冷作模具鋼的特征及制造工藝.ppt

1、冷鐓材料與熱處理方法,冷作模具鋼的特征及制造工藝,冷作模具鋼的特征及制造工藝,一、概論 冷作模具鋼在緊固件行業(yè)中應(yīng)用量最多，它廣泛用于沖裁，拉深，冷鐓，滾絲等工序。冷作模具的材料應(yīng)具有高的硬度，強(qiáng)度和耐磨性，足夠的韌度和較小的熱處理變形量。因此，冷作模具應(yīng)在淬火回火后的組織中有一定量的剩余碳化物，并要求分布均勻，形態(tài)圓整，細(xì)密馬氏體針要均勻，細(xì)小，彌散。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的小型工模具，可選用碳素工具鋼;精度要求較高的中小型工模具，可選用低合金工模具鋼，如CrWMn ，9S iCr,GD鋼等，對(duì)于要求淬透性好，而且具有高硬度，高強(qiáng)度，高耐磨，高承載能力的大中型模具，應(yīng)選用高鉻鋼，高速鋼，基體鋼等來制作

2、。 冷作模具服役后條件 經(jīng)常承受沖擊、磨損、彎曲、剪切，因此，要求其材料應(yīng)具備優(yōu)良的強(qiáng)韌性。為了滿足某些工模具的比較苛刻的使用要求，對(duì)不同材料的工模具的熱處理工藝和組織應(yīng)有一些特殊的要求，以便進(jìn)一步改進(jìn)工模具的性能，提高其使用壽命。,冷作模具鋼的特征及制造工藝,表1常用冷作模具鋼牌號(hào)及化學(xué)成分 常用的冷作模具鋼的牌號(hào)和化學(xué)成分見表1 對(duì)部分牌號(hào)鋼種如下簡(jiǎn)介 二、 1. Cr12鋼 屬高鉻微變形模具鋼，經(jīng)常用于制造高耐磨，微變形，高負(fù)荷服役后條件下的冷作模具，因含鉻量高使鋼的淬透性很好。因組織中含有大量共晶碳化物，故又稱為萊氏體鋼。大量碳化物的存在不僅使硬度很高，而且能阻止晶粒長大，可以通過控制

3、淬火加熱溫度來控制合金元素向奧氏體的溶解量，從而使模具得到微變形，甚至不變形。殘余奧氏體量的多少與模具的變形量密切相關(guān)，如針對(duì)不同要求通過制定不同熱處理工藝來控制淬火后的殘余奧氏體量，以滿足生產(chǎn)上的不同要求。由于Cr12鋼中碳化物的不均勻性較嚴(yán)重，增大了鋼的脆性，在鍛后應(yīng)進(jìn)行球化退火處理。在淬火回火狀態(tài)都仍會(huì)殘留有較大的淬火應(yīng)力，因此，淬火后回火必須充分，否則易在磨削和服役中開裂。,冷作模具鋼的特征及制造工藝,2. 9Mn2V鋼 這是一種利用我國資源豐富的錳和釩而不含鉻的冷作模具鋼,它有很好的淬火性,是極易鍛造和加工的模具鋼,含錳量增加,會(huì)使淬火后殘余奧氏體含量增加,因此淬火變形小,但對(duì)穩(wěn)定性

4、稍差,耐回火性也差,由于釩有細(xì)化晶粒的作用,因此改善了由錳帶來的過熱傾向和顆粒長大的傾向 3. 6CrZSi鋼 該鋼的淬火性好,耐回火性好,等溫轉(zhuǎn)變比較穩(wěn)定,有利于分解淬火和等溫淬火.對(duì)于用于要求在42-48HRC范圍或耐磨性的冷作模具時(shí),常采用880-980加熱淬火,而要求高硬度58-63HRC高耐磨的冷作模具時(shí)采用950-980加熱淬火. 4. Cr12MoV鋼 它是一種高鉻微變形模具鋼系列的一種,其綜合性能最好,與Cr12鋼相比,因加入鉏而進(jìn)一步提高了鋼的淬透性,細(xì)化了晶粒,細(xì)化了共晶碳化物,改善了韌性,提高了耐回火性,碳化物的數(shù)量,粒度,形態(tài),不均勻程度都比Cr12鋼有較大的改善.Cr

