第3章 冷作模具材料及热处理

1、主讲教师：施钢 班级：10材料1、2 2013年3月8日 厦门理工学院 冷作模具材料的主要性能要求 冷作模具材料及热处理 冷作模具材料及热处理的选用实例 教学要求： 1、理解冷作模具材料的；主要性能要求 2、掌握通常冷作模具的制造工艺路线 3、理解各类冷作模具材料的热处理 教学的重点 冷作模具的制造工艺路线 各类典型冷作模具的热处理 冷作模具材料 主要有冷冲模、冷剪切模、冷冲裁模、冷挤压模、冷拉深模、冷镦模、拉丝模、滚丝模等。 模具工作载荷大、尺寸精度、表面质量要求高、加工批量大,多数为最终产品。 为适应这种工况要求,多采用高碳钢或合金钢制作, 淬火+低温回火，工作硬度为5860HRC。 冷作

2、模具钢要求有足够的强度(包括抗拉、抗压和抗弯强度) 、韧度、硬度、抗磨能力(特别是 表面抗磨损能力)及抗疲劳能力(特别是多冲疲劳性能) ; 对于大载荷的冷挤压和冷镦锻体成型模具,因剧烈变形产生热量(约300) ,要求材料具有更高 的抗变形和断裂能力。 使用性能 耐磨性：硬度、耐磨性指数、咬合抗力 强度：硬度、抗压强度、抗弯强度 韧性：冲击韧性、疲劳抗力 受热软化抗力 工艺性能 锻造工艺性 切削工艺性 热处理工艺性 1、低淬透性冷作模具钢 碳素钢：T7A、T8A、T9A、T10A、T11A 低合金钢：Cr2、9Cr2 8MnSi 中合金钢： CrW5 滚动轴承钢：GCr15 硬质合金：W、V 2

3、、低变形冷作模具钢 低合金钢：CrWMn、9CrWMn、MnCrWV 9Mn2、9Mn2V SiMnMo 3、高耐磨微变形冷作模具钢 高合金钢：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V、Cr12Mo1V1 中合金钢：Cr4W2MoV、Cr5Mo1V、Cr2MnSiWMoV、Cr6WV、Cr6W3Mo2V2 4、强度高耐磨冷作模具钢 高速钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N 5、高强韧冷作模具钢 高速钢：6W6Mo5Cr4V 高合金钢：7Cr7Mo2V2Si(LD)、7CrSiMnMoV、 6CrNiMnSiMoV（GD）、8Cr2MnWMoVSi 基体钢： 6C

4、r4W3Mo2VNb(65Nb) 6、抗冲击冷作模具钢 4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si 9CrSi、60Si2Mn、5CrMnMo、5CrNiMo、5SiMnMoV 7、特殊用冷作模具钢 通常冷作模具的制造工艺路线 （1）一般成型冷作模具： 锻造球化退火机加工成形淬火+回火钳工装配 （2）成形磨削及电加工冷作模具： 锻造球化退火机加粗加工淬火+回火精加工钳工装配 （3）复杂冷作模具： 锻造球化退火机加粗加工高温回火或调质机加工成形淬火 +回火（精加工）钳工装配 如图冷挤压凸模，用于挤压黄铜， 材料选Cr12MoV钢，要求硬度62 64HRC。 （1）试述Cr12MoV钢的锻造和

5、热 处理工艺特点。 （2）试按常规热处理规范，确定 该模具的制造工艺。 （3）在各工序终了，模具材料的 的微观组织如何？ （4）如在使用中，该凸模常发生 脱帽方式断裂，原因是韧性不足， 试提出改进方案。 Cr12是一种应用广泛的冷作模具钢。 Wc=2.2%，属高碳高铬类型的莱氏体钢，冲击韧度较差、易脆裂，易形成 不均匀的共晶碳化物。 Cr12中存在大量Cr元素，主要形成（CrFe)7C3型化合物，而渗碳体型碳化物 极少。 Cr增加钢的淬透性和淬硬性。 铸态时存在鱼骨状共晶碳化物，锻轧后过程共晶物破碎，但分布不均匀。 应通过镦粗拉拔且反复多次的三向锻造变形工艺 退火可采用球化退火，但最好采用等温

