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(五)冷作模具鋼

(五)冷作模具鋼1模具鋼材料及熱處理重要性

影響模具使用壽命的因素主要有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、成形及制造工藝、模具材料的選用、熱處理工藝及表面強(qiáng)化、潤(rùn)滑及使用維護(hù)等。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),在模具失效的諸多因素中,由于模具用材和熱處理不當(dāng)而引起的失效約占70%。模具鋼材料及熱處理重要性影響模具使用壽命的因素主要有2

5.1冷作模具的工作條件與性能要求5.1.1冷作模具的工作條件 5.1.2冷作模具的性能要求 5.1.3典型冷作模具材料的性能分析 5.2冷作模具材料的選用

5.3冷作模具的制造工藝路線

5.4冷作模具的熱處理

5.4.1冷作模具鋼的熱處理特點(diǎn)5.4.2典型冷作模具的熱處理5.5冷作模具熱處理實(shí)例

6.5.1硅鋼片冷沖裁模具

5冷作模具材料鋼及其熱處理 5冷作模具材料鋼及其熱處理3

冷作模具材料的正常失效形式主要是磨損、脆斷、彎曲、咬合、塌陷、啃傷、軟化等。要求冷作模具鋼應(yīng)在相應(yīng)的熱處理后,具有高的變形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞、不咬合等能力。

冷作模具材料的正常失效形式主要是磨損、脆斷、彎曲、咬合、45.1冷作模具材料的工作條件與性能要求5.1.1冷作模具材料的工作條件

1.沖裁模2.拉深模3.擠壓模4.冷鐓模5.1.2冷作模具材料的性能要求2.工藝性能要求

(1)可鍛性

(2)可切削性

(3)可磨削性

(4)熱處理工藝性

1.使用性能要求

(1)耐磨性

(2)韌性

(3)強(qiáng)度

(4)抗疲勞性(5)抗咬合性

5.1冷作模具材料的工作條件與性能要求5.1.1冷作模具55.1.3典型冷作模具材料的性能分析

1.碳素工具鋼

(1)化學(xué)成分;(2)力學(xué)性能;(3)工藝性能;(4)使用范圍。

(2)力學(xué)性能

如圖5-1所示,碳素工具鋼隨回火溫度升高而硬度降低,但下降趨勢(shì)與碳含量有關(guān),碳含量越高,鋼中析出的碳化物顆粒越多,阻止了硬度的下降,因而碳含量高的鋼回火時(shí)硬度降低程度比碳含量低的鋼小。圖5-1T10鋼的硬度、殘余奧氏體量與回火溫度的關(guān)系(780℃淬火、水冷、回火保溫1h)5.1.3典型冷作模具材料的性能分析1.碳素工具鋼6圖5-2T10鋼的淬火溫度對(duì)強(qiáng)韌性的影響

圖5-3T10鋼的淬火溫度對(duì)淬透性的影響

提高淬火溫度,淬火馬氏體變粗,鋼的強(qiáng)韌性下降,如圖5-2所示。但適當(dāng)提高淬火溫度,可提高碳素工具鋼的淬透性,增加硬化層深度,提高模具的承載能力,如圖5-3所示。所以,對(duì)于容易淬透的小型模具,可采用較低的淬火溫(760~780℃);對(duì)于大、中型模具,應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫(800~850℃)或采用高溫快速加熱工藝。

圖5-2T10鋼的淬火溫度對(duì)強(qiáng)韌性的影響圖5-3T7

碳素工具鋼的硬度隨回火溫度的升高而下降,在低溫區(qū)(150~200℃)回火,硬度下降不多,當(dāng)回火溫度超過(guò)200℃時(shí),硬度才明顯下降,如圖5-1所示。碳素工具鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系,如圖5-4所示,當(dāng)回火溫度為220~250℃時(shí)抗彎強(qiáng)度達(dá)到極大值,可是碳素工具鋼在200~250℃回火時(shí),會(huì)產(chǎn)生回火脆性,導(dǎo)致韌性下降,因此韌性要求較高的碳素工具鋼應(yīng)避免在此溫度回火。而承受彎曲及抗壓載荷的碳素工具鋼仍可采用220~280℃回火,以獲得高抗彎強(qiáng)度,提高模具的使用壽命。

圖5-4T12鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系

(淬火溫度:780℃)

碳素工具鋼的硬度隨回火溫度的升高而下降,在低溫區(qū)(18(3)工藝性能

①鍛造性能:②預(yù)先熱處理:③淬火及回火:

(4)使用范圍

碳素工具鋼生產(chǎn)成本低,易于冷、熱加工,在退火狀態(tài)下硬度較低,通過(guò)熱處理后可以獲得較高的硬度,具有一定的耐磨性。但淬透性差,淬火變形大,耐磨性不高。因此,碳素工具鋼適于制造尺寸較小、形狀簡(jiǎn)單、負(fù)荷較輕、生產(chǎn)批量不大的冷作模具。

(3)工藝性能92.高碳低合金鋼(CrWMn鋼)

(1)化學(xué)成分CrWMn鋼的臨界點(diǎn):Ac1≈750℃,Accm≈940℃,Ar1≈710℃,Ms≈255℃。(2)力學(xué)性能CrWMn鋼具有高淬透性,由于鎢形成碳化物,所以這種鋼在淬火及低溫回火后具有比鉻鋼和9SiCr鋼更多的過(guò)剩碳化物和更高的硬度及耐磨性,如圖5-5~圖5-7所示。

圖5-5CrWMn鋼力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系圖5-6CrWMn鋼硬度與淬火溫度的關(guān)系圖5-7CrWMn鋼硬度與回火溫度的關(guān)系2.高碳低合金鋼(CrWMn鋼)(1)化學(xué)成分圖5-10(3)工藝性能

①鍛造工藝CrWMn鋼具有良好的鍛造性能。②退火工藝:CrWMn鋼鍛后需進(jìn)行等溫球化退火,退火溫度為790~830℃,等溫溫度為700~720℃,退火后的組織比較均勻,退火后硬度為207~255HBS。③淬透性:CrWMn鋼淬透性較好,淬火變形小。在油中的臨界淬透直徑為30~50mm。直徑40~50mm的鋼件在低于200℃的硝鹽浴中冷卻即可淬透。(4)使用范圍

CrWMn鋼具有較好的淬透性,淬火變形小,耐磨性、熱硬性、強(qiáng)韌性均優(yōu)于碳素工具鋼,是使用較為廣泛的冷作模具鋼。主要用于制造要求變形小,形狀較復(fù)雜的輕載沖裁模(料厚<2mm),輕載拉深、彎曲、翻邊模等。

(3)工藝性能11

3.高耐磨冷作模具鋼(Cr12型高碳高鉻鋼)

(1)化學(xué)成分;(2)力學(xué)性能;(3)工藝性能;(4)使用范圍。(2)力學(xué)性能

圖5-8淬火溫度對(duì)Cr12MoV鋼的圖5-9淬火溫度對(duì)Cr12MoV鋼的硬度、晶粒度和殘余奧氏體的影響

抗彎強(qiáng)度、沖擊韌度的影響

3.高耐磨冷作模具鋼(Cr12型高碳高鉻鋼)圖5-812Cr12型鋼在淬火加熱時(shí)碳化物大量溶于奧氏體中,淬火后得到高硬度的馬氏體。回火時(shí)自馬氏體中析出大量彌散分布的碳化物,其硬度很高,因而提高了鋼的耐磨性。如圖5-10所示,Cr12MoV鋼經(jīng)1020℃淬火,520℃回火時(shí)出現(xiàn)明顯的二次硬化,而且淬火溫度愈高,這種效應(yīng)愈顯著。在200℃左右回火時(shí),其抗彎、抗壓強(qiáng)度最高;在400℃左右回火,斷裂韌度最高。

圖5-10回火溫度對(duì)Cr12MoV鋼硬度的影響

Cr12型鋼在淬火加熱時(shí)碳化物大量溶于奧氏體中,淬火13

(3)工藝性能

①鍛造工藝:由于Cr12型鋼屬于高碳高合金鋼,其導(dǎo)熱性能差,塑性低,變形抗力大,鍛造溫度范圍窄,組織缺陷嚴(yán)重,所以其鍛造性能差。

②退火工藝:Cr12型鋼一般采用等溫球化退火工藝,加熱溫度為850~870℃,保溫2~4h,等溫溫度為740~760℃,保溫4~6h,退火組織為索氏體+合金碳化物。退火后硬度為207~255HBS。③淬透性:Cr12型鋼Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)約12%,所以具有高淬透性。截面尺寸為300~400mm以下的模具在油中完全可以淬透,控制淬火溫度可以調(diào)節(jié)殘余奧氏體量,實(shí)現(xiàn)微變形淬火。

(3)工藝性能144.冷作模具用高速鋼(W6Mo5Cr4V2鋼)

(1)化學(xué)成分;(2)力學(xué)性能;(3)工藝性能;(4)使用范圍。

①鍛造工藝:

②退火工藝:●鍛后退火:加熱溫度為840~860℃,保溫2~4h,緩慢冷卻到500℃以下出爐空冷或爐冷到室溫,硬度≤285HBS?!皴懞蟮葴赝嘶?加熱溫度為840~860℃,保溫2~4h;爐冷至740~760℃,保溫4~6h,爐冷到500℃以下出爐空冷,硬度≤255HBS。③淬火工藝:W6Mo5Cr4V2鋼的淬火工藝見(jiàn)表6-13。

④回火工藝:

高速鋼必須經(jīng)過(guò)三次以上的回火,其原因主要是前次回火冷卻過(guò)程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成“淬火”馬氏體,必須經(jīng)再次回火才能消除前次回火時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力,經(jīng)三次回火后殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)才降到2%~3%,硬度達(dá)到64HRC以上。

4.冷作模具用高速鋼(W6Mo5Cr4V2鋼)①鍛155.2冷作模具材料的選用

1.沖裁模模具材料的選用

(1)薄板沖裁模具用鋼:薄板沖裁模國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期以來(lái)主要用材有T10A,CrWMn,9Mn2V,Cr12及Cr12MoV鋼等。(2)厚板沖裁模具用鋼:一般批量較小時(shí),可選T8A鋼,用T8A鋼制作模具壽命不高。對(duì)于批量較大的厚板沖裁??蛇x用W18Cr4V鋼或W6Mo5Cr4V2鋼制作凸模,用Cr12MoV鋼制作凹模。2.拉深模模具材料的選用

對(duì)于小批量生產(chǎn),可選用表面淬火鋼或鑄鐵;對(duì)于輕載拉深模,宜選用碳素鋼T10A鋼,高碳低合金鋼9Mn2V,CrWMn,GD鋼,基體鋼(65Nb鋼)等;對(duì)于重載拉深模,可選用高耐磨冷作模具鋼Cr12,Cr12MoV,Cr12Mo1V1,Cr5Mo1V,GM鋼等。

5.2冷作模具材料的選用1.沖裁模模具材料的選用16

3.擠壓模模具材料的選用

傳統(tǒng)的冷擠壓模模具材料有碳素工具鋼T10A鋼,高碳低合金鋼CrWMn,60Si2Mn鋼,高耐磨冷作模具鋼Cr12,Cr12MoV鋼,冷作模具用高速鋼W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2鋼等。

4.冷鐓模模具材料的選用

凸模必須承受強(qiáng)烈的沖擊力,對(duì)模具壽命要求不高或輕載的冷鐓模

凸模――可采9SiCr,T10A,Cr12MoV,GCr15,60Si2Mn鋼制造;

凹模――可采用T10A,Cr12MoV,GCr15鋼制造;對(duì)于重載、高壽命冷鐓模,應(yīng)采用高強(qiáng)韌性、高耐磨性新型模具鋼,如012Al,65Nb,LD,LM,18Ni,GM,6W6Mo5Cr4V鋼。

3.擠壓模模具材料的選用175.3冷作模具的制造工藝路線

常用冷作模具的制造工藝路線如下:(1)一般成型冷作模具

鍛造→球化退火→機(jī)械加工成型→淬火與回火→鉗修裝配;(2)成型磨削及電加工冷作模具

鍛造→球化退火→機(jī)械粗加工→淬火與回火→精加工成型(凸模成型磨削,凹模電加工)→鉗修裝配;(3)復(fù)雜冷作模具

鍛造→球化退火→機(jī)械粗加工→高溫回火或調(diào)質(zhì)→機(jī)械加工成型→鉗修裝配。

總之,模具制造工藝路線應(yīng)根據(jù)材質(zhì)及使用性能,選擇合理的熱處理工藝方案,并根據(jù)模具具體情況在工藝路線中合理安排。但這也不是一成不變的,對(duì)于同一材質(zhì)的不同模具,可采用不同的熱處理方法、不同的工藝路線,因而獲得的組織及機(jī)械性能也不相同。在生產(chǎn)中應(yīng)針對(duì)滿足模具的要求適當(dāng)安排,從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

5.3冷作模具的制造工藝路線常用冷作模具的制造工藝路線如185.4冷作模具材料的熱處理5.4.1冷作模具材料的熱處理特點(diǎn)

(1)冷作模具鋼含合金元素量多且品種多,合金化較復(fù)雜。鋼的導(dǎo)熱性差,而奧氏體化溫度又高,因此加熱過(guò)程宜緩慢,多采用預(yù)熱或階梯式升溫方式。(2)為保護(hù)鋼的表面質(zhì)量,加熱介質(zhì)應(yīng)予重視,所以普遍采用控制氣氛爐、真空爐等先進(jìn)加熱設(shè)備和方法,鹽浴加熱應(yīng)充分凈化。(3)在達(dá)到淬火目的的前提下,應(yīng)采用較緩和的冷卻方式,如等溫淬火、分級(jí)淬火、高壓氣淬、空冷淬火等。(4)為了進(jìn)一步強(qiáng)化,應(yīng)采用冷處理、滲氮等表面處理方式。(5)鹽浴處理后應(yīng)及時(shí)清理,并高度重視工序間的防護(hù)工作。(6)冷作模具鋼價(jià)格昂貴,冷作模具工件加工復(fù)雜、周期長(zhǎng)、制造成本高、不宜返修。所以工藝制定和操作應(yīng)十分慎重,以保證生產(chǎn)全過(guò)程的安全。

