常見模具材料及熱處理

常見模具材料及熱處理StampingToolManufactureDivisionOfNWE常見模具材料及熱處理常見模具材料常見模具材料及熱處理7.SKD618.A3鋼9.鎢鋼10.45鋼等

1.SS41(JIS)2.SKD11(JIS)3.YK30(SK3)4.SKH-9(JIS)5.PD206.DC53(JIS)常用的模具材料如下﹕SS41

SS41(JIS)為日本鋼材牌號,相當於中國的A3鋼.屬於低碳機械構造用鋼.該鋼材含碳量為0.30%,不能進行熱處理,硬度不高;塑性較好,強度較低,機械加工性能好,可以滿足模具中非成形模板性能要求.該鋼材適用於模具結構中的打背板,上托板,下托板,上墊腳,下墊腳,上模座,下模座,墊板和夾板等受力不大的模板和零件.

SKD11

SKD11(JIS)該鋼材冷作模具合金工具鋼.相當於中國的Cr12MoV,是一種高C,高Cr型合金鋼.各元素含量為1.45%~1.70%C,11.00~12.50%Cr,0.40~0.60%Mo,0.15~0.30%V.高碳保証獲得過飽和的馬氏體(該組織很硬),以確保高硬度,高耐磨性和一定的熱硬性(鋼材在高溫如500攝氏度仍能保証足夠的硬度).鉻可以極大地增加鋼的耐磨性能,同時還大大改善了鋼的淬透性(鋼材淬火後能獲得外部較硬,心部較軟的現(xiàn)象稱為淬透性.淬硬的越多表明淬透性越好).鉬釩不僅增加回火的穩(wěn)定性,尚可細化晶粒,改善碳化物不均勻性,從而提高鋼的強度和韌性.其正常工作時地硬度為HRC58~64.

適用於受力較大的模具成形模板.如上打板(通常熱處理HRC52)和下模板(通常熱處理HRC58).

YK30(SK3)該鋼材為日本牌號,含碳量較高,屬於碳素工具鋼.YK30是SK-3的改良鋼種,具有較SK-3更佳的強韌性和硬化能,同時還有易加工性能,且具有一般高碳鋼的高硬度和高耐磨性.各元素含量為:1.00~1.10%C,0.8~1.10%Mn,0.2~0.6%Cr.

熱處理後硬度為HRC50,用於局部受力較大的模板(采用一般的鋼板會產(chǎn)生較大的變形),如模具的上下墊板,夾板,打板等.YK30(SK3)SKH-9(JIS)為合金工具鋼,相當於中國的W6Cr4Mo5V2合金工具鋼.由於含有鎢元素,使其具有熱硬性,同時提高了鋼的回火(熱處理的一種,常為減少或消除內(nèi)應力)穩(wěn)定性.釩與碳形成碳化物硬度高達HRC83.因此,該鋼材硬度較高,熱處理後硬度可達到HRC65.但脆性大,塑性差,不易進行切削加工.適用與作直徑小於3.0的沖子材料.SKH-9(JIS)熱處理基本知識1金屬結構及合金化

兩種或兩種以上元素相互作用時形成合金,合金中組元原子相互作用的情形可能有:固溶體:異類原子能以不同的比例混合,形成與某一組元相同的晶體結構,如置換式,間隙式化合物:異類原子能以固定的比例混合,形成與組金屬材料強化途徑

