第4章 冷作模具材料

1、模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术第第4 4章章 冷作模具材料冷作模具材料模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术碳素工具钢2冷作模具材料及性能要求1第4章 冷作模具材料高碳高铬模具钢4高碳低合金钢3模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术高速耐磨模具钢6高碳中铬模具钢5第4章 冷作模具材料冷作模具材料的选用8特殊用途冷作模具钢7模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.1 冷作模具材料及性能要求12使用性能使用性能工艺性能工艺性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.1.1 使用性能硬度和耐磨性强度和韧性 抗疲劳性能热硬性模具材料及表面工程技术模具材料及表面

2、工程技术4.1.2 工艺性能可锻性可切削加工性淬透性与淬硬性淬火变形倾向小和淬裂敏感性模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2 碳素工具钢12牌号牌号力学性能力学性能34工艺性能工艺性能选用范围选用范围模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.1 牌号 常用冷作模具的碳素工具钢有T7A、T8A、T10A、T12A等等。在钢号后面加A,代表高级优质钢,其碳的质量分数wc0.02%，磷质量分数wP0.03%。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.2 力学性能（1）含碳量的影响模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.2 力学性能（2）淬火温度的影响 提高

3、淬火温度会使碳素工具钢的强韧性下降，但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。因此,对于容易淬透的小型模具,可采用较低的淬火，而对大、中型模具应适当提高淬火温度或采用高温快速加热工艺。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.2 力学性能（3）回火温度的影响 模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.3 工艺性能（1）锻造性能 模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.3 工艺性能（2）退火 模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.3 工艺性能 模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.3 工艺性能（3）淬火 模具材料及表面

4、工程技术模具材料及表面工程技术4.2.3 工艺性能接上图 模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.3 工艺性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.3 工艺性能（4）回火 碳素工具钢在淬火后具有高硬度,但存在淬火内应力,塑性很低,强度也不高,必须经过低温回火,使钢中的残余应力得到部分消除,使钢的机械性能改善,模具得以应用。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.2.4 选用范围 综上所述,用作冷冲模的碳素工具钢主要有T7A、T8A、T10A、T12A。碳素工具钢只适宜制造尺寸较小、形状简单、受载较轻、生产批量不大的冷作模具。模具材料及表面工程技术模具材料及表面

5、工程技术4.3 高碳低合金钢12类型及牌号类型及牌号工艺性能工艺性能3典型钢种介绍典型钢种介绍模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.1 类型及牌号 模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.2 工艺性能（1）退火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.2 工艺性能（2）淬火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.2 工艺性能（3）回火工艺 高碳低合金钢制的模具一般在较低温度下回火（120200），在要求有较高弹性等情况下，回火温度可提高到300350。 回火时间通常是在150180温度下60min，就足以消除残余应力。如果在120200回

6、火，时间应延长到612h。为了防止由于淬火应力导致模具开裂，一般在模具淬火后应立即回火。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.3 典型钢种介绍4.3.3.1 4.3.3.1 CrWMnCrWMn钢钢（1）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.3 典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火工艺回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.3 典型钢种介绍（3）应用范围 CrWMn钢的硬度、强度、韧性及淬透性均优于碳素工具钢，主要用于制造要求变形小、形状复杂的轻载冲裁模具（板厚2mm）、轻载拉深模具和弯曲、翻边模具等。但由于该钢碳化物偏析倾向大

7、，韧性较差，模具使用中易产生脆性损坏，因而制作大截面模具时应特别注意。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.3 典型钢种介绍4.3.3.2 9Mn2V4.3.3.2 9Mn2V钢钢（1）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.3 典型钢种介绍模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.3 典型钢种介绍（2）工艺性能 锻造工艺 退火工艺 淬火工艺 回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.3 典型钢种介绍（3）应用范围 9Mn2V冷加工性能好,热处理工艺性能好,变形及淬裂倾向小,适应制造一般要求的尺寸较小的冷冲模、冷压模、雕刻模、落料模

8、等。制作冲件厚度小于4mm的冷冲模，刃磨寿命稳定在23.5万次的水平。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.3.3 典型钢种介绍4.3.3.3 9SiCr4.3.3.3 9SiCr钢钢力学性能工艺性能适用范围模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.4 高碳高铬模具钢12Cr12Cr12钢钢Cr12MoVCr12MoV和和CrMo1V1CrMo1V1钢钢模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.4.1 Cr12钢（1）力学性能（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺（3）应用范围模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.4.2 Cr12MoV和CrMo1V1钢（

