模具材料2冷作【专业教育】

1、四川职业技术学院,模具材料及表面处理 冷作模具材料多媒体课件 机械工程系模具教研室,1,特备参考,课题二 冷作模具材料,2,特备参考,制造冷冲压模具的材料主要是金属，凸、凹模所使用的模具钢有碳素工具钢；低合金工具钢，中、高合金工具钢，高速工具钢；基体钢；硬质合金和钢结硬质合金等,一、冷作模具材料及性能要求,3,特备参考,1，分类：碳素工具钢、油淬冷作模具钢、空淬冷作模具钢、高碳高铬冷作模具钢、基体钢和低碳高速钢、高耐磨高强韧冷作模具钢以及其他冷作模具钢。 2， 受力情况：拉伸、压缩、弯曲、冲击、摩擦等。 3，失效形式：断裂、变形、磨损、粘合、啃伤、软化等,4,特备参考,5,特备参考,4，使用性

2、能要求 抗变形、抗磨损、抗断裂、耐疲劳、抗软化及抗粘合： (1) 硬度和耐磨性 硬度和耐磨性是冷作模具材料的最基本性能之一，模具的硬度应高出工件硬度3050，一般为5864HRC，以保证模具在工作过程中抗压、耐磨、不变形、抗粘合。 (2) 强度和韧性 模具材料应具有足够的强度和韧性，以防止模具在冲击负荷下发生脆性断裂。 (3) 热硬性 以保证模具在高速冲压或重负荷冲压工序中不因温度升高而软化。 (4) 抗疲劳性能 防止模具在交变载荷作用下发生疲劳破坏,6,特备参考,5， 工艺性能 (1) 可切削加工性 应具有较好的可切削加工性能； 球化退火改善冷作模具材料的可切削加工性能； 选用含S、Ca等元

3、素的易切削模具材料。 (2) 可锻性 锻造可以改善材料的内部组织，提高其强度和韧性。 (3) 淬透性与淬硬性 应具有良好的淬透性与淬硬性，以保证冷作模具能在较缓和的冷却介质中淬火硬化； 淬火后易获得高而均匀的硬度(5864HRC)，并获得较深的淬硬层。 (4) 淬火变形小 对淬火温度及模具的尖角等因素不敏感，淬火的开裂倾向小,模具钢的选材,7,特备参考,二、 碳素工具钢 优点：便宜、易于锻造成形，切削加工性能也比较好。 缺点：淬透性差，变形开裂倾向大，耐磨性和热强性较低。 1常用碳素工具钢的牌号 T7A、T8A、T10A、T12A等。 2力学性能 (1) 含碳量的影响钢的硬度 主要由含碳量和组

4、织决定，含碳量越高，则硬度越高，耐磨性越好。 (2) 淬火温度的影响 适当提高淬火温度可增加硬化层厚度，从而提高模具的承载能力，但过高的淬火温度又会使强韧性下降。 (3) 回火温度的影响 碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降，在150300C回火后，抗弯强度及冲击韧度随回火温度的升高而明显增高，因此应根据不同钢号选择最佳回火温度,8,特备参考,3工艺性能 (1) 锻造性能 碳素工具钢的热变形抗力低，锻造温度范围宽，锻造工艺性好。 锻打过程中始锻、终锻要轻击、中间进行重击，击打过程中注意各部分变形要均匀，要保持各部分的温度的均匀；注意多向镦拔；注意保证足够的锻比，总的锻比一般为818，单次锻比

5、一般为23，若采用510效果更佳。 (2) 退火和正火 经锻造后的碳素工具钢模具毛坯需进行退火处理，使其具有良好的工艺性能，为切削加工和淬火做好组织准备。 表 碳素工具钢的淬火、回火工艺,9,特备参考,10,特备参考,4常用碳素工具钢的牌号 T7A、T8A、T10A、T12A等。 T10A钢是碳素工具钢中性能较好的钢种，其耐磨性高，淬火过热敏感性小，经适当热处理后可获得较高的强度和一定韧性。适合于制作耐磨性要求较高而承受冲击较小的模具。 与T10A钢相比，T8A钢的淬透性、韧性均优于T10A钢，但大、中截面模具易残存网状碳化物，故只适于制作小型拉拔、拉深、挤压模具。 T7A钢的耐磨性不及T10

6、A，但它有较好的韧性，可用在对韧性要求较高的模具上。 T12A钢的过剩碳化物较多，颗粒大且分布不均匀，网状碳化物较严重，可用于要求高硬度和高耐磨性，而对韧性要求不高的切边模和剪切刀,11,特备参考,三、油淬冷作模具钢 油淬冷作模具钢：在碳素工具钢的基础上加入适量的Cr、Mo、W、V、Si、Mn等合金元素。 目的： 以提高钢的淬透性、力学性能和回火稳定性。 特点： 具有高的硬度、中等的淬透性，其中CrWMn钢的淬透性优于9Mn2V等钢，而9Mn2V钢能在较低的温度下淬硬，其淬火变形会稍小 一些。 常用的油淬冷作模具钢：CrWMn、 9CrWMn、9Mn2V、MnCrWV钢等,12,特备参考,1：

7、 9Mn2V钢 特点：9Mn2V钢是利用我国丰富的锰、钒资源研制出 来的不含铬的冷作模具钢； 锰的质量分数高达1.70一2.00； 钢的淬透性好。 （1）力学性能 9Mn2V钢的碳化物量比CrWMn钢少，颗粒较大，耐磨性不及CrWMn钢，但仍比T10钢的耐磨性高67倍。锰使钢的Ms点下降，淬火后残留奥氏体较多，尤甚于CrWMn钢，因此淬火变形比CrWMn钢还小，但其尺寸稳定性不及CrWMn钢。9Mn2V钢的淬透性接近9SiCr钢，低于CrWMn钢； 缺点: 回火稳定性较差，几乎与碳素工具钢相近,13,特备参考,2) 工艺性能 (a) 锻造工艺 始锻温度11301160，终锻温度800，空冷到6

