沖壓模具材料的種類及特性

沖壓模具材料的種類及特性制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鋅基合金、低熔點(diǎn)合金、鋁青銅高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主,常用的模具工作部件材料的種類碳素工具鋼工具鋼工具鋼合金鋼高速鋼質(zhì)合金碳素工具鋼在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼T8A、T10A便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。低合金工具鋼低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元淬透性鋼有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoVCH-1)、6CrNiSiMnMoV(GD)等。Cr12Cr12MoV熱處理于高速鋼。但碳化物偏析嚴(yán)重，必須進(jìn)行反復(fù)鐓拔(軸向鐓、徑向拔）改鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能.Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV與碳化物偏析相對(duì)較嚴(yán)重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善。高速鋼 高速鋼具有模具鋼中最高的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度,承載能力很高。模具中常用的有W18Cr4V(代號(hào)8—4—1）和含鎢量較少的W6Mo5Cr4V2（代號(hào)6—5-4-2,美國(guó)牌號(hào)為M2)以及為提高韌性開發(fā)的降碳降釩高速鋼6W6Mo5Cr4（代號(hào)6W6或稱低碳M2高速鋼也需要改鍛以改善其碳化物分布?；w鋼 在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素適當(dāng)增減含碳量,以改善鋼的性能這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼它們不僅有高速鋼的特點(diǎn)具有一定的耐磨性和硬度而且抗疲勞強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強(qiáng)韌性冷作模具鋼,材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有6Cr4W3Mo2VNb（代號(hào)65Nb、7Cr7Mo2V2Si（代號(hào)LD、5Cr4Mo3SiMnVAL(代號(hào)012AL)等。強(qiáng)度和韌性差.用作模具的硬質(zhì)合金是鎢鈷類,對(duì)沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用含鈷量較低的硬質(zhì)合金。對(duì)沖擊性大的模具，可選用含鈷量較高的硬質(zhì)合金.鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如鉻、鉬、鎢、釩等)做粘合劑,以碳化鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相,用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的基體是鋼,克服了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點(diǎn)，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物,雖然硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金,但仍高于其它鋼種,經(jīng)淬火、回火后硬度可達(dá)68～73HRC。