。 模具在選材時,要進(jìn)行金相檢驗。 在較大規(guī)格的鋼材中殘留明顯的帶狀或 網(wǎng)狀碳化物,這種組織給Cr12 鋼的使用 性能帶來不利影響, 主要原因是: 網(wǎng)狀碳化物的存在使鋼的韌性明顯 降低; 帶狀組織使鋼的力學(xué)性能和物理性能 出現(xiàn)明顯各向異性; 碳化物不均勻性使鋼材淬火開裂傾向 增大; 碳化物不均勻性導(dǎo)致鋼材的磨削性和 耐磨性降低。

7、 球化退火，獲得均勻分布的球狀珠光體和高度彌散均勻分布的細(xì)顆粒狀合 金碳化物。 注意：碳化物形態(tài)與分布。 如何識別鍛造工藝正確與否？ 如何改善具有網(wǎng)狀滲體組織的Cr12鋼? 三種方法。 W18Cr4V 中主要含有碳、鎢、鉻、釩等元素, 各元素在高速鋼中的作用各有 不同。 C=0.70.8%，若含碳量太低, 則降低了高速鋼的硬度、紅硬性和耐磨性; 若 含碳量偏高, 則硬度和紅硬性有所提高, 同時使碳化物的不均勻性增加, 使鋼 的塑性降低, 工藝性能變差; 若再提高含碳量, 則使熔點過度降低, 迫使淬火 溫度下降過甚, 使鋼的紅硬性和機(jī)械性能都下降。 鎢是影響高速鋼紅硬性的主要元素, 鎢的作用與釩

8、的含量有一定的關(guān)系,當(dāng)含 釩量較低時(如1%1.2%), 紅硬性和切削性能隨鎢量的增加而增加, 含鎢量達(dá) 到18%, 其性能最好; 鎢可強(qiáng)烈降低鋼的導(dǎo)熱系數(shù), 因此高速鋼加熱和冷卻必 須緩慢進(jìn)行; 鎢還可以增加鋼的淬透性, 但比鉻小, 鎢使碳化物的不均勻性增 加。 加入鉻主要作用是提高淬透性, 高速鋼在淬火加熱時, 鉻幾乎全部熔入奧氏 體中, 奧氏體的穩(wěn)定性得以提高, 增強(qiáng)了鋼的淬透性, 4%的鉻能充分滿足高速 鋼對淬透性的要求; 鉻還能提高鋼的抗氧化脫碳和抗腐蝕能力。 釩與鎢一樣, 也是影響高速鋼紅硬性的元素之一, 但二者不能互相替代, 釩 的彌散硬化作用比鎢強(qiáng)烈, 而熔入固溶體的鎢, 則可

9、提高馬氏體的回火穩(wěn)定性, 釩也能提高馬氏體的分解溫度, 但作用不如鎢突出; 隨著釩含量的增加, 則紅 硬性和耐磨性提高。 某廠用H13 鋼做模具沖頭擠壓2A11 或2A12鋁合金零件,模具沖頭的壽命很 短,最多擠壓100 多個零件。模具沖頭的主要失效形式為斷裂。 H13 鋼模具沖頭雖經(jīng)過多次工藝試驗,始終不能解決模具強(qiáng)度和韌性的匹 配,不能有效地提高模具沖頭的使用壽命。 通過分析模具沖頭的失效原因,認(rèn)為要提高模具沖頭的使用壽命,必須提高 模具沖頭的強(qiáng)度和韌性。 對經(jīng)熱處理后能保證足夠強(qiáng)度和較高韌性的材料加以分析,最后選取 W18Cr4V 高速鋼作為模具沖頭材料,并在工藝上加以改進(jìn),采用低溫加熱淬 火,使其強(qiáng)度和韌性能夠有效匹配,滿足生產(chǎn)要求。 出料孔設(shè)計在凹模上,且將出料孔增大,模具沖頭所能承受的力顯著提高,其 使用壽命也將顯著提高。 模具改進(jìn)后,其使用壽命可提高到上萬次,滿足生產(chǎn)需要。 某廠使用的冷擠壓凹模結(jié)構(gòu)如圖1所示,材質(zhì)為高速