8、50700，再缓冷。 (b) 退火工艺 加热温度750770，保温35h，等温温度680700，保温46h。 (c) 淬火工艺 淬火温度780820，油冷，硬度62HRC以上，热处理变形较小。 (d) 回火工艺 回火温度150200，空冷，硬度6062HRC,回火温度在200300，有回火脆性及显著的体积膨胀，应设法预防。 （3）应用： 适于制造一般要求的尺寸较小的冷冲模、冷压模、雕刻模、落料模等。制作板料厚度小于4mm的冷冲模，刃磨寿命稳定在23.5万次,14,特备参考,2： 9SiCr钢 9SiCr钢是一种专用刃具钢，也可用来制造机床附件和冷作模具，如打印模、滚齿模、搓丝板、冷冲模等，目前

9、正逐步应用到载荷较大的模具，部分取代Crl2钢。 （1）力学性能 9SiCr钢在室温至900的力学性能见下表,15,特备参考,16,特备参考,2）工艺性能 (a) 锻造工艺 始锻温度10501100，终锻温度850800，锻后缓冷； (b) 退火工艺 加热温度780810，保温24h；等温温度680720，保温46h； (c) 淬火工艺 淬火温度860880，油冷，硬度6265HRC，可采用分级或等温淬火； (d) 回火工艺 回火温度180200，硬度6062HRC，在250回火脆性，应避免在此温度范围回火。 ( 3) 应用范围 适于制造冷冲模和打印模等。如用9SiCr钢制造的螺栓十字槽冲模，

10、经900，260280等温30min，则硬度为5759HRC，强韧性好，使用寿命比经常规处理的冲模提高3倍,17,特备参考,3：9CrWMn,9CrWMn的总质量分数不超过5%，由于含有Cr、W、Mo等元素，所以比较耐磨，淬火变形小，使用寿命长，是常用的中档模具钢。 （1）力学性能 具有一定的淬透性和耐磨性，淬火变形小，碳化物分布均匀且颗粒细小,18,特备参考,2）工艺性能 (a) 锻造工艺 始锻温度10501100，终锻温度850，锻后缓冷； (b) 退火工艺 加热温度790810，保温23h；等温温度700720，保温34h； (c) 正火工艺 正火温度880900，硬度302338HBS

11、，目的消除网状及粗片、球混合组织，提高淬透性 。 (d)淬火工艺 预热温度400500淬火温度810830，油冷，硬度 60HRC，可采用分级或等温淬火； 淬火深度：油淬4050mm 。 （e）回火工艺 回火温度180200，硬度6062HRC，在250回火脆性，应避免在此温度范围回火。 (3) 应用范围 轻载冲裁模具、轻载拉深模具和弯曲翻边模具,19,特备参考,4：CrWMn钢 是9CrWMn 的改进型，提高了C、Cr、W的含量。与9Mn2V钢和9SiCr钢比较，CrWMn钢在淬火及低温回火状态下含有较多的碳化物，因而具有较高的硬度和耐磨性，W能细化晶粒，由于Mn的存在，使淬火后有较多的残余

12、A组织，因而淬火变形小，习惯称微变形钢。 (1) 力学性能 具有较高的硬度和耐磨性、较好的韧性并能减小过热敏感性、淬火变形较小,20,特备参考,2）工艺性能 (a) 锻造工艺 始锻温度1100一1140，终锻温度800850。锻后要空冷到650700再转入热灰中缓冷。 (b) 退火工艺 CrWMn钢锻后均需等温球化退火，退火加热温度790830，等温温度700720，退火后的组织比较均匀，退火硬度约为255207HBS。 (c) 淬火工艺 淬火加热温度820840，油淬硬度为6365HRC，直径4050mm的钢件油中可以淬透。CrWMn钢经860加热、280等温淬火后，强韧性明显提高。 (d)

13、 回火工艺 回火温度200，回火硬度6062HRC。 (3) 应用范围 适于制造尺寸较大、形状复杂、易变形、精度高的中小型模具，如：冷冲、挤压的凹凸模，轻载冲裁模具、轻载拉深模具和弯曲翻边模具,21,特备参考,5：Cr2钢 Cr2钢在成分上与GCr15基本相同，它是在T10钢的基础上加入一定量的Cr，因此，其淬透性、硬度、耐磨性都比碳素工具钢高。而且，该钢在淬火、回火时尺寸变化不大。 Cr12钢除用于制造量具外，也用于制造拉丝模、冷镦模等冷作模具零件,22,特备参考,6 6CrNiSiMnMoV(GD)钢 （新） 特点：GD钢是一种碳化物偏析小而淬透性高的高强韧钢。 成分：GD钢的合金总量在4

14、(质量分数)左右，在CrWMn钢的基础上，适当降低含碳量，以减少碳化物偏析，同时添加Ni、Si、M。 (1) 力学性能 强韧性高：强韧性指标接近基体钢，有些韧性指标超过基体钢；GD钢的冲击韧度、小能量多冲抗力、断裂韧度、抗压屈服点等均优于CrWMn钢和Cr12MoV钢。 (2) 工艺性能 (a) 锻造工艺 GD钢的碳化物偏析小，下料后可直接使用。若需改锻，锻造性能好， GD钢锻造温度区间宽，可以一次成形，成材率可达80以上。其加热温度10801120，始锻温度10401060，终锻温度850,23,特备参考,b) 退火工艺 加热到760780，保温2h，然后以30/h的速度冷到680，再保温6

