第三章-冷作模具材料及热处理课件

1、第一节 冷作模具材料的主要性能要求第二节 冷作模具材料及热处理 第三节 冷作模具材料及热处理工艺的选用实例 第三章 冷作模具材料目录第一节 冷作模具材料的主要性能要求 一、冷作模具材料的使用性能要求 二、冷作模具材料的工艺性能要求 三、冷作模具材料的内部冶金质量要求第二节 冷作模具材料及热处理 一、低淬透性冷作模具钢及热处理 二、低变形冷作模具钢及热处理 三、高耐磨微变形冷作模具钢及热处理 四、高强度高耐磨冷作模具钢及热处理 五、高强韧性冷作模具钢及热处理 六、抗冲击冷作模具钢及热处理 七、特殊冷作模具钢及热处理 八、硬质合金模具材料及热处理第三节 冷作模具材料及热处理工艺的选用实例 一、螺母

2、冲孔模及热处理 二、冷挤压凸模及热处理 三、采用线切割加工成型凹模及热处理第三章 冷作模具材料目录第一节 冷作模具材料的主要性能要求 一、冷作模具材料的使用性能要求 二、冷作模具材料的工艺性能要求 三、冷作模具材料的内部冶金质量要求第三章 冷作模具材料目录 冷作模具在使用中主要受到压缩、拉伸、弯曲、冲击、摩擦等机械力的作用。 冷作模具材料的正常失效形式主要是磨损、脆断、弯曲、咬合、塌陷、啃伤、软化等。 要求冷作模具钢应在相应的热处理后，具有高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、抗咬合等性能。 冷作模具在使用中主要受到哪些机械力的作用？冷作模具的正常失效形式有哪些？冷作模具钢在热处理后应具有哪

3、些性能？ 第一节 冷作模具材料的主要性能要求 一、冷作模具材料的使用性能要求（一）变形抗力（二）断裂抗力（三）耐磨性（四）咬合抗力（五）受热软化抗力第三章 冷作模具材料目录第一节 冷作模具材料的主要性能要求 一、冷作模具材料的使用性能要求（一）变形抗力衡量冷作模具材料变形抗力的指标：1.硬度 HB、 HRC、 HV2.抗压强度bc3.抗拉强度b 4.抗弯曲强度bb第三章 冷作模具材料目录1. 硬度与变形抗力的关系硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响 1-W6Mo5Cr4V2钢;2-Cr12MoV钢;3-Cr5Mo1V钢1、硬度与变形抗力成正比例关系2、相同硬度下，不同模具钢表现的变形抗力不同

4、合金度越高，抗压强度越大硬度的局限性：不能充分反映模具的变形抗力指标。2抗压强度 抗压强度是衡量冷作模具钢变形抗力的主要指标，其特点是这种试验方法最接近于凸模的实际工作条件，因而所测得的性能数据与凸模在工作时所表现出的变形抗力较为吻合。3抗弯强度 抗弯试验的优点是测试方便，应变量的绝对值大，能灵敏地反映出不同钢种之间在不同热处理状态下变形抗力的差别。 第一节 冷作模具材料的主要性能要求 一、冷作模具材料的使用性能要求（二）断裂抗力1一次性脆断抗力 能表征一次性脆断抗力的指标为： 一次冲击断裂功 抗压强度 抗弯强度上述指标可反应凸模在过载时的断裂抗力。第三章 冷作模具材料目录第一节 冷作模具材料

5、的主要性能要求 一、冷作模具材料的使用性能要求（二）断裂抗力2疲劳断裂抗力 下列指标可反映模具在不同工作条件下的疲劳断裂抗力： 小能量多次冲击断裂功 多次冲击断裂寿命 拉-压疲劳强度或疲劳寿命 接触疲劳强度 接触疲劳寿命它们可由在一定的循环载荷下所表现出的断裂循环次数，或在规定的循环次数下能导致试样断裂的载荷值来表征。第三章 冷作模具材料目录2疲劳断裂抗力 图3-2所示为三种冷作模具钢的拉压疲劳曲线。 可见，以W6M05Cr4V2钢最好，CrWMn钢最差。 目录第一节 冷作模具材料的主要性能要求 一、冷作模具材料的使用性能要求（三）耐磨性第三章 冷作模具材料 耐磨性：冷作模具钢的基本性能之一。