5.4冷作模具材料的熱處理5.4.1冷作模具材料的熱處195.4.2典型冷作模具材料的熱處理

1.冷沖裁模的熱處理

冷沖裁模的熱處理特點(diǎn)①薄板沖裁模的熱處理特點(diǎn):②厚板沖裁模的熱處理特點(diǎn):厚板沖裁模失效分析表明,崩刃、折斷往往是厚板沖裁模最早出現(xiàn)的失效形式。合理選擇回火工藝,生產(chǎn)中制定熱處理工藝時(shí)可參考如下方法:●高碳鋼低溫、短時(shí)、快速加熱工藝:●等溫淬火工藝:●利用多次相變重結(jié)晶,促使奧氏體晶粒細(xì)化:●細(xì)化碳化物處理:

5.4.2典型冷作模具材料的熱處理1.冷沖裁模的熱20

線切割加工對(duì)模具熱處理的影響:

沖裁模的加工工藝、工作條件、失效形式、性能要求不同,其熱處理特點(diǎn)也不同。對(duì)有線切割加工的模具,線切割工序安排在淬火和回火之后,因?yàn)樗茐牧斯ぜ崽幚砗蟮膽?yīng)力狀態(tài),并在表層產(chǎn)生了600~900MPa的拉應(yīng)力,造成了局部應(yīng)力的疊加,導(dǎo)致在線切割加工過(guò)程中的變形和開(kāi)裂。這種變形和開(kāi)裂既和被切割工件的尺寸有關(guān),又和被切除部分的體積有關(guān)。這是因?yàn)槌叽缭酱?,?nèi)應(yīng)力越大;切去部位越多,造成內(nèi)應(yīng)力的局部疊加的幾率越大,變形和開(kāi)裂的可能性越大。

線切割加工對(duì)模具熱處理的影響:212.冷拉深模的熱處理

(1)冷拉深模的性能要求

在冷拉深時(shí),沖擊力很小,主要要求模具具有高的強(qiáng)度和耐磨性,在工作時(shí)不發(fā)生粘附和劃傷,具有一定韌性及較好的切削加工性能,并要求熱處理時(shí)模具變形小。對(duì)模具用鋼的強(qiáng)度要求可以根據(jù)被拉深材料的強(qiáng)度和板材的厚度來(lái)決定,拉深件批量的大小及形狀也應(yīng)予以考慮。(2)冷拉深模的熱處理特點(diǎn)

制定和實(shí)施熱處理工藝時(shí)主要注意以下幾點(diǎn):①避免模具表面產(chǎn)生氧化、脫碳

②避免模具表面產(chǎn)生硬化接點(diǎn)

③對(duì)被拉深材料進(jìn)行良好的潤(rùn)滑

2.冷拉深模的熱處理(1)冷拉深模的性能要求223.冷擠壓模的熱處理

(1)冷擠壓模模具的性能要求

冷擠壓時(shí),金屬在三向不均勻的壓力下產(chǎn)生塑性變形,這就需要模具不但具有很高的強(qiáng)度和耐磨性,能承受住反復(fù)作用的高壓力而不發(fā)生破壞,而且還應(yīng)該具備抵抗微小塑性變形的能力,才能保證模具在高壓下工作時(shí)不變形。此外,金屬變形過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng),使工件和模具的溫度升高,因此還需要模具具有較高的回火穩(wěn)定性。

(2)冷擠壓模模具的熱處理特點(diǎn)

為了能滿足冷擠壓模具的性能要求,在制定和實(shí)施熱處理工藝時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

①避免材料碳化物偏析

②采用常用工藝的下限溫度淬火

③控制一定的殘余奧氏體量

④采用等溫淬火方法

⑤應(yīng)用表面強(qiáng)化處理

⑥在使用過(guò)程中進(jìn)行低溫去應(yīng)力回火

3.冷擠壓模的熱處理(1)冷擠壓模模具的性能要求234.冷鐓模的熱處理

(1)冷鐓模模具的性能要求

冷鐓壓是指金屬坯料在室溫下受沖擊壓力后高度方向尺寸減少,而垂直于壓力方向的橫截面積尺寸增加的成型方法。要求冷鐓模具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨和足夠的韌性。為保證冷鐓模具有較好的強(qiáng)度和韌性,冷鐓凹模的表層應(yīng)有1.5mm以上的硬化層,硬度為58~62HRC,而心部只需硬度較低、韌性較好的索氏體組織,不能將整個(gè)截面都淬硬。