5、12MoV鋼除耐磨性稍遜于Cr12鋼外,強(qiáng)度和韌性都比Cr12 鋼好.,冷作模具鋼的特征及制造工藝,5. GD鋼 其牌號(hào)為6CrNiMn SiMoV鋼,是一種碳化物偏析小而淬透高的高強(qiáng)韌鋼.通過熱處理可獲得較多的板條馬氏體,碳化物細(xì)小,均勻,總量比較少,淬火強(qiáng)度較低,淬火強(qiáng)度區(qū)間寬,尤其使用于中小企業(yè)的熱處理?xiàng)l件,可制作各種冷作模具,很好出現(xiàn)崩量和斷裂現(xiàn)象,GD鋼是室冷變形模具鋼,退火狀態(tài)硬度較高,故必須經(jīng)球化退火利于機(jī)械加工. 6. 65NbG鋼 其牌號(hào)為 6Cr4W3MoZVNb,是以高速鋼為母體,適當(dāng)降低含碳量,并用少量鈮合金化的改型基體鋼,是一種高強(qiáng)韌冷作模具鋼,特別適用于復(fù)雜,大型的

6、冷擠壓模具和受沖擊負(fù)荷較大的冷鐓模具.其淬火回火工藝可按不同要求適當(dāng)選擇. 要求韌度高時(shí),10801120加熱后油冷淬火,520540回火,12h,回火二次,要求硬度高時(shí),1120!1180加熱后油冷淬火,540580回火把2h,回火二次.,冷作模具鋼的特征及制造工藝,7. 012A1鋼 其牌號(hào)為 5Cr4Mo3SiMnVA1鋼,是冷熱兼用的基體鋼.鋼中適量增加了錳和硅,提高了因溶強(qiáng)化效果,因此提高了基體強(qiáng)度,有添加了微量鋁,使鋼材的韌度有了明顯提高,012A1鋼十分適用與進(jìn)行滲碳或碳?xì)骞矟B來有效提高模具的耐磨性.冷作模具的熱處理工藝,10901100加熱油冷淬火或分級(jí)冷卻,510回火2h回火

7、二次,硬度為60-62HRC. 8. CG-Z鋼 其牌號(hào)為6 Cr4Mo3NiZWV鋼,是冷熱肩用的基體鋼.鋼中的合金元素鉬,釩能促進(jìn)二次硬化效果,提高熱硬性.但含鉬量高會(huì)導(dǎo)致鋼有脫碳傾向,過熱敏感性也較大.鎳元素能提高韌度和熱疲勞性能.CG-Z鋼加熱強(qiáng)度超過計(jì)劃1120,晶粒會(huì)明顯長大.淬火后回火強(qiáng)度在650時(shí)有二次硬化峰. 冷作模具的熱處理工藝,11001140加熱后油冷淬火或分級(jí)冷卻,560回火二次,硬度為60-61HRC.,冷作模具鋼的特征及制造工藝,9. GM鋼 其牌號(hào)為Cr6W3MoZV2鋼,它是制作精密,耐磨,高壽命冷作模具的萊氏體鋼,由于GM鋼的碳,鉻,鉬含量相對(duì)比較低,因此其

8、碳化物帶狀分布傾向較輕微,GM鋼鍛后要及時(shí)進(jìn)行球化退火,以利后繼的機(jī)械加工.推薦采用的淬火工藝為:11001160加熱油冷淬火或分級(jí)淬火,520560回火三次,硬度為65HRC.GM鋼在冷沖模,多功位級(jí)進(jìn)模,滾絲模,切邊模等領(lǐng)域使用,壽命都有大幅提高. 10. CrWMn鋼 CrWMn的淬透性極好,工件直徑小于50mm時(shí)能在硝鹽中淬透,淬火加熱時(shí)晶粒長大傾向低,淬火后的殘余奧氏體較多,淬火變形小.因鎢和鉻都是碳化物形成元素碳化物的熔點(diǎn)高,因此淬火回火后的剩余碳化物較多,使硬度提高,但鋼的碳化物不均勻性也比較嚴(yán)重,常常是造成模具失效的主要原因.,冷作模具鋼的特征及制造工藝,11. 9SiCr 鋼

9、中增加的含硅量后,強(qiáng)化了鐵素體,明顯提高了鋼的硬度和強(qiáng)度,回火時(shí)又有阻止硬度降低的作用,用語制作小型冷作模具,如:搓絲板,冷沖模等等.9SiCr鋼的淬透性好,工件尺寸小于60mm時(shí)在硝鹽中能淬硬,直徑小于80mm時(shí)油中可淬硬,其網(wǎng)狀碳化物析出的敏感性低,帶狀碳化物偏析傾向較輕,由于含硅量的增加,同時(shí)也增加了鋼的脫碳傾向. 三、制造工藝對(duì)模具壽命的影響 一般冷作模具制造工藝流程，下料鐓造球化退火機(jī)加工淬火，回火處理冰冷處理精加工（包括電脈沖加工）研磨，拋光處理表面強(qiáng)化處理。 優(yōu)化的冷作模具制造工藝流程，下料鐓造球化退火機(jī)加工真空淬火回火處理（目的減小熱處理變形）冰冷處理表面強(qiáng)化處理。,冷作模具鋼