6、 相对耐磨性指数：表征不同化学成分及组织状态下的耐磨性水平参数。 图3-3：用不同钢种制作标准冲孔模，对冷轧硅钢片进行冲孔试验，以呈现规定毛刺高度前的冲次(寿命)反映各钢种的耐磨性水平。以Cr12MoV钢为基准(=1)，进行对比。第一节 冷作模具材料的主要性能要求 一、冷作模具材料的使用性能要求（四）咬合抗力 咬合：零件成形时，模具的表面由于两金属间原子扩散的作用，往往会有一些被加工金属粘附尤其是冲压模具表面会产生结疤冷焊现象。 咬合的结果：影响刃口的锋利程度，使刃口部分崩裂或划伤模具。 咬合抗力：对发生“冷焊”的抵抗能力。 咬合临界载荷：在干摩擦条件下把被试验模具钢的试样与具有咬合倾向的材料

7、进行恒速对偶摩擦运动，以一定速度逐渐增大载荷时，转矩也相应增大，当载荷加大到某一临界数值时，转矩突然急剧增大，这意味着已发生咬合。这一载荷称为“咬合临界载荷”。 临界载荷愈高，标志着咬合抗力愈强。第三章 冷作模具材料目录第一节 冷作模具材料的主要性能要求 一、冷作模具材料的使用性能要求（五）受热软化抗力 受热软化抗力：反映了冷作模具钢在承载时的温升对硬度、变形抗力及耐磨性的影响。表征冷作模具钢受热软化抗力的指标主要有两项： 软化温度：保持硬度58HRC的最高回火温度值。 它反映铡种在常规热处理状态下能保持模具常用的工作硬度所允许的极限温度。 二次硬化硬度：于一定温度回火后，模具钢产生二次硬化的

8、硬度。 它反映该钢种经热处理后，能否接受表面强化处理(如渗氮、软氯化、离子渗氯等)。对高强韧性钢种，不应低于60HRC，对高承载能力的钢种，应达到62HRC以上的水平。第三章 冷作模具材料目录第一节 冷作模具材料的主要性能要求 二、冷作模具材料的工艺性能要求 (一)锻造工艺性 良好的锻造工艺性：是指可锻性好，即热锻变形抗力低、塑性好，锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及析出网状碳化物缺陷的倾向低。 （二）切削工艺性 切削工艺性：是指可加工性和可磨削性。对可加工性的要求是：切削用量大、刀具耗损低、加工表面平滑光洁。 切削试验指数V60：用普通刀具切削被试验金属材料，当刀具的耐用度达到60min时，以允许

9、的最大切削速度V60的高低来评定材料的加工性。 在同样条件下，V60越大，加工性越好。 相对可切削性指数：kV=V60/V060 kV越大，加工性越好。 V60被试验材料的切削试验指数 V060抗拉强度为637MPa的45钢的切削试验指数 常规退火硬度值：220255HBS？ 可磨削性的要求：砂轮相对耗损量小，无烧伤极限磨削用量大对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤、磨裂。目录第一节 冷作模具材料的主要性能要求 二、冷作模具材料的工艺性能要求 (三)热处理工艺性 1.退火工艺性 球化退火温度范围宽，退火硬度低而稳定(一般为227241HBS)，形成片状组织倾向低； 2淬透性 淬火易于获得深

10、透的硬化层、适于用缓和的淬火剂冷却硬化。淬透性指标包括淬透临界直径(Dc)，标准端淬深度(d)，临界淬火冷速(vC)。 3淬硬性 对淬硬性的要求是：淬火后易获得高而均匀的表面硬度(一般为60HRC左右)。 4脱碳、侵蚀敏感性 高温加热时脱碳速度慢，抗氧化性能好，对淬火加热介质不敏感，生成麻点的倾向低。 5过热敏感性 获得细晶粒、隐晶马氏体的淬火温度范围宽。 6淬裂敏感性 常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件的尖角形状因素不敏感，缓慢冷却可淬硬。 7淬火变形倾向 常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。淬火变形倾向指标包括：临界淬火冷速 (vC)，淬火体积变化率(V)，不同流线

11、取向的试样的变形差异率(C)，C形试样变形量(C)。 目录第一节 冷作模具材料的主要性能要求 三、冷作模具材料的内部冶金质量要求 (一)成分偏析 模具钢从液态凝固时，由于选分结晶异分凝固，结晶过程中结晶出的晶体和母液的化学成分不一样，成分和结构同时都发生变化，钢中各种元素分布不均匀而形成偏析。这种化学成分的偏析将造成组织和性能的不均匀，影响钢材质量。国内外很多钢厂都在致力于生产成分均匀、组织细化的钢材。 (二)磷硫含量 钢中磷和硫在凝固过程中形成磷化物和硫化物晶界沉淀，因而会产生晶间 脆性，使钢的塑性降低，钢锭锻轧时还易于在偏析区产生裂纹。国内外都在研制磷、硫含量低、纯净度高的钢材。 (三)钢