15、h，炉冷到550出炉空冷。 (c) 淬火及回火 淬火温度870930，以900最佳，盐浴炉加热，加热系数为45s/mm，可油淬、空冷或风冷。回火温度为175230，回火硬度为5862HRC 。 （3）应用范围 可代替CrWMn、Crl2型、GCr15、6CrW2Si、9SiCr、9Mn2V等钢制作各种类型的易崩刃、易断裂的冷作模具，如冷挤模、冷弯模、冷镦模、精密塑料模、温热挤压模等，另外，应用于火焰淬火模具也已取得了可喜的进展,24,特备参考,四、空淬冷作模具钢,一、空淬冷作模具钢的一般特性： 空淬冷作模具钢的合金含量比油淬冷作模具钢高，且有较好的空冷淬硬性和较深的淬透深度，这对于要求经淬火回

16、火后仍保持形状稳定的复杂模具或高精度模具是十分有益的。 这些钢具有良好的耐磨性，热处理变形小。 二、常用空淬冷作模具钢： Cr5Mo1V, Cr6WV, Cr4W2MoV, 8Cr2MnWMoVS(8Cr2S,25,特备参考,1： Cr5MolV钢 特点：Cr5Mo1V钢是具有较好综合性能的中合金冷作模具钢。在空淬冷作模具钢中，它具有较好的淬透性、较高的耐磨性和较小的热处理变形。 （1）力学性能 Cr5Molv钢的含铬量中等，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，耐磨性好，热处理变形小，淬透性好。在较低的淬火温度获得较高的硬度。抗弯强度较Cr6WV钢高,26,特备参考,2）工艺性能 在950空淬：50

17、mm152mm254mm的工件淬硬到6265HRC。Cr5MolV钢的退火加热温度为840860，等温温度为740760，退火硬度为202229HBS。 （3）应用范围 用于制造重负荷、高精度的冷作模具。P32,27,特备参考,2：Cr6WV钢 特点： Cr6WV钢是一种具有较好综合性能的高碳中铬冷作模具钢。淬火变形小，淬透性好，具有较好的耐磨性和一定的韧性。由于钢中的合金元素和碳含量较低，所以其碳化物分布较Cr12和Cr12MoV钢均匀。 （1）力学性能 强韧性高、耐磨性低、具有优良的强韧性：抗弯强度为350400MPa、冲击韧度比Crl2MoV钢高40,28,特备参考,2）工艺性能 淬火温

18、度为960980，油淬硬度高于60HRC。 （3）应用范围 用于制造大批量生产薄板和中等厚度板料零件的大型冲模，也可用于制造小型精冲模、中等载荷冷挤压凸模,29,特备参考,30,特备参考,3 Cr4W2MoV,Cr4W2MoV是代替Cr12而研制的一种新型高碳中铬钢，性能比较稳定，其模具的使用寿命较Cr12、Cr12MoV有较大的提高。 应用：制造各种冲模、冷镦模、落料模、冷挤凹模及搓丝板等工模具,31,特备参考,4 8Cr2MnWMoVS (8Cr2S,8Cr2MnWMoVS钢是我国研制的易切削精密冷作模具钢。在具有较高强度和韧性的调质状态8Cr2S仍具有较好的切削加工性能，使模具在加工后可

19、以直接使用，这对于形状复杂或要求尺寸配合特别高的模具非常适用。 （1）力学性能：8Cr2S钢具有高的强韧性，良好的切削加工性能和镜面抛光性能，具有良好的表面处理性能，可进行渗N、B、Cr、Ni等表面处理,32,特备参考,2）工艺性能 (a) 锻造工艺 锻造性能较好，锻造加热温度1100一1150，始锻温度为1060，终锻温度900。锻造后，MnS沿锻轧方向延伸成条状。锻后要空冷到650700再转入热灰中缓冷。 (b) 退火工艺 可采用球化退火或一般退火工艺，等温球化退化工艺为790810加热2h，然后冷却到700再保温68h, 炉冷到550出炉，退火后的组织比较均匀，退火硬度约为255207H

20、BS。（ 229HBS ） (c) 淬火回火工艺 8Cr2S钢的热处理工艺简单，淬透性好，淬火硬度高，作预先淬硬钢时，如860920空淬、油淬或硝盐分级淬火，100mm的钢材空淬可以淬透，硬度可达6365HRC ， 淬火加热温度820840，油淬硬度为6264HRC， 550620回火2h，回火硬度 4048HRC，可进行各种常规加工。 (3) 应用范围 用该钢制作的模具配合精度较其他合金工具钢高12个数量级。制作手表零件冲裁模，模具寿命比CrWMn钢高35倍。制作电器零件冲裁模，使用寿命较9Mn2V钢高210倍。P36,33,特备参考,五 高碳高铬冷作模具钢,高碳高铬冷作模具钢的一般特性 高

21、碳高铬模具钢由于其间存在大量硬的碳化物而具有高的耐磨性，而且还具有变形小的特性，满足了某些要求高强度、高耐磨性和淬火变形小，且在小的动载荷下工作的模具的要求。 常用高碳高铬冷作模具钢 Cr12, Cr12MoV, Cr12Mo1V1（D2,34,特备参考,1 Cr12钢,Cr12钢是高碳高铬型冷作模具钢的代表性钢号之一。含有极高量的C 2.002.30和 Cr 11.0013.00，属于莱氏体钢，所以有很高的淬透性、淬硬性和耐磨性，且淬火变形小。但当碳化物不均匀时，变形量多向性且不规则，它的组织不良是主要缺点。 （1）力学性能：Cr12钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性，由于含碳量较高，容易形成

22、不均匀的共晶碳化物，所以冲击韧度较差，易脆裂,35,特备参考,2）工艺性能 (a) 锻造工艺 Cr12钢的变形抗力大，锻锤吨位要与毛坯的大小相适应；导热性差，加热时必须分段预热。锻造预热温度为750一850，锻造加热温度1050一1100，始锻温度为1000一1050，终锻温度850一900 。锻后采用炉冷或砂冷并及时退火。 (b) 退火工艺 Cr12钢一般采用等温球化退化工艺，在830850加热23h，等温温度720740，保温34h, 退火硬度约为217267HBS。 (c) 淬火回火工艺 一次硬化法淬火加热温度为960980空淬、油淬或硝盐分级淬火，硬度可达6064HRC ，回火可选择在