6、球化退火。 淬火加热时碳化物大量溶入奥氏体中，淬火后得到高硬度马氏体。 回火时马氏体析出大量弥散分布的碳化物。碳化物硬度很高，提高了钢的 耐磨性。 Ms低，淬后模具钢中有大量的残余奥氏体，减少了模具淬火时的变形。 合理的锻造工艺,改善碳化物分布状 态,提高材料的力学性能。 模具在选材时,要进行金相检验。 在较大规格的钢材中残留明显的带状或 网状碳化物,这种组织给Cr12 钢的使用 性能带来不利影响, 主要原因是: 网状碳化物的存在使钢的韧性明显 降低; 带状组织使钢的力学性能和物理性能 出现明显各向异性; 碳化物不均匀性使钢材淬火开裂倾向 增大; 碳化物不均匀性导致钢材的磨削性和 耐磨性降低。

7、 球化退火，获得均匀分布的球状珠光体和高度弥散均匀分布的细颗粒状合 金碳化物。 注意：碳化物形态与分布。 如何识别锻造工艺正确与否？ 如何改善具有网状渗体组织的Cr12钢? 三种方法。 W18Cr4V 中主要含有碳、钨、铬、钒等元素, 各元素在高速钢中的作用各有 不同。 C=0.70.8%，若含碳量太低, 则降低了高速钢的硬度、红硬性和耐磨性; 若 含碳量偏高, 则硬度和红硬性有所提高, 同时使碳化物的不均匀性增加, 使钢 的塑性降低, 工艺性能变差; 若再提高含碳量, 则使熔点过度降低, 迫使淬火 温度下降过甚, 使钢的红硬性和机械性能都下降。 钨是影响高速钢红硬性的主要元素, 钨的作用与钒

8、的含量有一定的关系,当含 钒量较低时(如1%1.2%), 红硬性和切削性能随钨量的增加而增加, 含钨量达 到18%, 其性能最好; 钨可强烈降低钢的导热系数, 因此高速钢加热和冷却必 须缓慢进行; 钨还可以增加钢的淬透性, 但比铬小, 钨使碳化物的不均匀性增 加。 加入铬主要作用是提高淬透性, 高速钢在淬火加热时, 铬几乎全部熔入奥氏 体中, 奥氏体的稳定性得以提高, 增强了钢的淬透性, 4%的铬能充分满足高速 钢对淬透性的要求; 铬还能提高钢的抗氧化脱碳和抗腐蚀能力。 钒与钨一样, 也是影响高速钢红硬性的元素之一, 但二者不能互相替代, 钒 的弥散硬化作用比钨强烈, 而熔入固溶体的钨, 则可

9、提高马氏体的回火稳定性, 钒也能提高马氏体的分解温度, 但作用不如钨突出; 随着钒含量的增加, 则红 硬性和耐磨性提高。 某厂用H13 钢做模具冲头挤压2A11 或2A12铝合金零件,模具冲头的寿命很 短,最多挤压100 多个零件。模具冲头的主要失效形式为断裂。 H13 钢模具冲头虽经过多次工艺试验,始终不能解决模具强度和韧性的匹 配,不能有效地提高模具冲头的使用寿命。 通过分析模具冲头的失效原因,认为要提高模具冲头的使用寿命,必须提高 模具冲头的强度和韧性。 对经热处理后能保证足够强度和较高韧性的材料加以分析,最后选取 W18Cr4V 高速钢作为模具冲头材料,并在工艺上加以改进,采用低温加热淬 火,使其强度和韧性能够有效匹配,满足生产要求。 出料孔设计在凹模上,且将出料孔增大,模具冲头所能承受的力显著提高,其 使用寿命也将显著提高。 模具改进后,其使用寿命可提高到上万次,满足生产需要。 某厂使用的冷挤压凹模结构如图1所示,材质为高速