12、中夹杂物 钢中非金属夹杂物在某种意义上可以看成是一定尺寸的裂纹，它破坏了金属 的连续性，引起应力集中。在外界应力作用下，裂纹延伸很容易发展扩大而导致模具失效。塑性夹杂物的存在，会随着锻轧过程延展变形，使钢材产生各向异性。同时夹杂物在抛光过程中剥落，会增加模具表面的粗糙度值。因此，对于大型和重要的模具来说提高钢的纯净度是十分重要的。 目录第一节 冷作模具材料的主要性能要求 三、冷作模具材料的内部冶金质量要求 (四)碳化物不均匀性 含碳量高的模具钢，可能形成网状碳化物或带状碳化物。 严重的网状碳化物或带状碳化物可能引起应力集中，成为裂纹源，还可使钢产生各向异性，淬火时易于在碳化物聚集处产生过热、过

13、烧。 必须严格控制碳化物不均匀度的级别，一定尺寸的模具，碳化物的不均匀度应低于一定级别（比如不应高于3级）。 锻造：降低碳化物不均匀度级别。 (五)疏松 钢材由液态凝固时产生的疏松，降低了钢的强度和韧性，也增大了加工后的表面粗糙度值。 冷轧辊、大型模块、凸模等模具对疏松级别有特别的要求 深型腔的锻模和凸模：疏松不超过1级或2级 表盘冲压模：疏松不超过1级。 目录第二节 冷作模具材料及热处理 一、低淬透性冷作模具钢及热处理 二、低变形冷作模具钢及热处理 三、高耐磨微变形冷作模具钢及热处理 四、高强度高耐磨冷作模具钢及热处理 五、高强韧性冷作模具钢及热处理 六、抗冲击冷作模具钢及热处理 七、特殊冷

14、作模具钢及热处理 八、硬质合金模具材料及热处理第三章 冷作模具材料目录目录碳素工具钢(1)化学成分表2-1 碳素工具钢的化学成分(质量分数) %（摘自GB/T 1298-2008）牌号化学成分(质量分数)/%CMnSiSPT7/T7A0.650.740.400.350.030/0.0200.035/0.025T8/T8A0.750.840.400.350.030/0.0200.035/0.025T8Mn/T8MnA0.800.900.400.600.350.030/0.0200.035/0.025T9/T9A0.850.940.400.350.030/0.0200.035/0.025T10/T

15、10A0.951.040.400.350.030/0.0200.035/0.025T11/T11A1.051.140.400.350.030/0.0200.035/0.025T12/T12A1.151.240.400.350.030/0.0200.035/0.025T13/T13A1.251.350.400.350.030/0.0200.035/0.025注：注：(1)钢中残余元素允许含量(质量分数)Cu0.25%, Cr0.25%, Ni0.20%, Mo0.20%,W0.20%,V0.02%。(2)供应制造铅浴淬火钢丝时，残余元素允许含量(质量分数) Cr0.10%, Ni0.12%, C

16、u0.20%, (Cr+Ni+Cu)0.40%。 碳素模具钢的热处理特点是必须采用水或水溶液作淬火介质，是典型的水淬模具钢，故被称为“水淬硬模具钢”第二节 冷作模具材料及热处理一、低淬透性冷作模具钢及热处理 代表钢号： T8A 、T10A、Cr2 特点：回火抗力低，淬透性低，硬化层浅，承载能力低。 用途：中、小批量生产的冷冲模，冷镦模、冲剪工具 (一)成分、组织特点 1. 成分：wC=0.71.7wMe=2。 2 .平衡态组织： T7A：F+P T8A：P 其余钢：Fe3C+P, Cr2、T12A易于析出网状碳化物。 (二)淬透性水平 Dc(油)=525mm 油淬：合金模具钢 水淬：碳素工具钢

17、及其他低淬透性钢。 硬化层较浅，有的仅为1.53mm。 目录碳素工具钢预先热处理：等温球化退火碳素工具钢一般采用等温球化退火来消除钢坯的锻造应力，细化组织，降低硬度，便于切削加工，同时为淬火做好组织准备。表4.6常用工具钢等温球化退火工艺规范钢 号临 界 点 /加热温度/等温温度/硬度(HBS)AclAcmArlT8A730700740760650680187T10A730800700750770680700197T12A730820700750770680700207等温球化退火工艺：加热温度: Ac1+(2040)等温温度: Ar1(2030) 第二节 冷作模具材料及热处理一、低淬透性冷作

18、模具钢及热处理 (三)强韧性水平 模具直径大于30mm时，淬火可形成薄壳淬硬层，耐磨, 抗压能力达5001000MPa，具有较高的疲劳抗力和脆断抗力 但由于硬化层太浅，总体来看，其抗压水平较低。 （四）低淬透性冷作模具钢的最终热处理规范 如表3-5所示。 淬火温度：Ac1+3050 淬火介质：碳素工具钢水（较大件）或油（小件） 合金钢油（大多数）或水（个别低淬钢：W钢、V钢） 回火温度：一般均为低温回火160180 个别低一些或高一些，Cr06：120140 ,8CrSi：200300 淬火回火后 的硬度：5765HRC目录碳素工具钢淬火及回火图 碳素工具钢淬火工艺曲线 770790 1.碳素