23、160400进行，注意避开275375 之间的回火脆性区，回火最好进行2次。 二次硬化法淬火加热温度10501100，空淬、油淬或硝盐分级淬火，硬度可达4060HRC 。工件在500520回火三次，可获得高硬度。 (3) 应用范围 Cr12钢多用于制造承受冲击负荷小，要求高耐磨的冷冲模、冷剪切刃、钻套、拉伸模等。P38,36,特备参考,2 Cr12MoV,Cr12MoV钢是由Cr12发展而来的，由于含碳量较低，且添加了Mo、V，碳化物不均匀性较Cr12有所改善，所以强度、韧度都比较高，有较好的热加工性，且具有更高的淬透性，淬火变形较小，在300400时仍能保持良好的硬度和耐磨性。 （1）力学性

24、能：Cr12MoV钢具有较好的淬透性，300400mm的工件可以完全淬透，并有很高的耐磨性。淬火时体积变化小,37,特备参考,2）工艺性能 (a) 锻造工艺 Cr12MoV钢的变形抗力比碳素工具钢高23倍，锻锤吨位要与毛坯的大小相适应。锻造预热温度为750一850，锻造加热温度1080一1120，始锻温度为1000一1050，终锻温度850一900 。锻后采用炉冷或砂冷。锻打时坚持多向镦拨、多次镦拨，才能保证击碎碳化物。 (b) 退火工艺 Cr12MoV钢一般采用等温球化退化工艺，在850870加热24h，等温温度720740，保温34h, 退火硬度约为207255HBS,38,特备参考,c)

25、 淬火回火工艺 低淬低回工艺：淬火加热温度为9501000，回火200，可获得高的硬度和韧性，但抗压强度较低。 中淬中回工艺：淬火加热温度为1030，回火400，可获得最好的强韧性，较高的断裂抗力。 高淬高回工艺：淬火加热温度为10801100，回火500520，可获得良好的热硬性，其耐磨性、硬度也较高，但抗压强度和断裂韧度较低。 (3) 应用范围 Cr12MoV钢是冷作模具钢中应用范围最广、数量最大的冷作模具钢，几乎所有的冷作模具中均有应用，尤其是形状复杂、高精度或重载荷的模具。但由于钢中有大块共晶碳化物及较严重的网状碳化物，钢的脆性倾向大，因而限制了其应用范围。P39,39,特备参考,3

26、Crl2MolVl,Crl2MolVl 简称D2钢，高耐磨微变形冷作模具钢，同Crl2MoV钢在化学成分上的差异是增加了Mo、V，改变了钢的铸造组织，细化了晶粒，改善了莱氏体的形貌，强韧性及耐磨性优于Crl2MoV钢，提高了模具的使用寿命。 （1）力学性能：Cr12Mo1V1钢具有较好的淬透性，300400mm的工件可以完全淬透，并有很高的耐磨性。淬火时体积变化小,40,特备参考,2）工艺性能 (a) 锻造工艺由于D2钢的屈服点及塑性变形抗力较Crl2MoV钢高，因而D2钢的锻造性能及热塑成型性较Crl2MoV略差。锻造温度为10601100。 (b) 退火工艺 Cr12MoV钢一般采用等温球

27、化退化工艺，在850870加热24h，等温温度720740，保温34h, 退火硬度约为207255HBS。 (C) 预调质工艺在高合金钢中，由于淬火温度比较高，预调质处理温度可比模具最终热处理的温度低10 30。回火也在较高的温度下进行，使处理后可以进行精加工,41,特备参考,d ) 淬火回火工艺 低淬低回工艺：淬火加热温度为9501000，回火200，可获得高的硬度和韧性，但抗压强度较低。 中淬中回工艺：淬火加热温度为1030，回火400，可获得最好的强韧性，较高的断裂抗力。 高淬高回工艺：淬火加热温度为10801100，回火500520，可获得良好的热硬性，其耐磨性、硬度也较高，但抗压强度

28、和断裂韧度较低。 (3) 应用范围 用D2钢制造的滚丝轮、滚轧轮、“离合调整板”冷冲模，比用Crl2MoV钢制造的可提高寿命56倍,42,特备参考,六 基体钢和低碳高速钢,基体钢是以高速钢成分为基体，具有高速钢正常淬火后的基本成分，碳的质量分数一般在0.5%左右，合金元素的质量分数在10%12%范围内，故而得名。这类钢不仅具有高速钢的特点，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，材料成本比高速钢低。有很高的抗压强度和耐磨性，在高温条件下使用时，其红硬性很好。耐磨性比高速钢和高铬合金钢差，多用于热处理中容易开裂的冲模，经淬火、回火、低温氮碳共渗处理后，用作冷挤压凸模比高速钢寿命高。 常用基体钢和低碳高

29、速钢 6Cr4W3Mo2VNb, 7Cr7Mo2V2Si， 6W6Mo5Cr4V,43,特备参考,1 6W6Mo5Cr4V,6W6Mo5Cr4V 简称6W6钢，是低碳高速钢，相对于W6Mo5Cr4V2钢，碳的质量分数下降了0.21%，钒的质量分数降低了1.051.11%，碳化物的不均匀性得到明显改善，淬火状态的抗弯强度和塑性提高了30%50%，冲击韧度提高了50%100% 。 （1）力学性能：6W6钢有较高的强度和韧性，较好的耐磨性，并有较好的加工工艺性能。多用于要求强韧性高的冷挤压模和冷冲模,44,特备参考,2）工艺性能 (a) 锻造工艺 6W6钢因含钼量较高。锻造温度范围较窄，锻造工艺为：