沖壓模具材料的選用及熱處理要求沖裁模具材料的選用及熱處理要求選用沖裁模具材料應(yīng)考慮工件生產(chǎn)的批量,若批量不大就沒有必要選擇高壽命的模具材料；還應(yīng)考慮被沖工件的材質(zhì)，不同材質(zhì)適用的模具材料亦有所不同。對(duì)于沖裁模具,耐磨性是決定模具壽命的重要因素，鋼材的耐磨性取決于碳化物等硬質(zhì)點(diǎn)相的狀況和基體的硬度，兩者的硬度越高，碳化物的數(shù)量越多，則耐磨性越好.常用沖壓模具鋼材耐磨性的劣優(yōu)依次為碳素工具鋼—合金工具鋼—基體鋼—高碳高鉻鋼-高速鋼—鋼結(jié)硬質(zhì)合金—硬質(zhì)合金。此外還必須考慮工件的厚度、形狀、尺寸大小、精度要求等因素對(duì)模具材料選擇的影響。傳統(tǒng)模具用鋼 長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)薄板沖裁模用鋼為T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12Cr12MoV等。其中T10A為碳素工具鋼，有一定強(qiáng)度和韌性。但耐磨性不高，淬火容易變形及開裂,淬透性差,只適用于工件形狀簡(jiǎn)單、尺寸小、數(shù)量少的沖裁模具.T10A碳素工具鋼的熱處理工藝為：760~810℃水或油淬,160～180℃回火，硬度59～62HRC.CrWMn9Mn2V是高碳低合金鋼種，淬火操作簡(jiǎn)便，淬透性優(yōu)于碳素工具鋼，變形易控制。CrWMn淬火溫度820~840℃油冷，回火溫度200℃，硬度60~62HRC9Mn2V鋼的熱處理工藝為：淬火溫度780～820℃油冷，回火溫度150~200℃，空冷,硬度60~62HRC。注意回火溫度在200~300℃范圍有回火脆性和顯著體積膨脹,應(yīng)予避開.Cr12Cr12MoV為高碳高鉻鋼的模具,如硅鋼片偏析刃或斷裂.其中,Cr12含碳量較高,碳化物分布不均比Cr12MoV嚴(yán)重，脆性更大一些。Cr12型鋼（Cr12為950～980150～200Cr12MoV為1020～1050℃180～200℃回火Cr121000～1100480～500Cr12MoV為1110～1140500～520℃回火）.高鉻鋼在275~375℃區(qū)域有回火脆性，應(yīng)予避免。常用模具新鋼種為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)模具鋼種性能的不足，國(guó)內(nèi)開發(fā)或引進(jìn)了以下性能較好的沖壓模具用鋼：（1）Cr12Mo1V1（代號(hào)D2鋼為仿美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的D2Cr12型鋼.由于D2MoVD2（抗彎強(qiáng)度撓度比Cr12MoVCr12MoV冷處理D2鋼制作的沖裁模具壽命要高于Cr12MoVD2Cr12MoV機(jī)械加工性能和熱處理工藝與Cr12鋼相似.2）Cr6WVCr12型鋼，碳化物的分布狀態(tài)較Cr12MoV機(jī)械加工性能較好?？箯潖?qiáng)度、沖擊韌度優(yōu)于Cr12MoV,只是耐磨性略低于Cr12型鋼。用于承受較大沖擊力的高硬度、高耐磨板料Cr12型鋼.鋼的常用熱處理工藝為：淬火溫度9701～000℃,一般可熱油或160210～度58~62HRC。（3）Cr4W2MoVCr12Cr12MoV，適于制作形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的沖壓模具，可用于片沖裁模。Cr4W2MoV60~62HRC高溫回火工藝：淬火溫度1020~1040℃，回火溫度500～540℃，硬度60～62HRC.（4）7CrSiMnMoV(代號(hào)CH-1)鋼為空淬微變形低合金鋼（800～1000℃（達(dá)60HRC以上）,強(qiáng)度和韌性較高，崩刃后能補(bǔ)焊?？纱鍯rWMn、Cr12MoVCH—1900~920190~2001~358~62HRC。