19、工具钢(3)工艺性能淬火及回火 表6-4 碳素工具钢的淬火、回火工艺 钢号淬火回火加热温度/冷却介质硬度HRC加热温度/保温时间/h硬度HRCT7780800盐或碱水溶液62641401601601801262645861800820油或熔盐5961180200125660T8760770盐或碱水溶液63651401601601801260625861780790油或熔盐6062180200125660T10770790盐或碱水溶液63651401601601801262646062790810油或熔盐6162180200125961T12770790盐或碱水溶液636514016016018

20、01262646163790810油或熔盐6162180200126062第二节 冷作模具材料及热处理 二、低变形冷作模具钢及热处理 特点：热处理变形低，淬硬性 (6164HRC)和淬透性较好（60120mm工件能于油或硝盐中淬硬），淬裂、变形倾向低。 组织：淬火及低温回火后M回+815AR+510MexCy 代表性钢号： MnCrWV：世界各国趋于通用的综合性能优良的代表性钢种，应大力推广。 CrWMn：我国沿用较广，易于形成网状碳化物，刃部脆断，缩减应用范围。 9CrWMn：美、英最普及，我国也使用，降C、Mn，高Cr、W，效果较好。 9Mn2V：西欧、捷克等普遍使用，我国引进，广为使用，

21、美国用于小塑料模。 SiMnMo：美国列入标准，欧洲也有将其列为基本钢号，有优良的抗咬合能力和耐磨性，有普及的趋势。我国已列为推荐用钢，使用者尚不多。目录第二节 冷作模具材料及热处理 二、低变形冷作模具钢及热处理 (一)锰铬钨系钢(MnCrWV、CrWMn、9CrWMn)的特性化学成分：wMn=0.81.3 含C、Cr、W、V量不同，微量V ：抑制网状碳化物，增加淬透性？降低过热敏感性，细化晶粒。 典型钢号： MnCrWV：具有高的淬透性，4060mm油淬透，如图3-4所示。 淬火后经不同温度回火后的力学性能如图3-5所示。 CrWMn：淬透性波动范围大，与退火中碳化物的稳定化有关。 临界直径

22、Dc(油)=3050mm。 应用：冷冲模材料，钟表、仪器、玩具、食品工业，轻型冷冲压。 但对于冲制奥氏体钢、硅钢片、高强度钢板时，使用效果较差。目录高碳低合金模具钢化学成分表 高碳低合金冷作模具钢的化学成分(质量分数)(%) (GB/T 1299-2000)注：除6CrNiMnSiMoV 、8Cr2MnWMoV和Cr2Mn2SiWMoV外，其余钢号均为GB/T12992000中的牌号；除8Cr2MnWMoV钢S的质量分数为0.08%0.15%外，其余钢的S的质量分数要求0.030%；这类钢P的质量分数要求0.030%。 牌 号CSiMnCrMoW(Ni)VCr20.951.100.400.40

23、1.301.65CrWMn0.901.050.150.350.801.100.901.201.201.609CrWMn0.850.950.400.901.200.500.800.500.809Mn2V0.850.950.401.702.000.100.259SiCr0.850.951.201.600.300.600.951.256CrNiMnSiMoV0.640.740.500.900.701.001.001.300.300.60(Ni0.701.00)0.207CrSiMnMoV0.650.750.851.150.651.050.901.200.200.500.150.308Cr2MnWMo

24、V0.750.850.401.301.702.302.600.500.800.701.100.100.25Cr2Mn2SiWMoV0.951.050.600.901.802.302.302.600.500.800.701.100.100.25高碳低合金钢球化退火工艺高碳低合金工具钢球化退火工艺曲线高碳低合金钢球化退火工艺参数钢 号加热温度T1保温时间等温温度T2保持时间退火硬度 (HBS)CrWMn79081023h70072034h2419CrWMn78080023h67072023h2299Mn2V7507703h68070045h229Cr279081023h70072034h2299C

25、r279081023h70072034h2179SiCr79081023h70072034h2298Cr379081023h70072034h241、高碳低合金钢CrWMn钢的油冷淬火工艺高碳低合金钢表 常用油淬低合金冷作模具钢推荐的淬火工艺参数 钢号Accm /Ms/淬火温度/冷却介质硬度HRC9Mn2V760125780800油6164CrWMn940260820840油63659CrWMn900205820840油6365MnCrWV800820油62649SiCr870160860880油6164Cr2900240840850油62659Cr2860270820850油6163GCr1