9、1）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.4.2 Cr12MoV和CrMo1V1钢（2）工艺性能锻造工艺退火工艺预调质处理工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.4.2 Cr12MoV和CrMo1V1钢a.低淬低回工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.4.2 Cr12MoV和CrMo1V1钢b.中淬中回工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.4.2 Cr12MoV和CrMo1V1钢模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.4.2 Cr12MoV和CrMo1V1钢c.高淬高回工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技

10、术4.4.2 Cr12MoV和CrMo1V1钢（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。 D2钢的强韧性、抗回火稳定性比Cr12MoV高，耐磨性也有所提高，用D2钢制作的冷冲裁模、滚丝模、滚轧轮等，使用寿命均比 C r 1 2Mo V 钢提高56倍,但D 2钢的锻造性能及热塑成型性比C r 1 2Mo V钢略差。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5 高碳中铬模具钢12力学性能力学性能工艺性能工艺性能3典型钢种介绍典型钢种介绍模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5

11、.1 力学性能 从这类钢的成分表可知，这类钢的特点是含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，耐磨性好，热处理变形小，淬透性和淬火性高，淬火变形小，尺寸稳定性好。适宜制造重负荷、高精度的冷作模具。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.2 工艺性能（1）锻造与退火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.2 工艺性能（2）淬火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.2 工艺性能（3）回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.2 工艺性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.3 典型钢种介绍4.5.3.1 Cr4W2MoV4.

12、5.3.1 Cr4W2MoV（1）主要性能特点 Cr4W2MoV钢是针对Cr12型钢的缺点而研制的新钢种，Cr含量比Cr12型钢减少2/3，属于高碳中铬，与Cr12型钢相比，碳化物颗粒细小，分布均匀，具有较高的淬透性和淬硬性，耐磨性相当，淬火变形小，尺寸稳定性好。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.3 典型钢种介绍（2）热加工工艺锻造退火淬火和回火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.3 典型钢种介绍 Cr4W2MoV钢主要用来替代Cr12型钢制造各种冲模、冷锻模、落料模、冷挤凹模及搓丝板等，并能提高模具寿命。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.3

13、 典型钢种介绍4.5.3.2 65Cr4W3MoVNb4.5.3.2 65Cr4W3MoVNb钢钢（1）力学性能 65Nb钢具有较高的强韧性，其韧性比母体高速钢W6Mo5Cr4V2和高碳高铬钢都有较大幅度的提高,在压力低于2450MPa的冷挤模、冷镦模上应用时，使用寿命比高速钢和高碳高铬钢成倍提高。但在压力超过2450MPa的模具上应用，并要求有高耐磨性的情况下，65Nb钢的抗压屈服强度和耐磨性均显得不足。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.3 典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.3 典型钢种介绍退火工艺模具材料及表面工程技术模

14、具材料及表面工程技术4.5.3 典型钢种介绍淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.5.3 典型钢种介绍（3）应用范围 65Nb钢是一种高强韧性冷热兼用模具钢，广泛用于制作各类冷作模具，特别适用于复杂、大型或难变形金属的冷挤压模具和受冲击负荷较大的冷锻模具，有时也用于热作模具，但以冷作模具为主。65Nb钢还可用于钢铁材料的温热模具。由于65Nb抗压强度和耐磨性不足，不能用于挤压2500MPa的钢铁材料挤压模具及要求高耐磨的模具。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6 高速耐磨模具钢12力学性能力学性能工艺性能工艺性能3典型钢种介绍典型钢种介绍模具材料及表面工程

15、技术模具材料及表面工程技术4.6.1 力学性能 从化学成分表中可见,高速钢的wc=0.7%0.9%，含量元素总量大于15%。这就决定它们具有高强度、高抗压性、高耐磨性,同时具有很高的回火稳定性和热硬性。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6.2 工艺性能（1）锻造与退火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6.2 工艺性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6.2 工艺性能（2）淬火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6.2 工艺性能（3）回火工艺 高速钢制的模具淬火后的组织处于不稳定状态,内应力高,脆性较大,而且钢中的残余奥氏体含量较多,故必