(2)冷鐓模模具的熱處理特點(diǎn)

為了能滿足冷鐓模的性能要求,冷鐓模的熱處理有如下特點(diǎn):①采用噴水淬火方法

②回火要充分

③采用快速加熱工藝以減少冷鐓模的淬火變形

④采用表面處理4.冷鐓模的熱處理(1)冷鐓模模具的性能要求245.5冷作模具材料熱處理實(shí)例

5.5.1硅鋼片冷沖裁模具用Cr12MoV鋼制作的硅鋼片冷沖裁模具,其設(shè)計(jì)硬度為58~62HRC,正常的使用壽命為每模20萬(wàn)件以上。

1.制造工藝路線2.具體分析(1)材料選擇:Cr12MoV鋼

(2)鍛造工藝:多向反復(fù)鐓粗→拔長(zhǎng)→鐓粗

(3)熱處理工藝Cr12MoV鋼導(dǎo)熱性較差,因而在淬火加熱時(shí)需要根據(jù)模具的尺寸與復(fù)雜程度進(jìn)行兩次以上的預(yù)熱,以減少模具內(nèi)外的溫差,降低材料內(nèi)應(yīng)力,有效改善碳化物的分布形態(tài),為淬火時(shí)組織和性能的最佳配合創(chuàng)造先決條件,有效提高模具使用壽命。適當(dāng)提高回火溫度,可保證模具在硬度降低不多的情況下獲得較好的韌性,減小模具的內(nèi)應(yīng)力,均勻熱處理后的顯微組織,獲得所需的力學(xué)性能。5.5冷作模具材料熱處理實(shí)例5.5.1硅鋼片冷25(3)熱處理工藝推薦的淬火規(guī)范表推薦的淬火規(guī)范表26(3)熱處理工藝推薦的回火規(guī)范表推薦的回火規(guī)范表27(五)冷作模具鋼

(五)冷作模具鋼28模具鋼材料及熱處理重要性

影響模具使用壽命的因素主要有設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、成形及制造工藝、模具材料的選用、熱處理工藝及表面強(qiáng)化、潤(rùn)滑及使用維護(hù)等。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),在模具失效的諸多因素中,由于模具用材和熱處理不當(dāng)而引起的失效約占70%。模具鋼材料及熱處理重要性影響模具使用壽命的因素主要有29

5.1冷作模具的工作條件與性能要求5.1.1冷作模具的工作條件 5.1.2冷作模具的性能要求 5.1.3典型冷作模具材料的性能分析 5.2冷作模具材料的選用

5.3冷作模具的制造工藝路線

5.4冷作模具的熱處理

5.4.1冷作模具鋼的熱處理特點(diǎn)5.4.2典型冷作模具的熱處理5.5冷作模具熱處理實(shí)例

6.5.1硅鋼片冷沖裁模具

5冷作模具材料鋼及其熱處理 5冷作模具材料鋼及其熱處理30

冷作模具材料的正常失效形式主要是磨損、脆斷、彎曲、咬合、塌陷、啃傷、軟化等。要求冷作模具鋼應(yīng)在相應(yīng)的熱處理后,具有高的變形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞、不咬合等能力。

冷作模具材料的正常失效形式主要是磨損、脆斷、彎曲、咬合、315.1冷作模具材料的工作條件與性能要求5.1.1冷作模具材料的工作條件

1.沖裁模2.拉深模3.擠壓模4.冷鐓模5.1.2冷作模具材料的性能要求2.工藝性能要求

(1)可鍛性

(2)可切削性

(3)可磨削性

(4)熱處理工藝性

1.使用性能要求

(1)耐磨性

(2)韌性

(3)強(qiáng)度

(4)抗疲勞性(5)抗咬合性

5.1冷作模具材料的工作條件與性能要求5.1.1冷作模具325.1.3典型冷作模具材料的性能分析

1.碳素工具鋼

(1)化學(xué)成分;(2)力學(xué)性能;(3)工藝性能;(4)使用范圍。

(2)力學(xué)性能

如圖5-1所示,碳素工具鋼隨回火溫度升高而硬度降低,但下降趨勢(shì)與碳含量有關(guān),碳含量越高,鋼中析出的碳化物顆粒越多,阻止了硬度的下降,因而碳含量高的鋼回火時(shí)硬度降低程度比碳含量低的鋼小。圖5-1T10鋼的硬度、殘余奧氏體量與回火溫度的關(guān)系(780℃淬火、水冷、回火保溫1h)5.1.3典型冷作模具材料的性能分析1.碳素工具鋼33圖5-2T10鋼的淬火溫度對(duì)強(qiáng)韌性的影響