26、5900185835850油63第二节 冷作模具材料及热处理 二、低变形冷作模具钢及热处理(二)锰2系钢(9Mn2V、9Mn2)的特性成分特点：不含铬和钨，含有0.2的钒，冶金质量易于保证组织特点：钒能抑制网状碳化物的析出，碳化物细小，分布均匀。性能特点：冷加工性能好，热处理工艺性好，不易淬裂变形 淬透性、淬硬性、回火抗力、强度、回火脆性、磨裂倾向 等方面不如Mn-Cr-W系钢 应用：价格较低，制造冲裁模具的主要钢种之一 力学性能：淬火后不同温度回火的力学性能如图3-5所示。 低变形冷作模具钢的最终热处理规范如表3-6所示。目录低变形冷作模具钢的热处理工艺规范第二节 冷作模具材料及热处理三、高

27、耐磨微变形冷作模具钢及热处理 钢种：高碳高铬钢+高碳中铬钢 特点：化学成分均含有高碳+高铬或中铬 因碳含量高，故淬硬性高，耐磨性好 因合金元素含量高，淬透性好，可空冷淬火，故淬火变形微小（一）高碳高铬冷作模具钢（Cr12型钢） 表 Cr12型钢的化学成分牌 号CMnCrMoVCr122.00 2.300.4011.5013.00Cr12MoV1.451.700.3511.0012.500.400.600.150.30Cr12Mo1V11.401.600.6011.0013.000.701.201.10第二节 冷作模具材料及热处理三、高耐磨微变形冷作模具钢及热处理（一）高碳高铬冷作模具钢（Cr1

28、2型冷作模具钢）1. 化学成分特点： 含碳量高，Cr12的含碳量高达2.00%以上，Cr12MoV和Cr12Mo1V1的含碳量高达1.40%以上。 含铬量高，三者的含铬量都在12%左右。2. 组织特点：莱氏体钢，大量共晶碳化物碳化物不均匀性严重，反复镦粗-拔长三向锻造法，镦粗压缩比最好大于50 3. 性能特点：高耐磨性 碳含量高淬硬性高，高碳高铬大量M7C3高的耐磨性。高淬透性 高铬高淬透性。200300mm油冷淬透， 40mm空冷淬透。淬火微变形性 空淬变形小，高碳高铬 Ms AR V 变形微小。高红硬性 Cr12MoV和Cr12Mo1V1钢二次硬化效应，可获高红硬性。 低韧性 大量共晶碳化

29、物导致韧性低， 还导致力学性能各向异性4. 应用： 负荷大、批量大、耐磨性高、变形小、形状复杂的大中小型模具 。5. 热处理工艺：锻造工艺: 导热性能差，塑性低，变形抗力大，锻造温度范围窄，组织缺陷严重，所以其锻造性能差。共晶碳化物极其稳定，在较大规格钢中残留有明显的带状或网状碳化物，造成碳化物偏析。钢规格越大，碳化物偏析越严重。碳化物严重偏析不仅易产生淬火变形及开裂，而且会使热处理后力学性能变坏，尤其是横向性能下降更多，严重影响到模具寿命。碳化物严重偏析无法用热处理消除，因此，对Cr12型钢必须进行锻造来改善碳化物的不均匀性。 锻造工艺：反复多向镦粗-拉拔，“轻-重-轻”的“两轻一重” 的锻

30、造工艺。 高耐磨冷作模具钢(Cr12型高碳高铬钢)表6-9 Cr12MoV钢的锻造工艺 项 目 加热温度/ 始锻温度/ 终锻温度/ 锻后冷却方式 钢锭11001150 10501100 850900缓冷(坑冷或砂冷) 钢坯10501100 10001050 850900缓冷(砂冷或炉冷)第二节 冷作模具材料及热处理三、高耐磨微变形冷作模具钢及热处理（一）高碳高铬冷作模具钢（Cr12型冷作模具钢）5. 热处理工艺：（1）预备热处理：退火（普通退火、等温退火）锻后硬度550HBW左右，室温下长期停留会发生开裂。必须及时进行退火。Cr12系钢退火时可采用普通退火，但最好采用等温退火 第二节 冷作模具

31、材料及热处理三、高耐磨微变形冷作模具钢及热处理（一）高碳高铬冷作模具钢（Cr12型冷作模具钢）5. 热处理工艺：（1）预备热处理：退火（普通退火、等温退火）（2）最终热处理：淬火+回火Ms与淬火温度的关系图3-8硬度、AR量与淬火温度的关系图3-9“二次硬化”现象图3-11注意：图3-8纵坐标“温度”应改为“Ms和Mf”。第二节 冷作模具材料及热处理三、高耐磨微变形冷作模具钢及热处理（一）高碳高铬冷作模具钢（Cr12型冷作模具钢）硬度、AR量与淬火温度的关系图3-9（一）高碳高铬冷作模具钢（Cr12型冷作模具钢）淬火畸变各向异性图3-10“二次硬化”现象图3-11图3-（24） 回火温度对Cr