30、加热温度1100一1140，始锻温度为1050一1100，终锻温度800一900 。需深透锻造，控制流线方向。 (b) 退火工艺 6W6钢锻后退火，普通球化退化工艺：加热到850860保温12h，炉冷到550后出炉空冷。等温球化退化工艺：加热到850860保温12h，慢冷到740750保温34h，炉冷到550后出炉空冷。退火硬度约为197255HBS。 (c) 淬火、回火工艺 为了获得良好的韧性和较高的耐磨性，通常采用较低温度淬火，较高温度回火。工艺为：加热到温度11801200淬火，在560580回火三次，每次1.5h，硬度为60 63HRC。 (3) 应用范围 用6W6钢可替代高速钢和高碳

31、高铬钢，制造钢铁材料冷挤压冲头或冷镦冲头，寿命可提高210倍。但6W6钢的含碳量低，且易脱碳，因此耐磨性稍差。P42,45,特备参考,2 6Cr4W3Mo2VNb,6Cr4W3Mo2VNb 简称65Nb钢，是一种含铌基体钢，（冷、热兼用）。Cr，W，Mo，V的含量设计取自淬火状态的W6Mo5Cr4V2高速钢的基体成分，合金元素在模具钢中的作用与高速钢相似。钢中还加入少量强碳化物元素Nb。 （1）力学性能： 65Nb钢有较高的强韧性，其韧性比母体高速钢W6Mo5Cr4V2和高碳高铬钢都高。 但在压力超过2450MPa的模具上应用，并要求有高耐磨的情况下，65Nb钢的抗压屈服强度和耐磨性均显不足,

32、46,特备参考,2）工艺性能 (a) 锻造工艺 锻造性能良好，锻造时要缓慢加热，保证透烧，加热温度11201150。始锻温度不宜太高，11001120，终锻温度不宜过低，850900。锻后应回火，缓冷（砂冷或炉冷）或及时退火。65Nb钢的抗氧化性良好，属于高合金钢，导热性差，与高速钢、高铬工具钢相比，变形抗力低，高温韧性好。 (b) 退火工艺 65Nb钢锻后退火，常规球化退化工艺：加热到860保温34h，炉冷到550后出炉空冷。等温球化退火工艺：加热到860保温34h，慢冷到740等温56h，炉冷到500后出炉空冷。退火硬度约为217HBS。等温时间延长到9h，硬度约为187HBS。可以采用冷

33、挤压成形。 (c) 淬火、回火工艺 65Nb钢的淬火温度10801180，为保证成分均匀，晶粒不长大在盐浴炉中加热。根据模具形状可油冷、油空冷和分级淬火等。在520560回火二次，硬度为57 63HRC。 (3)应用范围 65Nb钢工艺性能良好，热处理工艺范围宽。P43,47,特备参考,3 7Cr7Mo2V2Si,7Cr7M02V2Si 简称LD钢,是一种不含钨的基体钢。钢中C，Cr，Mo，V的含量都高于高速钢基体，所以钢的淬透性和二次硬化能力都得到提高，未溶的VC还能显著细化奥氏体晶粒，提高钢的韧性和耐磨性。加入1%的Si可强化基体，提高回火稳定性。 7Cr7M03V2Si 简称LD1钢。

34、（1）力学性能：在保持高韧性的情况下，其抗压、抗弯强度及耐磨性均优于65Nb钢,48,特备参考,2）工艺性能 ( a ) 锻造工艺 LD钢的热塑性比高碳高铬钢好，锻造性能类似65Nb钢。 ( b ) 退火工艺 LD钢的脱碳敏感性比高碳高铬钢大，宜采用真空炉或控制气氛炉进行退火，退火工艺采用直接退火，工艺：加热到830860保温23h，以不超过30/h炉冷到550后出炉快冷。等温退火工艺：加热到830860 保温23h，慢冷到750770等温46h，炉冷到550后出炉快冷。退火硬度约为241269HBS。 ( c ) 淬火、回火工艺 LD钢的淬火温度11001150。在530570回火2、3次，

35、每次1、2h硬度为57 63HRC。 (3) 应用范围 由于LD钢具有良好的强韧性和耐磨性，适合要求高强韧性、高冲击负荷下的模具。P44,49,特备参考,4 5Cr4Mo3SiMnVAl（新,5Cr4Mo3SiMnVAl 简称012Al钢，是冷热模具兼用钢，属于基体钢，具有较好的综合性能和热稳定性。此钢的冷热疲劳抗力和耐磨性高于3Cr2W8V钢。012Al钢因合金元素含量多，锻造性能比3Cr2W8V钢差。锻造加热温度11001140，始锻温度10501080，终锻温度850，锻后要回火，缓冷(砂冷或炉冷)或及时退火。 012Al钢的锻造抗力大，锻造过程中需充分预热和保温，锻打时应采用“轻一重一

36、轻”的方法，落锤均匀，避免连续重锤，严禁放冷锤，以防出现内裂等缺陷,50,特备参考,七 高耐磨高强模具钢,高耐磨高强模具钢的一般特性 具有高硬度、高抗压强度、高耐磨性和高的热稳定性。但韧性较低。 常用高耐磨高强模具钢 W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2，W12Mo3Cr4V3N,51,特备参考,高耐磨高强韧冷作模具钢（新） 9Cr6W3Mo2V2 9Cr6W3M02.5V2.5 简称GM钢，是一种高耐磨高强韧冷作模具钢。硬度接近于高速钢，韧性和强度优于高速钢和高铬工具钢。GM钢中Cr、W、Mo、V等合金元素配比合理，碳的加入按平衡碳的规律配碳，未溶碳化物细小、弥散分布，避免了粗大一次碳化物