圖5-3T10鋼的淬火溫度對(duì)淬透性的影響

提高淬火溫度,淬火馬氏體變粗,鋼的強(qiáng)韌性下降,如圖5-2所示。但適當(dāng)提高淬火溫度,可提高碳素工具鋼的淬透性,增加硬化層深度,提高模具的承載能力,如圖5-3所示。所以,對(duì)于容易淬透的小型模具,可采用較低的淬火溫(760~780℃);對(duì)于大、中型模具,應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫(800~850℃)或采用高溫快速加熱工藝。

圖5-2T10鋼的淬火溫度對(duì)強(qiáng)韌性的影響圖5-3T34

碳素工具鋼的硬度隨回火溫度的升高而下降,在低溫區(qū)(150~200℃)回火,硬度下降不多,當(dāng)回火溫度超過(guò)200℃時(shí),硬度才明顯下降,如圖5-1所示。碳素工具鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系,如圖5-4所示,當(dāng)回火溫度為220~250℃時(shí)抗彎強(qiáng)度達(dá)到極大值,可是碳素工具鋼在200~250℃回火時(shí),會(huì)產(chǎn)生回火脆性,導(dǎo)致韌性下降,因此韌性要求較高的碳素工具鋼應(yīng)避免在此溫度回火。而承受彎曲及抗壓載荷的碳素工具鋼仍可采用220~280℃回火,以獲得高抗彎強(qiáng)度,提高模具的使用壽命。

圖5-4T12鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系

(淬火溫度:780℃)

碳素工具鋼的硬度隨回火溫度的升高而下降,在低溫區(qū)(135(3)工藝性能

①鍛造性能:②預(yù)先熱處理:③淬火及回火:

(4)使用范圍

碳素工具鋼生產(chǎn)成本低,易于冷、熱加工,在退火狀態(tài)下硬度較低,通過(guò)熱處理后可以獲得較高的硬度,具有一定的耐磨性。但淬透性差,淬火變形大,耐磨性不高。因此,碳素工具鋼適于制造尺寸較小、形狀簡(jiǎn)單、負(fù)荷較輕、生產(chǎn)批量不大的冷作模具。

(3)工藝性能362.高碳低合金鋼(CrWMn鋼)

(1)化學(xué)成分CrWMn鋼的臨界點(diǎn):Ac1≈750℃,Accm≈940℃,Ar1≈710℃,Ms≈255℃。(2)力學(xué)性能CrWMn鋼具有高淬透性,由于鎢形成碳化物,所以這種鋼在淬火及低溫回火后具有比鉻鋼和9SiCr鋼更多的過(guò)剩碳化物和更高的硬度及耐磨性,如圖5-5~圖5-7所示。

圖5-5CrWMn鋼力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系圖5-6CrWMn鋼硬度與淬火溫度的關(guān)系圖5-7CrWMn鋼硬度與回火溫度的關(guān)系2.高碳低合金鋼(CrWMn鋼)(1)化學(xué)成分圖5-37(3)工藝性能

①鍛造工藝CrWMn鋼具有良好的鍛造性能。②退火工藝:CrWMn鋼鍛后需進(jìn)行等溫球化退火,退火溫度為790~830℃,等溫溫度為700~720℃,退火后的組織比較均勻,退火后硬度為207~255HBS。③淬透性:CrWMn鋼淬透性較好,淬火變形小。在油中的臨界淬透直徑為30~50mm。直徑40~50mm的鋼件在低于200℃的硝鹽浴中冷卻即可淬透。(4)使用范圍

CrWMn鋼具有較好的淬透性,淬火變形小,耐磨性、熱硬性、強(qiáng)韌性均優(yōu)于碳素工具鋼,是使用較為廣泛的冷作模具鋼。主要用于制造要求變形小,形狀較復(fù)雜的輕載沖裁模(料厚<2mm),輕載拉深、彎曲、翻邊模等。

(3)工藝性能38

3.高耐磨冷作模具鋼(Cr12型高碳高鉻鋼)