16、须进行充分地回火,降低钢中残余奥氏体量,从而改善钢的机械性能。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6.3 典型钢种介绍4.6.3.1 6W6Mo5Cr4V4.6.3.1 6W6Mo5Cr4V钢钢（1）力学性能模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6.3 典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6.3 典型钢种介绍（3）应用范围 用6W6钢可替代高速钢和高碳高铬钢，制作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。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4

17、.6.3 典型钢种介绍4.6.3.2 W18Cr4V4.6.3.2 W18Cr4V和和W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2钢钢（1）力学性能 W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2钢即为传统的高速钢，主要性能特点是具有高强度、高抗压性、高耐磨性，同时具有很高的回火稳定性和热硬性。其承载能力位于各种传统的冷作模具钢之首。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6.3 典型钢种介绍（2）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺a.常规淬火和回火工艺b.低温淬火和回火c.贝氏体等温淬火模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.6.3 典型钢种介绍（3）应用范围 高速钢主要用来制作重负荷

18、冲头，如冷挤压黑色金属的凸模、冷镦冲头、中厚钢板冲孔冲头，直径小于56mm的小凸模以及用于冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强度钢板的中、小型凸模和粉末冶金压模等。W6Mo5Cr4V2钢的综合性能优于W18Cr4V钢，所以应用更加广泛，制作重载冲头的使用效果更好。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7 特殊用途冷作模具钢127CrSiMnMoV7CrSiMnMoV钢钢马氏体时效钢马氏体时效钢347Mn15Cr2Al3V2WMo7Mn15Cr2Al3V2WMo无无磁冷作模具钢磁冷作模具钢金属陶瓷型硬质合金金属陶瓷型硬质合金5钢结硬质合金钢结硬质合金模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4

19、.7 特殊用途冷作模具钢62低熔点合金低熔点合金锌基合金锌基合金模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7.1 7CrSiMnMoV钢（1）工艺性能锻造工艺退火工艺淬火、回火工艺模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7.1 7CrSiMnMoV钢（2）力学性能 与常用模具钢9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV比较,CH-1钢的强韧性占明显优势。火焰淬火能使表面获得高硬度、心部高韧性,模具不易发生开裂、崩刃等，同时表面硬化层形成压应力，可显著提高疲劳强度，延长模具使用寿命。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7.1 7CrSiMnMoV钢（3）应用范围 采用火焰加

20、热淬火具有设备简单、操作方便、生产率高等优点，并解决了大型模具表面局部淬火的难题。CH-1钢在标准件、轴承、电子电器、汽车等行业得到了广泛应用。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7.2 马氏体时效钢模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7.3 7Mn15Cr2Al3V2WMo无磁冷作模具钢 7Mn15钢适于制造无磁模具、无磁轴承及其他在强磁场中不产生磁感应的结构零件。该钢还具有较高的高温强度和硬度，也可以用来制造700800温度下使用的热作模具。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7.4 金属陶瓷型硬质合金 模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7

21、.5 钢结硬质合金 模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7.6 低熔点合金 低熔点合金是指熔点在300以下的合金。用这类材料制造模具具有周期短、成本低、工艺简单、无需机械加工等特点，因此，近年来开始用这类合金制作多品种、小批量试制生产的塑料模、拉深模和成型模等。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.7.7 锌基合金 锌基合金是以锌为基体的锌、铝、铜三种元素的合金，并加入微量的镁组成。锌基合金具有一定的强度，可以制造冲裁模、拉深模、弯曲模、成型模等。适用于薄板零件的中小批量生产和新产品试制。模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.8 冷作模具材料的选用12冲裁模冲裁模拉深模拉深模34弯曲模弯曲模拉丝模拉丝模5冷挤压模冷挤压模模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.8 冷作模具材料的选用67冷镦模冷镦模冷冲模结构零件材料的选用冷冲模结构零件材料的选用模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.8.1 冲裁模（1）冲裁模的工作条件和性能要求模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.8.1 冲裁模（2）冲裁模工作零件材料的选用模具材料及表面工程技术模具材料及表面工程技术4.8.2 拉深模（1）拉深模对材料的性能要求