37、的产生。GM钢的锻造工艺为：锻造前应缓慢加热，充分透烧，加热温度为11201150，始锻温度为11001120，终锻温度为850900。冷却方式：锻后缓冷或及时退火处理，以防开裂。GM钢锻造时采取轻一重一轻法操作，反复镦拔，可进一步改善碳化物的不均匀性。 应用：冷轧钢带冲模，多工位级进模等,52,特备参考,Cr8MoWV3Si Cr8MoWV3Si 简称ER5钢，此钢提高了含碳量、含钒量，以及Cr、Mo、W碳化物形成元素，保证了钢中具有强韧性基体及细小均匀分布的特殊碳化物，从而使ER5钢具有高耐磨及高韧性。强韧性和耐磨性均比Crl2MoV钢高。ER5钢锻造性能良好，始锻温度为1150，终锻温度

38、900，锻后缓冷，锻坯近于终锻温度时，轻击快打可提高锻造质量。 应用：制作精密、重栽和高速冷冲模具，能显著提高模具寿命。是国内硅钢片冲模的最高寿命,53,特备参考,八 其它类型冷作模具钢,1，火焰淬火冷作模具钢7CrSiMnMoV 简称CH1钢，属于低合金钢，是具有火焰淬硬性能的冷作模具钢。CH1钢无大量的过剩碳化物，锻造性能良好，塑性变形抗力与中碳合金钢40Cr及低合金工具钢9Mn2V相近。锻造加热温度为11501200，始锻温度为11001120，终锻温度为800850，冷却方式为灰冷或炉冷。 力学性能，工艺性能，应用 P50 马氏体时效钢18Ni,54,特备参考,火焰淬火是在刃口或需要硬

39、度和耐磨性高的部位用氧乙炔火焰加热至淬火温度，在空气中冷却，即可达到火焰淬火的目的。由于火焰淬火温度区域宽，所以操作方便，变形小，整个凸模或凹模均可采用分段淬硬。 由于火焰淬火钢制造模具，各机械加工工序均在火焰淬火之前完成，材料处于低硬度下加工，故加工容易，且能保证精度。由于火焰淬火只淬刃口部分，基体硬度较低，如遇有加工遗漏，设计更改，尺寸变动，都具有重新改制加工的余地。对于多孔位的冲模或复杂型腔的零部件，刃口表面火焰淬火，型腔和孔距变形小，因此简化了制造工艺，从而降低了成本。此外，这类钢还具有良好的焊接性能，对在使用中崩刃的模具可进行焊补,55,特备参考,2 特殊用途冷作模具钢,2.1 耐蚀

40、模具钢9Cr18，Cr18MoV等 2.2无磁冷作模具钢7Mn15Cr2Al13V2WMo 简称7Mn15钢，在各种状态下都能保持稳定的奥氏体组织，具有非常低的磁导率、高的硬度、强度和较好的耐磨性。 化学成分，工艺性能，力学性能，应用。P51,56,特备参考,3 硬质合金和钢结硬质合金,3.1 硬质合金 硬质合金是以硬而难熔金属碳化物(碳化钨、碳化钛、碳化铬等)粉末为基体，以铁族金属(主要是钴)作粘结剂，混合加压成形，再经烧结而成的一种粉末冶金多相组合材料。硬质合金的种类有钨钴类(YG)、钨钴钛类(YT)、通用合金类(YW)、碳化钛基类(YN)等。冲模常采用钨钴类硬质合金(YG)制作。 硬质合

41、金与其他模具钢比较，具有更高的硬度和耐磨性，但抗弯强度和韧性差，所以，一般都选用含钴量多、韧性大的牌号。对冲击大、工作压力大的模具，如冷挤压模可选用含钴量较高的YG20、YG25等牌号；YGl5、YG20用于冲裁模；YG6、YG8、YG11用于拉深模。用硬质合金比一般工具钢制模具寿命可高出5100倍,57,特备参考,3.2 钢结硬质合金,用硬质合金作模具材料，硬度和耐磨性比较理想，但韧性差，加工困难。而钢结硬质合金却可取长补短。钢结硬质合金是一种新型的模具材料，是以一种或几种碳化物(碳化钛、碳化钨)为硬质相，以合金钢(如高速钢、铬钼钢)粉末为粘结剂，经配料、混料、压制、烧结而成的粉末冶金材料。

42、其性能介于钢与硬质合金之间。它既有高的强、韧性又可进行各种机械加工及热加工，并具有硬质合金的高硬度，经淬火、回火后可达6873HRC、高耐磨性，因此，极适于制造各种模具。但由于硬质合金和钢结硬质合金价格贵，且又韧性差，因此宜用镶嵌件形式在模具中出现，以提高模具的使用寿命、节约材料、降低成本。 常用的钢结硬质合金牌号有GT35、TLW50、TLMW50、GW50和DT等,58,特备参考,GT35、TLMW50、GW50钢结硬质合金 脆性大，在锻造过程中应以多向应力、单向变形的锻造方式较为合适。锻造中采用二轻一重的原则，锻比可取2。自由锻时每火径向变形取6%15%，模锻时每火轴向变形取15%25%

43、(开坯时取下限，锻透后取上限)，锻坯愈大，相应的变形愈小,59,特备参考,DT钢结硬质合金 显微组织具有硬质颗粒均匀弥散分布，颗粒尺寸细小，而GT35、TLMW50等钢结硬质合金中的硬质颗粒的分布呈明显的聚集状态，均匀度较差。DT合金的可锻性优于其他硬质合金，可锻温度较宽，热塑性较好，扭转720度后来出现裂纹，其他品种不是一周就易出现裂纹。锻造工艺为：700800预热，11501200始锻，850900终锻。在第一、二次锻打时，力求轻拍快打，进行镦粗，滚圆。每次锻打变形量控制在5%左右，须变向进行十字交叉锻打，以求锻透。改形锻打时，变形量可适当增加到10%15%。达到终锻温度时，应及时停止锻打