(1)化學(xué)成分;(2)力學(xué)性能;(3)工藝性能;(4)使用范圍。(2)力學(xué)性能

圖5-8淬火溫度對(duì)Cr12MoV鋼的圖5-9淬火溫度對(duì)Cr12MoV鋼的硬度、晶粒度和殘余奧氏體的影響

抗彎強(qiáng)度、沖擊韌度的影響

3.高耐磨冷作模具鋼(Cr12型高碳高鉻鋼)圖5-839Cr12型鋼在淬火加熱時(shí)碳化物大量溶于奧氏體中,淬火后得到高硬度的馬氏體?;鼗饡r(shí)自馬氏體中析出大量彌散分布的碳化物,其硬度很高,因而提高了鋼的耐磨性。如圖5-10所示,Cr12MoV鋼經(jīng)1020℃淬火,520℃回火時(shí)出現(xiàn)明顯的二次硬化,而且淬火溫度愈高,這種效應(yīng)愈顯著。在200℃左右回火時(shí),其抗彎、抗壓強(qiáng)度最高;在400℃左右回火,斷裂韌度最高。

圖5-10回火溫度對(duì)Cr12MoV鋼硬度的影響

Cr12型鋼在淬火加熱時(shí)碳化物大量溶于奧氏體中,淬火40

(3)工藝性能

①鍛造工藝:由于Cr12型鋼屬于高碳高合金鋼,其導(dǎo)熱性能差,塑性低,變形抗力大,鍛造溫度范圍窄,組織缺陷嚴(yán)重,所以其鍛造性能差。

②退火工藝:Cr12型鋼一般采用等溫球化退火工藝,加熱溫度為850~870℃,保溫2~4h,等溫溫度為740~760℃,保溫4~6h,退火組織為索氏體+合金碳化物。退火后硬度為207~255HBS。③淬透性:Cr12型鋼Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)約12%,所以具有高淬透性。截面尺寸為300~400mm以下的模具在油中完全可以淬透,控制淬火溫度可以調(diào)節(jié)殘余奧氏體量,實(shí)現(xiàn)微變形淬火。

(3)工藝性能414.冷作模具用高速鋼(W6Mo5Cr4V2鋼)

(1)化學(xué)成分;(2)力學(xué)性能;(3)工藝性能;(4)使用范圍。

①鍛造工藝:

②退火工藝:●鍛后退火:加熱溫度為840~860℃,保溫2~4h,緩慢冷卻到500℃以下出爐空冷或爐冷到室溫,硬度≤285HBS。●鍛后等溫退火:加熱溫度為840~860℃,保溫2~4h;爐冷至740~760℃,保溫4~6h,爐冷到500℃以下出爐空冷,硬度≤255HBS。③淬火工藝:W6Mo5Cr4V2鋼的淬火工藝見(jiàn)表6-13。

④回火工藝:

高速鋼必須經(jīng)過(guò)三次以上的回火,其原因主要是前次回火冷卻過(guò)程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成“淬火”馬氏體,必須經(jīng)再次回火才能消除前次回火時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力,經(jīng)三次回火后殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)才降到2%~3%,硬度達(dá)到64HRC以上。

4.冷作模具用高速鋼(W6Mo5Cr4V2鋼)①鍛425.2冷作模具材料的選用

1.沖裁模模具材料的選用

(1)薄板沖裁模具用鋼:薄板沖裁模國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期以來(lái)主要用材有T10A,CrWMn,9Mn2V,Cr12及Cr12MoV鋼等。(2)厚板沖裁模具用鋼:一般批量較小時(shí),可選T8A鋼,用T8A鋼制作模具壽命不高。對(duì)于批量較大的厚板沖裁模可選用W18Cr4V鋼或W6Mo5Cr4V2鋼制作凸模,用Cr12MoV鋼制作凹模。2.拉深模模具材料的選用

對(duì)于小批量生產(chǎn),可選用表面淬火鋼或鑄鐵;對(duì)于輕載拉深模,宜選用碳素鋼T10A鋼,高碳低合金鋼9Mn2V,CrWMn,GD鋼,基體鋼(65Nb鋼)等;對(duì)于重載拉深模,可選用高耐磨冷作模具鋼Cr12,Cr12MoV,Cr12Mo1V1,Cr5Mo1V,GM鋼等。

5.2冷作模具材料的選用1.沖裁模模具材料的選用43

3.擠壓模模具材料的選用

傳統(tǒng)的冷擠壓模模具材料有碳素工具鋼T10A鋼,高碳低合金鋼CrWMn,60Si2Mn鋼,高耐磨冷作模具鋼Cr12,Cr12MoV鋼,冷作模具用高速鋼W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2鋼等。

4.冷鐓模模具材料的選用

凸模必須承受強(qiáng)烈的沖擊力,對(duì)模具壽命要求不高或輕載的冷鐓模

凸模――可采9SiCr,T10A,Cr12MoV,GCr15,60Si2Mn鋼制造;