A固溶強化:合金元素固溶到基體金屬中形成固溶體時,合金的強度及硬度一般會得到提高,基體塑性則不降低.少量多元B

沉淀強化:過飽和固溶體分解析出彌散相,引起合金強化:金屬材料在在再結晶溫溫度以下的的變形,會會引起強度度升高,而而塑性降低低.C冷變形強化化D第二相相強強化:超過極限溶溶解度的部部分形成過過剩的第二二相,其強強化效果與與過剩相性性能的本身身有關;還還與其形態(tài)態(tài)/大小/數(shù)量及分分布關(彌彌散強化).基體相晶粒粒細化及過過剩相晶粒粒細化,晶晶粒越細,單位體積積內(nèi)的晶界界面積越大大,對位錯錯運動的阻阻力越大,因而強度度及塑韌性性越高.主主要手段有有;變質(zhì)處理變形及再結結晶壓鑄鑄加難熔質(zhì)點點作為非自自發(fā)晶核等等E細晶強化:3金屬材材料之熱處處理工藝消除殘余內(nèi)內(nèi)應力/成成份不均勻勻/組織不不穩(wěn)定等缺陷退火對於第二相相在基體相相中的固溶溶度隨溫度度降低而顯顯著減小的的合金,將將其加熱至至能全部溶溶入固溶體體的溫度,保持一定定時間后,以快於第第二相自固固溶體中析析出速度冷冷卻,獲得得過飽和固固溶體的過過程.固溶處理過飽和固溶溶體處于不不平衡狀態(tài)態(tài),因而有有發(fā)生分解解和析出過過剩溶質(zhì)原原子(呈第第二相形式式析出)的的自發(fā)趨勢勢,使合金金的強度/硬度升高高,但塑性性及抗蝕性性下降.C時效常見模模具材材料及及熱處處理改善鋼鋼的性性能,通常常采用用兩個個途徑徑:1.調(diào)調(diào)整鋼鋼的化化學成成分,加入入合金金元素素(如如鎂,鉬,鎳等等),即合合金化化;2.實實施鋼鋼材的的熱處處理.熱處理理是通通過加加熱,保溫溫,冷冷卻之之操作作方法法,使使鋼的的組織織結構構發(fā)生生變化化,以以獲得得所需需要的的性能能之加加工工工藝.常見模模具材材料及及熱處處理鋼的熱熱處理理根據(jù)據(jù)加熱熱和冷冷卻方方法不不同,大致致分為為:1.普普通熱熱處理理(通常常稱為為四把把火即即退火火,正正火,淬火火,回回火.也是是最常常用的的熱處處理方方法)2.表表面熱熱處理理(如表表面淬淬火和和化學學熱處處理等等).在日常常機械械加工工過程程中,時常常需要要進行行熱理理.熱熱處理理可以以是機機械加加工過過程的的中間間環(huán)節(jié)節(jié),也也可以以是使使機械械零件件達到到規(guī)定定技術術要求求的最最終工工序.退火所謂退退火，，就是是將金金屬或或合金金加熱熱到適適當溫溫度，，保溫溫一定定時間間，然然後後隨爐爐緩慢慢冷卻卻的熱熱處理理工藝藝，其其實質(zhì)質(zhì)是將將鋼加加熱奧奧氏體體化后后進行行珠光光體轉轉變。。退火方方法:常用的的退火火方法法有完完全退退火(重結結晶退退火)、球球化退退火、、去應應力退退火、、再結結晶退退火、、擴散散退火火和等等溫退退火等等幾種種。球化退退火:使鋼鋼中碳碳化物物球狀狀化而而進行行的退退火工工常用的的球化化退火火有普普通通球化化退火火和等等溫球球化退退火兩兩種，，工藝藝主要要用於於模具具、量量具和和刃具具鋼等等。所謂正正火就就是將將鋼材材或鋼鋼件加加熱到到合適適的溫溫度，，保溫溫適當當時間間后后，在在靜止止的空空氣中中冷卻卻的熱熱處理理工藝藝。2.正正火之之主要要應用用:(1).對對於一一些含含碳量量較高高的鋼鋼材,改善善其組組織結結構,為以以後熱熱處理理(如如:球球墨化化處理理)作作準備備.(2).對對含含C量<0.4%的的中、、低碳碳鋼可可用正正火代代替退退火作作預先先熱處處理,獲得得合適適的硬硬度,便於於切削削加工工;(3).含含C量在0.4~0.7%的的不太太重要要的工工件可可在正正火狀狀態(tài)下下使用用，即即作作為最最終熱熱處理理。正火退火與與正火火退火與與正火火之目目的1.軟軟化鋼鋼材以以便切切削加加工;2.消消除殘殘余應應力,防止止工件件變形形,開開裂;3.細細化晶晶粒,改善善組織織結構構,提提高鋼鋼的機機械性性能;4.為為最終終熱處處理作作準備備退火與與正火火之區(qū)區(qū)別1.加加熱溫溫度不不同,一般般正火火加熱熱溫度度高於於退火火加熱熱溫度度2.正火與與退火最明明顯不同在在於正火冷冷卻速度稍稍快.淬火將工件加熱熱一定溫度度後,保溫溫一段時間間後,取出出工件使其其快速冷卻卻的操作方方法.淬火之目的的一般都是為為獲得馬氏氏體(一種種非常硬的的晶體結構構),提高高工件的機機械性能,如硬度和和耐磨性.淬火介質(zhì)1.油(礦礦物油)如如10號機機油2.水3.鹽水4.鹼浴所謂回火就就是鋼件淬淬硬后，再再加熱到稍稍低於淬火火溫度，保保溫一定時時間，然後後冷卻到室室溫的熱處處理工藝。。回火目的：：(1)合理理地調(diào)整力力學性能，，使工件滿滿足使用要要求；(2)穩(wěn)定定組織，使使工件在使使用過程中中不發(fā)生組組織轉變，，從而保證工件件的尺寸、、形狀不變變；(3)降低低或消除淬淬火內(nèi)應力力，以減少少工件的變變形並防止止開裂。3.回火分分類(按照加熱溫溫度的不同同)(1)低溫溫回火(回回火溫度在在250℃℃以下);(2)中溫溫回火(回回火溫度在在350℃℃~500℃);(3)高溫溫回火回火火溫度在500℃~650℃.回火深冷處理深冷處理就就是鋼件淬淬火冷卻到到室溫后，，繼續(xù)在００℃以下的的介質(zhì)中冷冷卻的熱熱處理工藝藝，也稱為為冷處理，，是淬火過過程的繼續(xù)續(xù)。深冷處理目目的：為了最大限限度的減少少殘余奧氏體體(常溫下下不穩(wěn)定組組織，容易易引起尺吋吋變吋等)，以進一步步提高工件件淬火后的的硬度和防防止在使用用過程中因因殘余奧氏體的分解解而引起的的變形，同同時強度、、硬度和耐耐磨性都可可得到不同同程度的提高。。