32、12MoV钢硬度的影响 Cr12MoV钢经1020淬火，520回火时出现明显的二次硬化，而且淬火温度愈高，这种效应愈显著。回火工艺对Cr12MoV力学性能的影响产生“二次硬化”的原因：1.二次淬火效应：而且淬火温度愈高，这种效应愈显著。 Cr12型钢淬火后存在大量残留奥氏体，回火后残留奥氏体转变为淬火马氏体，产生二次淬火效应；2.弥散硬化效应：同时自马氏体中析出大量弥散分布的Mo2C和VC碳化物，产生弥散硬化效应。二次淬火效应和弥散硬化效应综合造成二次硬化效应。高耐磨冷作模具钢(Cr12型高碳高铬钢) Cr12MoV钢在200左右回火时，冲击韧度最高; 在400左右回火，断裂韧度最高，强韧性最

33、好； 在500 520 回火，耐磨性和红硬性最高。 Cr12MoV钢属于什么类型的模具钢？可对其实施哪三种热处理工艺？按三种热处理工艺处理后的性能特点如何？三种热处理工艺：1.低淬低回：950l000淬火+200回火 耐磨性较高，有一定韧性，但抗压强度较低； 2.中淬中回：1030淬火+400回火 高强韧性，较高的断裂抗力； 3.高淬高回：10801120淬火+ 500520回火3次（推荐） 10401140 淬火+ 500550回火3次（书中表3-7） 高耐磨，高红硬性，但韧性差。 Cr12MoV钢的最终热处理工艺 高碳高铬冷作模具钢，莱氏体钢 高耐磨微变形冷作模具钢的热处理规范第二节 冷作

34、模具材料及热处理三、高耐磨微变形冷作模具钢及热处理（二）高碳中铬冷作模具钢1. 化学成分特点： 含碳量高，1.00%左右 含铬量中等，5%左右。 含Mo、V2. 组织特点：过共析钢，碳化物分布较为均匀3. 性能特点： 耐磨性：高于碳素工具钢和高碳低合金钢，低于Cr12型钢 淬透性：中铬较高淬透性。小直径可空冷淬透。淬火变形小 空冷淬火淬火变形微小。 韧性：比Cr12型钢好。4. 应用：冷冲模、冷镦模、拉深模、冷挤压模等 5. 热处理工艺：如表3-7 所示。牌 号CCrMoWVCr5Mo1V0.951.054.755.50.91.40.150.5Cr4W2MoV1.121.253.504.00.

35、81.21.92.60.81.1Cr6WV1.001.155.507.01.11.50.50.7第二节 冷作模具材料及热处理四、高强度高耐磨冷作模具钢及热处理高速钢(W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等)具有高强度、高抗压性、高耐磨性和高热稳定性的特点，用于制造各种高负荷冷作模具，冷挤压模、冷冲裁模等。局限性：主要表现为合金元素消耗量大，价格贵，制造工艺性能不佳，热处理工艺复杂，淬火、回火后的变形难以控制。高强度高耐磨冷作模具钢的最终热处理规范如表3-8所示。 目录冷作模具用高速钢(W6Mo5Cr4V2钢) 化学成分表 W6Mo5Cr4V2钢的化学成分(质量分数) %C Si Mn W Mo

36、 CrV0.800.900.200.450.150.405.506.754.505.503.804.401.752.20冷作模具用高速钢(W6Mo5Cr4V2钢) 淬火工艺特点：低温淬火 表 W6Mo5Cr4V2钢的淬火工艺类型预热温度/淬火温度/锻后冷却方式硬度HRC工具80085012001240油冷6264冷作模具80085011501200油冷6264冷作模具用高速钢(W6Mo5Cr4V2钢) 回火工艺: 必须经过三次以上的回火原因：1.完成淬火马氏体转变为回火马氏体的过程；2.完成残留奥氏体转变为二次淬火马氏体的过程；3.完成二次淬火马氏体转变为回火马氏体的过程；4.消除前次回火时产