（5)6CrNiSiMnMoV(代號(hào)GD）鋼為高韌性低合金鋼,淬透性好，空淬變形小，耐磨性較高。其強(qiáng)韌性顯著高于CrWMn和Cr12MoV鋼，不易崩刃或斷裂。尤其適用于細(xì)長(zhǎng)、薄片狀凸模及大型、形狀復(fù)雜、薄壁凸凹模.GD鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度870～930900℃最佳，鹽浴45s/mm或空冷、風(fēng)冷，175~230℃回火2小時(shí),硬度58～62HRC。由于空冷即可淬硬，也可采用火焰加熱淬火.（6）9Cr6W3Mo2V2(代號(hào)GM）鋼為高耐磨高強(qiáng)韌合金鋼Cr12壓力機(jī)沖壓下的多工位級(jí)進(jìn)模具,是較理想的耐磨、精密沖壓模具用鋼。GM鋼的熱處理工藝：淬火溫度1080~1120℃，硬度64~66HRC.回火溫度540~560℃,回火二次.（7）Cr8MoWV3Si(代號(hào)ER5)鋼屬高耐磨高強(qiáng)韌合金鋼，具有較好的電火花加工性能，強(qiáng)度、韌性、耐磨性都優(yōu)于Cr12型鋼,適用于大型精密沖壓模具。用于硅鋼片沖裁模,一次刃磨壽命為21萬次,總壽命高達(dá)360萬次,是目前合金鋼沖模沖裁硅鋼片的較高壽命水平.ER5鋼的推薦熱處理工藝：對(duì)高耐磨性、高強(qiáng)韌性的模具，采用1150℃淬火，520~530℃回火3次；對(duì)重載服役條件下的模具,采用1120～1130℃淬火，550℃回火3次。3、硬質(zhì)合金及鋼結(jié)硬質(zhì)合金當(dāng)工件的批量極大時(shí)，可以考慮選用硬度和耐磨性比各類模具鋼種更高的硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金。用作模具材料的硬質(zhì)合金為鎢鈷類，隨著含鈷量的增加,韌性及抗彎強(qiáng)度提高而硬度YG10X或YG20.硬質(zhì)合金的缺點(diǎn)為韌性較差、難以加工，作為模具的機(jī)械加工和DT、GT35、TLMW50GW50等。4、厚板沖裁模具材料應(yīng)具有高的耐磨性和強(qiáng)韌性。傳統(tǒng)模具用鋼傳統(tǒng)的重載沖裁模具鋼種主要有T8A、Cr12MoV、W18Cr4VW6Mo5Cr4V2其中T8AT10A只能用于工件批量較小的中厚沖裁模。T8A790～820℃水或油淬，160~180℃回火，硬度58~61HRC.W18Cr4VW6Mo5Cr4V2抗壓強(qiáng)度W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,Cr12MoV鋼做凹模。W18Cr4V1220~1250550～5703W6Mo5Cr4V2鋼的推薦熱處理工藝：1160~1200℃淬火：550～570℃回火3次。5。常用模具新鋼種為了克服高速工具鋼的缺點(diǎn),提高使用壽命,重載沖裁模具可選用降碳降釩高速鋼6W6Mo5Cr4V(6W6）和以高速鋼成分為基礎(chǔ)，添加少量的其它元素構(gòu)成的高強(qiáng)韌性模具鋼—基體鋼，如65Nb鋼、LD鋼、012AL鋼、CG-2鋼等等。（1）6W6Mo5Cr4V（6W6）沖擊韌性W6Mo5Cr4V2（2）6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)鋼65Nb鋼取自W6Mo5CrV20.65%，故名65Nb。各合金元鋼中相似，另加入3%的Nb可形成高穩(wěn)定性的碳化物NbC,能有效阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，改善鋼的力學(xué)性能Cr12MoV、W18Cr4V鋼，用于重載沖裁模和冷擠壓模、冷鐓模。65Nb鋼鍛造和退火工藝性能良好,熱處理溫度范圍寬，淬火溫度可以在1080~1180℃，回火溫度在520～600℃之間選擇.當(dāng)采用比W6Mo5CrV2鋼正常淬火溫度低的溫度淬火后其組織在碳含量較低的馬氏體基體上均勻分布有細(xì)粒狀未溶碳化物通過熱處理參數(shù)的調(diào)整可以得不同的強(qiáng)度、韌性、耐磨性配合，以適合不同模具的性能要求 .65Nb鋼的熱處理工藝：1080~1180℃鹽浴爐加熱(15~20s/mm）油淬，520~560℃回火2次，硬度57～63HRC。