44、，重新回炉加热后再继续锻打，锻后必须缓冷,60,特备参考,九 冷作模具钢材料的选用,1，选用原则 常用冷作模具材料的性能对比 冲模工作零件常用材料及硬度要求 冲模结构零件用材料及硬度要求 采用新旧材料制造模具时的模具寿命对比,61,特备参考,2 冷作模具钢材料的选用,2.1 冲裁模模具材料的选用 寿命、被冲材质、生产批量、形状、精度要求、价格等。 (1)薄板冲裁模具用钢: 薄板冲裁模国内长期以来主要用材有T10A，CrWMn，9Mn2V，Cr12及Cr12MoV钢等。 新钢种的应用P56。 (2)厚板冲裁模具用钢: 一般批量较小时，可选T8A钢，用T8A钢制作模具寿命不高。 对于批量较大的厚板

45、冲裁模可选用W18Cr4V钢或W6Mo5Cr4V2钢制作凸模，用Cr12MoV钢制作凹模。 新钢种应用见表：282、283,62,特备参考,Cr4W2MoV钢 也是高耐磨微变形高碳中铬钢，替代 Cr12 型钢而研制的钢种，碳化物均匀性好，耐磨性高于 Cr12MoV ，适于制作形状复杂、尺寸精度要求高的冲压模具，可用于硅钢片冲裁模。 Cr4W2MoV 钢的热处理工艺：要求强度、韧性较高时，采用低温淬火、低温回火工艺：淬火温度 960980 ，回火温度 280320 ，硬度 6062HRC 。要求热硬性和耐磨性较高时，采用高温淬火、高温回火工艺：淬火温度 10201040 ，回火温度 50 054

46、0 ，硬度 6062HRC,63,特备参考,2.2 拉深模模具材料的选用 由于拉深模具的失效主要为粘附磨损和磨粒磨损，并以粘附磨损为主。因此选用的模具材料必须具有较高的耐磨性和抗粘附性能，以及足够的强度。选用时还应考虑被拉深材料的板料厚度、 拉深件的尺寸形状以及生产批量的大小等因素。 （一）轻载拉深（拉深薄钢板和 铜、 铝合金）时的模具材料 生产批量较小时，对于形状简单的筒形 浅拉深件 ，可选用 T8 、 T10 钢； 对于形状复杂的中小型件，选用 CrWMn 、 9Mn2V 。 中批量生产或生产批量较大时，选用 Cr12MoV 。 生产批量很大时，选用硬质合金 或钢结硬质合金 。 （二）重载

47、拉深（拉深厚钢板、反拉深、变薄拉深）时的模具材料 生产批量较小时，可选用 T10 、 CrWMn 。 生产批量较大时，选用 Cr12MoV 以及 GM 钢。 GM 钢的强度和韧性高于高速钢、 Cr12MoV ；抗粘附磨损和磨粒磨损能力明显优于基体钢和 Cr12MoV ，在拉 深模方面 已得到较好应用。 生产批量很大时，考虑选用硬质合金 或钢结硬质合金,64,特备参考,三）拉深不锈钢、 高镍合金钢 、耐热钢板的模具材料 拉深这类材料时，容易发生粘附和拉毛，首选模具材料为铝青铜。 生产批量较小时，可选用铝青铜、 T10A （镀硬铬，注意采用镀硬铬工艺时镀层不能太厚，以防拉深时剥落）。 生产批量较大

48、时，选用铝青铜、 Cr12MoV 、 Cr12Mo1V1 （表面渗氮）。 生产批量很大时，选用硬质合金。 （四）大型 拉深件 、汽车覆盖件的拉深模具材料 可以选用合金铸铁或高强度球墨铸铁。球墨铸铁能够浸入润滑油，组织中的石墨具有自润滑作用，能有效地减轻拉深中的摩擦，而且成本较低、容易加工。 高强度球墨铸铁可以采用双介质延迟冷却马氏体等温淬火，以获得较高的强度和韧性，硬度为 5558 HRC 。先将模具缓慢预热后再加热至 880900 ，保温后先空气预冷，然后盐水 淬冷至 550 左右即转入 油冷，当模温 降至 250 左右，放入 180200 的热油中等温保持 23 小时，再将油温降至 170

49、 左右等温 57 小时，最后转入空冷。 选用举例见表284,65,特备参考,2.3 挤压模模具材料的选用 传统的冷挤压模模具材料有碳素工具钢T10A钢，高碳低合金钢CrWMn，60Si2Mn钢，高耐磨冷作模具钢Cr12，Cr12MoV钢，冷作模具用高速钢W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2钢等。 选用举例见表285,66,特备参考,2.4 冷镦模模具材料的选用 （1）凸模必须承受强烈的冲击力，对模具寿命要求不高或轻载的冷镦模： 凸模可采9SiCr，T10A，Cr12MoV，GCr15，60Si2Mn钢制造； 凹模可采用T10A，Cr12MoV，GCr15钢制造; （2）对于重载、高寿命冷镦模，

50、应采用高强韧性、高耐磨性新型模具钢，如012Al，65Nb，LD，LM，18Ni，GM，6W6Mo5Cr4V钢。 应用举例见表286,67,特备参考,3 冷作模具钢的热处理工艺,3.1 冷作模具的制造工艺路线 常用冷作模具的制造工艺路线如下: (1)一般成型冷作模具 锻造球化退火机械加工成型淬火与回火钳修装配; (2)成型磨削及电加工冷作模具 锻造球化退火机械粗加工淬火与回火精加工成型（凸模成型磨削，凹模电加工）钳修装配; (3)复杂冷作模具 锻造球化退火机械粗加工高温回火或调质机械加工成型 钳修装配。 总之，模具制造工艺路线应根据材质及使用性能，选择合理的热处理工艺方案，并根据模具具体情况在