37、生的组织应力。经三次回火后残余奥氏体体积分数降到2%3%，硬度达到63HRC以上。回火工艺：回火温度为560，回火3次，每次1h。五、高强韧性冷作模具钢及热处理 (一) 基体钢(6Cr4W3Mo2VNb钢，简称65Nb钢) 什么是基体钢？请写出其中一个典型的钢号。与高速钢相比，化学成分和性能有何不同？基体钢：指其化学成分与普通高速钢正常淬火后基体的化学成分类同的钢。典型钢号：65Nb （ 6Cr4W3Mo2VNb ） 。化学成分：与W6Mo5Cr4V2相比，含碳量和合金元素含量都低，加入了少量的Nb；与高速钢淬火后的基体化学成分相比，含碳量稍高，含钼量稍低。基体钢的碳含量比高速钢低，碳的质量分

38、数一般为0.50.7，所以剩余碳化物少，体积分数仅为5%左右。基体钢通过正确的热加工和热处理，碳化物细小，分布均匀。力学性能：具有高速钢的高硬度、高耐磨性，韧性、抗弯强度和疲劳强度优于高速钢，而且淬火变形也有减少。 表2-14 65Nb钢的化学成分(质量分数) % CCrMoWVNb0.600.703.804.401.802.502.503.500.801.200.200.35基体钢(6Cr4W3Mo2VNb钢，简称65Nb钢) 在性能方面，65Nb的抗压屈服强度稍低于高速钢，但抗弯强度、特别是韧性比高速钢高得多。表 65Nb钢与Cr12MoV、W18Cr4V室温力学性能的对比 钢号热处理工艺

39、抗弯强度bb/MPa挠度f/mm冲击韧度aK/(Jcm2)无缺口硬度HRC断裂韧性KC/(MPamm1/2)65Nb1180淬油，5402次回火，每次1 h45965.8153635551120淬油，5402次回火，每次1 h46157.9762.26631170淬油，5402次回火，每次1 h44008.660.2809Cr12MoV970淬油，2002次回火，每次1 h30504958.56331030淬油，2002次回火，每次1 h26164761.6672W18Cr4V1 260淬油，5603次回火，每次1 h28221.82465.54745.基体钢(6Cr4W3Mo2VNb钢，简称

40、65Nb钢) (4)使用范围65Nb钢是一种高韧性的冷作模具钢，由华中科技大学研制。它具有高速钢的高硬度和高强度，又因无过剩的碳化物，所以比高速钢具有更高的韧性和疲劳强度。 可以用来制造各类冷作模具，适于制造复杂、大型或有加工难度金属的冷挤压模具以及受冲击负荷较大的冷镦模具，模具的使用寿命有明显提高。 五、高强韧性冷作模具钢及热处理 (二) 降碳高速钢6W6Mo5Cr4V 我国目前较成熟的一种高强韧性、高承载能力的冷作模具钢。 减少了碳与钒的含量，降低了MC型碳化物含量，使共晶碳化物不均匀度降低12级，抗弯强度与塑性提高3050，冲击韧度提高50100，仍保持了良好的二次硬化能力和热稳定性，5

41、60580回火后硬度为6063HRC。 锻造温度范围较窄，需按莱氏体钢的锻造操作要领进行深透锻造，并控制流线方向。 退火易软化，硬度低于229HBS，机械加工性能较好。如图3-13所示。 淬火加热温度上限为11801200(晶粒度1011级)，经560580二次回火后，硬度为6063HRC。不同淬火温度对力学性能的影响如图3-15所示；不同温度回火对力学性能的影响如图3-16所示。回火时的强度峰值位于560580区间，但冲击韧度呈现谷值。用途：取代高速钢或高碳高铬钢制作易于脆断或劈裂的冷挤压凸模或冷镦凸模，可成倍提高模具的使用寿命，用于大规格的圆钢下料剪刃，能提高寿命数十倍。目录第二节 冷作模

42、具材料及热处理五、高强韧性冷作模具钢及热处理(三)7Cr7Mo2V2Si（LD）钢 特性：高强度、高韧性。抗弯强度可达5000MPa以上，冲击韧度aK值达100Jcm2以上，如图3-17所示，其强韧性远高于高速钢或高碳高铬钢，同时具有高的耐磨性。与6Cr4W3Mo2VNB钢相比，在抗弯强度均达到5000MPa时，7Cr7Mo2V2Si钢的冲击韧度值比6W6Mo5(MV钢高出近一倍。 用途：适宜制造高负荷的冷挤、冷镦、冷冲模具。但是此钢的脱碳敏感性比高铬钢大，对淬火后不再加工就直接使用的模具，为避免因脱碳而降低表面硬度的现象发生，最好采用真空加热淬火。高强韧冷作模具钢的最终热处理规范如表3-9所