凹模――可采用T10A,Cr12MoV,GCr15鋼制造;對(duì)于重載、高壽命冷鐓模,應(yīng)采用高強(qiáng)韌性、高耐磨性新型模具鋼,如012Al,65Nb,LD,LM,18Ni,GM,6W6Mo5Cr4V鋼。

3.擠壓模模具材料的選用445.3冷作模具的制造工藝路線

常用冷作模具的制造工藝路線如下:(1)一般成型冷作模具

鍛造→球化退火→機(jī)械加工成型→淬火與回火→鉗修裝配;(2)成型磨削及電加工冷作模具

鍛造→球化退火→機(jī)械粗加工→淬火與回火→精加工成型(凸模成型磨削,凹模電加工)→鉗修裝配;(3)復(fù)雜冷作模具

鍛造→球化退火→機(jī)械粗加工→高溫回火或調(diào)質(zhì)→機(jī)械加工成型→鉗修裝配。

總之,模具制造工藝路線應(yīng)根據(jù)材質(zhì)及使用性能,選擇合理的熱處理工藝方案,并根據(jù)模具具體情況在工藝路線中合理安排。但這也不是一成不變的,對(duì)于同一材質(zhì)的不同模具,可采用不同的熱處理方法、不同的工藝路線,因而獲得的組織及機(jī)械性能也不相同。在生產(chǎn)中應(yīng)針對(duì)滿足模具的要求適當(dāng)安排,從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

5.3冷作模具的制造工藝路線常用冷作模具的制造工藝路線如455.4冷作模具材料的熱處理5.4.1冷作模具材料的熱處理特點(diǎn)

(1)冷作模具鋼含合金元素量多且品種多,合金化較復(fù)雜。鋼的導(dǎo)熱性差,而奧氏體化溫度又高,因此加熱過(guò)程宜緩慢,多采用預(yù)熱或階梯式升溫方式。(2)為保護(hù)鋼的表面質(zhì)量,加熱介質(zhì)應(yīng)予重視,所以普遍采用控制氣氛爐、真空爐等先進(jìn)加熱設(shè)備和方法,鹽浴加熱應(yīng)充分凈化。(3)在達(dá)到淬火目的的前提下,應(yīng)采用較緩和的冷卻方式,如等溫淬火、分級(jí)淬火、高壓氣淬、空冷淬火等。(4)為了進(jìn)一步強(qiáng)化,應(yīng)采用冷處理、滲氮等表面處理方式。(5)鹽浴處理后應(yīng)及時(shí)清理,并高度重視工序間的防護(hù)工作。(6)冷作模具鋼價(jià)格昂貴,冷作模具工件加工復(fù)雜、周期長(zhǎng)、制造成本高、不宜返修。所以工藝制定和操作應(yīng)十分慎重,以保證生產(chǎn)全過(guò)程的安全。

5.4冷作模具材料的熱處理5.4.1冷作模具材料的熱處465.4.2典型冷作模具材料的熱處理

1.冷沖裁模的熱處理

冷沖裁模的熱處理特點(diǎn)①薄板沖裁模的熱處理特點(diǎn):②厚板沖裁模的熱處理特點(diǎn):厚板沖裁模失效分析表明,崩刃、折斷往往是厚板沖裁模最早出現(xiàn)的失效形式。合理選擇回火工藝,生產(chǎn)中制定熱處理工藝時(shí)可參考如下方法:●高碳鋼低溫、短時(shí)、快速加熱工藝:●等溫淬火工藝:●利用多次相變重結(jié)晶,促使奧氏體晶粒細(xì)化:●細(xì)化碳化物處理:

5.4.2典型冷作模具材料的熱處理1.冷沖裁模的熱47

線切割加工對(duì)模具熱處理的影響:

沖裁模的加工工藝、工作條件、失效形式、性能要求不同,其熱處理特點(diǎn)也不同。對(duì)有線切割加工的模具,線切割工序安排在淬火和回火之后,因?yàn)樗茐牧斯ぜ崽幚砗蟮膽?yīng)力狀態(tài),并在表層產(chǎn)生了600~900MPa的拉應(yīng)力,造成了局部應(yīng)力的疊加,導(dǎo)致在線切割加工過(guò)程中的變形和開(kāi)裂。這種變形和開(kāi)裂既和被切割工件的尺寸有關(guān),又和被切除部分的體積有關(guān)。這是因?yàn)槌叽缭酱?,?nèi)應(yīng)力越大;切去部位越多,造成內(nèi)應(yīng)力的局部疊加的幾率越大,變形和開(kāi)裂的可能性越大。

線切割加工對(duì)模具熱處理的影響:482.冷拉深模的熱處理

(1)冷

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