（3）7Cr7Mo2V2Si(LD）LD65Nb65Nb因而適于制造各種重載模具。LD鋼的推薦熱處理工藝：850℃預(yù)熱，1100~1150℃淬火；油冷后530~5702～3次，每次1～2小時(shí)，硬度57~63HRC.（4）5Cr4Mo3SiMnVAL（012AL）012AL鋼中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為03~07％是為了細(xì)化晶粒,提高鋼的沖擊韌性和熱加工塑性，加Si則為了強(qiáng)化基體。012AL撓度高于W18Cr4V中厚板012AL1090～1120℃鹽浴30s/mm510℃回火260~62HRC。（5）6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2）CG-2鋼在成分中加NiMo減少WCG—2CG21100～1140℃加熱（20s/mm540℃回火次，每次2小時(shí)，空冷，硬度60~62HRC。二.拉深模具材料的選用及熱處理要求由于拉深模具的失效主要為粘附磨損和磨粒磨損,并以粘附磨損為主.因此選用的模具材料必須具有較高的耐磨性和抗粘附性能，以及足夠的強(qiáng)度。按被拉深材料考慮適用的拉深模材料可以參考表11—1。選用時(shí)還應(yīng)考慮被拉深材料的板料厚度、拉深件的尺寸形狀以及生產(chǎn)批量的大小等因素.（一）輕載拉深（拉深薄鋼板和銅、鋁合金）時(shí)的模具材料T8T10中小型件,選用CrWMn、9Mn2V.中批量生產(chǎn)或生產(chǎn)批量較大時(shí)，選用Cr12MoV時(shí)，選用硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金。（二）重載拉深(拉深厚鋼板、反拉深、變薄拉深)時(shí)的模具材料生產(chǎn)批量較小時(shí),可選用T10CrWMnCr12MoV以及GMGM鋼的強(qiáng)度和韌性高于高速鋼、Cr12MoV；抗粘附磨損和磨粒磨損能力明顯優(yōu)于基體鋼和Cr12MoV（三）拉深不銹鋼、高鎳合金鋼、耐熱鋼板的模具材料拉毛鋁青銅鋁青銅T10A鍍硬鉻鍍硬鉻選用鋁青銅、Cr12MoV、Cr12Mo1V1（表面滲氮。生產(chǎn)批量很大時(shí)，選用硬質(zhì)合金.(四）大型拉深件、汽車覆蓋件的拉深模具材料可以選用合金鑄鐵或高強(qiáng)度球墨鑄鐵。球墨鑄鐵能夠浸入潤(rùn)滑油,組織中的石墨具有自潤(rùn)滑作用，能有效地減輕拉深中的摩擦，而且成本較低、容易加工。高強(qiáng)度球墨鑄鐵可以采用雙介質(zhì)延遲冷卻馬氏體55~58HRC。先將模具緩慢預(yù)熱后再加熱至880～900550℃左右即轉(zhuǎn)入油冷,當(dāng)模溫降至250℃左右，放入180~200℃的熱油中等溫保持2～3小時(shí)，再將油溫降至170℃左右等溫5~7小時(shí),最后轉(zhuǎn)入空冷.Cr12MoVCr12MoV鋼有高淬透性，截面為300~400㎜以下者可以完全淬透，在300～400℃時(shí)仍可保持良好硬度和耐磨性，韌性較Cr12鋼高，淬火時(shí)體積變化最小?？捎脕碇圃鞌嗝孑^大、形狀復(fù)雜、經(jīng)受較大沖擊負(fù)荷的各種模具和工具。例如,形狀復(fù)雜的沖孔凹模、復(fù)雜模具上的鑲塊、鋼板深拉深模、拉絲模、螺紋挫絲板、冷擠壓模、冷切剪刀、圓鋸、標(biāo)準(zhǔn)刀具、量具等。簡(jiǎn)介特性合金工具鋼:Cr12MoV[1］標(biāo)準(zhǔn)：GB/T1299-2000適用范圍冷作模具鋼Cr12形狀復(fù)雜、工作條件繁重下的各種冷沖模具和工具，如沖孔凹模、切邊模、滾邊模、鋼板深拉伸模、圓鋸、標(biāo)準(zhǔn)工具和量規(guī)、螺紋滾模等。