51、工艺路线中合理安排。但这也不是一成不变的，对于同一材质的不同模具，可采用不同的热处理方法、不同的工艺路线，因而获得的组织及机械性能也不相同。在生产中应针对满足模具的要求适当安排，从而获得最大的经济效益,68,特备参考,3.2 冷作模具材料的热处理特点 (1) 冷作模具钢含合金元素量多且品种多，合金化较复杂。钢的导热性差，而奥氏体化温度又高，因此加热过程宜缓慢，多采用预热或阶梯式升温方式。 (2) 为保护钢的表面质量，加热介质应予重视，所以普遍采用控制气氛炉、真空炉等先进加热设备和方法，盐浴加热应充分净化。 (3) 在达到淬火目的的前提下，应采用较缓和的冷却方式，如等温淬火、分级淬火、高压气淬、

52、空冷淬火等。 (4) 为了进一步强化，应采用冷处理、渗氮等表面处理方式。 (5) 盐浴处理后应及时清理，并高度重视工序间的防护工作。 (6) 冷作模具钢价格昂贵，冷作模具工件加工复杂、周期长、制造成本高、不宜返修。所以工艺制定和操作应十分慎重，以保证生产全过程的安全,69,特备参考,7) 线切割加工对模具热处理的影响： 冲裁模的加工工艺、工作条件、失效形式、性能要求不同，其热处理特点也不同。对有线切割加工的模具，线切割工序安排在淬火和回火之后，因为它破坏了工件热处理后的应力状态，并在表层产生了600900 MPa的拉应力，造成了局部应力的叠加，导致在线切割加工过程中的变形和开裂。这种变形和开裂

53、既和被切割工件的尺寸有关，又和被切除部分的体积有关。这是因为尺寸越大，内应力越大;切去部位越多，造成内应力的局部叠加的几率越大，变形和开裂的可能性越大,70,特备参考,3.3 典型冷作模具材料的热处理,3.3.1 冷冲裁模的热处理 冷冲裁模的热处理特点 薄板冲裁模的热处理特点: 厚板冲裁模的热处理特点: 厚板冲裁模失效分析表明，崩刃、折断往往是厚板冲裁模最早出现的失效形式。合理选择回火工艺，生产中制定热处理工艺时可参考如下方法: 高碳钢低温、短时、快速加热工艺: 等温淬火工艺: 利用多次相变重结晶，促使奥氏体晶粒细化: 细化碳化物处理: 典型冲孔模热处理如图211,71,特备参考,国内薄板冲裁

54、模用钢为 T10A 、 CrWMn 、 9Mn2V 、 Cr12 和 Cr12MoV 等。 其中 T10A 为碳素工具钢，有一定强度和韧性。但耐磨性不高，淬火容易变形及开裂，淬透性差，只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。 T10A 碳素工具钢的热处理工艺为： 760810 水或油 淬， 160180 回火，硬度 5962HRC 。 CrWMn 、 9Mn2V 是高碳低合金钢种，淬火操作简便，淬透性优于碳素工具钢，变形易控制。但耐磨性和韧性仍较低，应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。 CrWMn 钢的热处理工艺为：淬火温度 820840 油冷 ，回火温度 200 ，硬度 606

55、2HRC 。 9Mn2V 钢的热处理工艺为：淬火温度 780820 油冷 ，回火温度 150200 ，空冷，硬度 6062HRC 。注意 回火温度在 200300 范围有回火脆性和显著体积膨胀，应予避开,72,特备参考,3.3.2 冷拉深模的热处理,1)冷拉深模的性能要求 在冷拉深时，冲击力很小，主要要求模具具有高的强度和耐磨性，在工作时不发生粘附和划伤，具有一定韧性及较好的切削加工性能，并要求热处理时模具变形小。对模具用钢的强度要求可以根据被拉深材料的强度和板材的厚度来决定，拉深件批量的大小及形状也应予以考虑。 (2)冷拉深模的热处理特点 制定和实施热处理工艺时主要注意以下几点: 避免模具表

56、面产生氧化、脱碳 避免模具表面产生硬化接点 对被拉深材料进行良好的润滑 典型拉深模的热处理工艺如图29所示,73,特备参考,3.3.3 冷挤压模的热处理,1)冷挤压模模具的性能要求 冷挤压时，金属在三向不均匀的压力下产生塑性变形，这就需要模具不但具有很高的强度和耐磨性，能承受住反复作用的高压力而不发生破坏，而且还应该具备抵抗微小塑性变形的能力，才能保证模具在高压下工作时不变形。此外，金属变形过程中会产生热效应，使工件和模具的温度升高，因此还需要模具具有较高的回火稳定性。 (2)冷挤压模模具的热处理特点 为了能满足冷挤压模具的性能要求，在制定和实施热处理工艺时应注意以下几点: 避免材料碳化物偏析

57、 采用常用工艺的下限温度淬火 控制一定的残余奥氏体量 采用等温淬火方法 应用表面强化处理 在使用过程中进行低温去应力回火 典型冷挤压模热处理工艺如表6-21所示,74,特备参考,3.3.4 冷镦模的热处理,1)冷镦模模具的性能要求 冷镦压是指金属坯料在室温下受冲击压力后高度方向尺寸减少，而垂直于压力方向的横截面积尺寸增加的成型方法。 要求冷镦模具有高硬度、高强度、高耐磨和足够的韧性。为保证冷镦模具有较好的强度和韧性，冷镦凹模的表层应有1.5mm以上的硬化层，硬度为5862HRC，而心部只需硬度较低、韧性较好的索氏体组织，不能将整个截面都淬硬。 (2)冷镦模模具的热处理特点 为了能满足冷镦模的性能要求，冷镦模的热处理有如下特点: 采用喷水淬火方法 回火要充分 采用快速加热工艺以减少冷镦模的淬火变形 采用表面处理,75,特备参考,3.3.5 冷作模具材料热处理实例,1）硅钢片冷冲裁模具 用Cr12MoV钢制作