10、的特征及制造工藝,1. 下料，鐓造。球化退火 模具鋼原材料一般為鍛壞形成或棒材，其內(nèi)容組織中碳化物呈沿晶界網(wǎng)狀分布，這種組織如果不經(jīng)過進(jìn)一步的鍛造加工，使用時(shí)裂紋容易沿晶界萌生并擴(kuò)張，降低模具的承載能力，最終導(dǎo)致模具的早期崩裂。 通過鍛造和隨后的球化退火處理，形成均勻，細(xì)小，彌散分布的碳化物，改善模具內(nèi)部的組織條件，尤其是碳化物分布，為最終熱處理準(zhǔn)備組織條件，避免局部的應(yīng)力集中產(chǎn)生熱處理開裂，同時(shí)有助于提高模具的壽命，解決斷裂和龜裂問題。 球化退火工藝應(yīng)選擇在各鋼種牌號(hào)Ac1 以上3050保溫4-6h，等流在Ar1強(qiáng)度之間約680700時(shí)間6-8h，可形成球化珠光體組織。,冷作模具鋼的特征及制

11、造工藝,2. 精加工 對(duì)于冷作模具切消加工最好安排在熱處理淬火之前（除非模具過于復(fù)雜），目的在于避免機(jī)械加工過程中在表面形成的拉應(yīng)力，導(dǎo)致模具疲勞性能的降低。 線切割電脈沖加工為材料的熔化加工過程，加工后容易在模具表面形成熔化層和熱影響層，降低模具表面的硬度，耐磨性，減小熱處理表面形成的壓應(yīng)力而降低模具的熱疲勞性能，因此熱處理后一般最好不再進(jìn)行線切割電脈沖加工或者減小加工余量，或者采用加工后研磨，拋光的方式減小表面加工層的影響，以避免切削加工，尤其是線切割電脈沖加工對(duì)模具表面損傷而影響的模具壽命。,冷作模具鋼的特征及制造工藝,3. 熱處理 a 、應(yīng)采用合理的工藝，減小模具熱處理變形（一般采用多

12、段加熱工藝，同時(shí)防止淬火開裂），同時(shí)考慮所采用的熱處理方式，應(yīng)避免合金元素的蒸發(fā)，在材料淬透性允許的條件下，盡可能采用真空熱處理氣淬技術(shù)，減小熱處理變形，避免熱處理后較大的加工余量，導(dǎo)致表面過熱，影響模具壽命，但對(duì)淬硬性較差材料或高溫下易揮發(fā)元素的材料，如含高Ni 等，宜采用鹽熔熱處理。 b、 推薦采用高濃度滲碳熱處理技術(shù)，積極參加應(yīng)用滲碳技術(shù)，阻止模具表面脫碳，同時(shí)提高表面耐磨性，并利用滲碳淬火后表面形成高壓應(yīng)力，提高模具的疲勞抗力。,冷作模具鋼的特征及制造工藝,c、高合金鋼模具材料中一般含有較多的Cr,Mo,V,W,Nb等強(qiáng)碳化物形成元素，從而提高模具的強(qiáng)度，紅硬性等性能，在熱處理回火處理

13、中，具有明顯的二次硬化特性，即在低溫回火和高溫回火形成兩次高硬度，為此，根據(jù)冷作模具的實(shí)際使用溫度，可選擇性應(yīng)用回火溫度。另一方面，較多的合金元素，具有很強(qiáng)的抗回火軟化性能，因此，需要進(jìn)行多次的回火，避免回火不充分引起早期失效（脆斷和龜裂），一般要求至少二次回火（更多采用三次回火工藝）。 4、 噴丸，研磨，拋光處理 淬火回火后，進(jìn)行噴丸處理可以形成表面壓應(yīng)力層，改變淬火，回火處理后的表面拉應(yīng)力狀態(tài)，進(jìn)行模具拋光處理，可消除模具加工表面缺陷而提高模具壽命，一般采用人工加工。,冷作模具鋼的特征及制造工藝,5、冰冷處理 原理是降低模具中殘余奧氏體，形成表面壓應(yīng)力，提高硬度和表面耐磨性，疲勞性能，但需注意安全（液氬使用不當(dāng)，