對(duì)應(yīng)牌號(hào)GBcr12movcNSSKD11DlN1.26o1DINx165CrM0v12JissKD11KssTD11UN1x165CrM0W12KUSS2310、西班UNEX160CrM0V12AISi/sAED3roCTx12M。物理性能Cr12MoV是國(guó)標(biāo)的說法，德標(biāo)叫做:X165CrMoV12 化學(xué)成份：碳C:1.45～1.70硅Si：≤0.40錳Mn：≤0。40硫S：≤0.030磷P:≤0。030鉻Cr：11。00～12。50鎳Ni：允許殘余含量≤0.25銅Cu：允許殘余含量≤0.30釩V:0.15～0.30鉬Mo：0.40～0.60力學(xué)性能:硬度：退火，255～207HB,3。8~4。2mm;淬火Cr12MoVCr12MoV淬透性、淬火回火后的硬度、強(qiáng)度、韌性比CR12300～400mm高溫塑性較差.Cr12MoV負(fù)荷較重的合種模具和工具。如沖孔凹模、切邊模、滾邊模、鋼板等。熱處理規(guī)范熱處理規(guī)范：1。淬火,950～1000℃油冷;21020℃,200℃2h金相組織：細(xì)粒狀珠光體+碳化物.交貨狀態(tài)：鋼材以退火狀態(tài)交貨.普通等溫球化退火規(guī)范850~870℃×3～4h,740～760℃×4～5h化物等級(jí)≤3740～76o°C，時(shí)間≥4~5h球化退火規(guī)范(860±1ü）°C×2~4h，以30°C/hx4-6h,500600°C,207～255HBW.深冷處理Crl2MoVCrl2MoVCrl2MoVCrl2MoV310加硬處理80500-600℃2—4850—880℃保溫一定時(shí)間（2，放入油中冷50—100℃200℃48HRC鹽浴滲釩處理Crl2MoVCrl2MoVVC粒細(xì)化,化合物層表現(xiàn)出較高的硬度。Cr12MoV嚴(yán)重影響了鋼的力學(xué)性能與模具的使用壽命。而碳化物的形狀、大小對(duì)鋼的性能也有很大的影響,尤其大塊狀尖角碳化物對(duì)鋼基體的割裂作用比較大，往往成為疲勞斷裂的策源地,為此必須對(duì)原材980～1020℃中間溫度可重?fù)簦员ＷC擊碎碳化物，Cr12MoV鋼未改鍛，采用固溶雙細(xì)化處理［5500800℃左右二級(jí)預(yù)熱，1150℃固溶處理,淬入熱油或等溫淬火,750960棱角圓整化,晶粒細(xì)化?；鼗鸱桨赣猛痉桨赣猛劲簪酡龃斡不?8℃冷處理1115~1130去除應(yīng)力及形成二加次硬化火510~520—去除應(yīng)力及形成二-78℃冷處理加一次-60～6160～6161～6次硬化510～520℃回火，再—78℃冷處理淬火溫度/℃回火淬火加熱溫度/℃介質(zhì)硬度HBW介質(zhì)HRC消除應(yīng)力Ⅰ去除應(yīng)力,降低硬150~170油或硝鹽61～63Ⅱ1020~1040度 200~275—57～59Ⅲ去除應(yīng)力，降低硬400~425-55～57度去除應(yīng)力及形成二510~520℃多次回火方案第一次第二次預(yù)方案第一次第二次預(yù)淬火溫度/℃預(yù)熱/℃熱/℃冷卻硬度（HRC）介質(zhì)介質(zhì)溫在介質(zhì)中隨后度/℃冷卻Ⅰ950～1000ⅡⅢ 550Ⅳ 660Ⅴ1020~1040～840~8601020～10401115~11301115～1130油油熔融硝鹽油熔融硝鹽20~6020~60400550至室溫至油溫空冷～510min～空冷20～60400~450至油溫空冷510min～空冷58～6262~6362~6342~5042~50雜受沖擊負(fù)荷的模具等；2.方案Ⅳ、Ⅴ用于要求獲得紅硬性及耐磨性的工件，但力學(xué)性能較差，尺寸變形較大,如450℃以下工作的熱沖模等；3。這種鋼對(duì)脫碳很敏感,預(yù)熱和加熱用的鹽浴必須經(jīng)過充分的脫氧后再使用;若在普通電爐中加熱可將工件裝入箱內(nèi)，填充以滲碳劑或生鐵粉（HRC1~22—3—1淬火狀態(tài)的組織比例淬火方案淬火方案Ⅰ、Ⅱ冷卻油、硝鹽碳化物/%12馬氏體/％73～68奧氏體/％20～23對(duì)應(yīng)牌號(hào)國(guó)標(biāo)：cr12mov臺(tái)標(biāo)：skd11德標(biāo)：1。