材質(zhì)模具失效鋼內(nèi)疏鬆化學成份偏析帶狀組織鋼的鈍靜度差帶狀(網(wǎng)狀)碳化物球化退火質(zhì)量不好熱處理回火次數(shù)不當硬度不當淬火溫度不當加熱速度不當冷卻速度不當保溫時間不當爐內(nèi)氣份不當機械加工表面粗造度差連結角半徑過小磨削損傷電加工質(zhì)量差加工應力未除去尺寸精度差設計材料纖維取向不合理硬度不合理選材不當配合精度不當有尖角連結角半徑過小厚薄壁差大操作模具預熱溫度不當終鍛溫度偏低冷卻條件不當壓鑄溫度不當(熱鍛溫度)潤滑條件差去應力次數(shù)少設備狀況不好模具安裝不當模具零件失失效原因分分析模具失效特特征一、冷作模模具失效特特征:斷裂失效/磨損失失效/疲勞勞失效/塑塑性變形。。二、熱作模模具失效特特征:1.熱磨磨損:主要是模具具與被加工工的紅熱金金屬坯料之之間的摩擦擦得不到潤潤滑，被紅紅熱的金屬屬坯料氧化化，型腔表表面層被回回火軟化，，而氧化又又加劇了磨磨損,形成成無數(shù)的摩摩擦溝痕。。2.冷熱熱疲勞:占失效模具具總數(shù)的60~70%。冷熱熱疲勞是模模具表面經(jīng)經(jīng)受反復加加熱和冷卻卻所產(chǎn)生的的應力引起起疲勞的結結果。模具失效特特征3.腐蝕蝕:在高溫下受受到流體金金屬的物理理和化學作作用，在壓壓鑄模具表表面產(chǎn)生的的腐蝕--表面平整整，棱角變變鈍，嚴重重影響鑄件件的幾何形形狀、尺寸寸精度和表表面質(zhì)量4.斷裂裂失效:在壓鑄模當當中約占5~10%左右。5.塌陷陷模具在服役役過程中，，模腔型面面變形下塌塌，使加工工零件呎寸寸超差，從從而造成模模具失效。。材質(zhì)錯誤:

(1)造成熱熱處理工藝藝不當，熱熱處理后硬硬度不足;組織過熱熱、過燒致致使工件報報廢;(2)影響響材質(zhì)機械械性能造成成模具過早早失效；材材料品質(zhì)質(zhì)差：<1>材質(zhì)質(zhì)化學成份份與標準不不相符；<2>成成份偏析:嚴重共晶晶碳化物帶帶狀、網(wǎng)狀狀偏析、夾夾雜、液析析等；A材質(zhì)SLD高倍照片，，較完好的的魚骨狀共共晶碳化物物(不合格格)SKH51試樣中部橫橫向金相照照片(不合合格)SKH51共晶碳化物物不均勻度度2級(合合格)SLD共晶碳化物物不均勻度度1.5級級(合格)材質(zhì)不良開開裂案例模板開裂的的主要原因因是材料內(nèi)內(nèi)部碳化物物分布嚴重重不均材質(zhì)質(zhì)不良所致致，而磨削削