43、示。目录高强韧性模具钢的热处理规范六、抗冲击冷作模具钢及热处理钢种： 60Si2Mn、4CrWSi、5CrW2Si、6CrW2Si特性：过剩碳化物少，组织均匀，具有高强度、高韧性、高冲击疲劳抗力弱点：抗压能力低，热稳定性差，淬火变形难以控制。用途：冲剪工具和大、中型冷镦模、精压模等。典型钢种：60Si2Mn钢为普及型弹簧钢，现已成为标准件冷镦凸模的基本钢号。应用举例：内六角螺钉冷镦凸模用钢，曾先后试用过如Cr12、9SiCr、GCr15、Cr6WV、3Cr2W8V钢渗碳、W6Mo5Cr4V2等钢种，均末获得稳定的结果，最后采用60Si2Mn钢，平均寿命达到50007000次的较好水平。 60S

44、i2Mn钢的热处理：800820亚温淬火+ 300及400回火。950淬火+370回火，也可获得很高的强韧性。油淬透直径为2530mm。60Si2Mn钢的回火抗力较好，在300350回火后硬度为57HRC，抗拉强度达到1900MPa，400回火后硬度为4852HRC，并具有高的强韧性，可用于模具的辅助部件(如预应力套等)。 缺点：60Si2Mn钢有明显的脱碳倾向。轻微脱碳，对耐磨性、疲劳抗力均有明显损害。 用途：内外六角螺栓成形冷镦凸模、硬质合金凹模预应力套(4852HRC)，厚钢板穿孔凸模等。以小型凸模为主。第二节 冷作模具材料及热处理七、特殊冷作模具钢及热处理耐腐蚀冷作模具钢 钢号：9Cr

45、18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4等成分特点：高碳高铬。 wCr12， wCr为1%左右 锻造：加热温度为11001130，始锻温度为10501080，终锻温度为 850900，锻后进行砂冷或灰冷。退火：800840，炉冷至500出炉空冷。硬度为197255HBS。淬火：10501100，油冷回火：160260例如：9Cr18钢的典型热处理工艺为： 850870预热，10501100油冷淬火， 75 80 冷处理11 5h， 160260低温回火3h， 130140附加回火1015h。 目录第二节 冷作模具材料及热处理七、特殊冷作模具钢及热处理 2.无磁模具钢 钢号：1Cr18

46、Ni9Ti、5Cr21Mn9Ni4W、7Mn15Cr2Al3V2WMo等。 组织性能：稳定的奥氏体组织，在磁场中使用时不被磁化。 钢种：奥氏体不锈钢、奥氏体耐热钢等。 典型钢号： 70Mn15Cr2Al3V2WMo，高锰奥氏体钢 锻造：11401160，始锻10801100，终锻900锻后空冷， 硬度为3435HRC。 高温退火：870890，36h，炉冷至500空冷，硬度为2832HRC。 固溶处理：11501180，盐浴炉1520h，空气炉30h，水冷， 2022HRC。 时效处理：700、保温2h、空冷，时效硬度为48.5HRC。 目录第二节 冷作模具材料及热处理八、硬质合金模具材料及热

47、处理类型 ：硬质合金、钢结硬质合金。特点：高的耐磨性和热硬性，高的抗压强度，耐磨性比高速钢高1520倍用途：生产批量大、自动化程度高的冲裁模、冷镦模、热挤压模、 多工位级进模的凸凹模。缺点：冲击韧度低，制造工艺性能不佳，成本高，应用受到限制。 只有要求耐磨性高、使用寿命特别长、模具损坏可能性小时，才是合算的。 目录常用硬质合金的牌号成分和用途第二节 冷作模具材料及热处理八、硬质合金模具材料及热处理钢结硬质合金： 20世纪50年代国际上开始发展起来的一种新型模具材料。优点：兼有钢和硬质合金的特性 (1)工艺性能好：可加工，可热处理。 退火状态可车、铣、刨、钻等机械加工。可锻造、焊接。生产成本低。

48、 (2)使用性能好：比高合金钢的耐磨性和抗压强度高，比硬质合金的韧性高。 (3) 其他优点：比强度较高、自润滑性良好、摩擦系数较低、化学稳定性优良、热膨胀系数与钢相近。用途：冷镦模、冷冲压模、冷挤压模、拉深模、剪裁模、压印模、滚压模。 热挤压模、热冲模、压铸模。效果：选用适当时，寿命比模具钢提高几倍到几十倍，接近硬质合金模具。 目录钢结硬质合金的分类模具用钢结硬质合金的化学成分钢结硬质合金的热处理工艺淬回火工艺：应根据牌号和用途不同进行确定。T1、D1合金：可按高速钢工艺条件，在550510回火三次。GT35合金：当要求高耐磨性时，可采用低温回火； 当在冲击载荷下工作时，可采用高温回火，以提高

49、其韧性。 钢结硬质合金使用效果第三节 冷作模具材料及热处理工艺的选用实例 一、螺母冲孔模及热处理 二、冷挤压凸模及热处理 三、采用线切割加工成型凹模及热处理第三章 冷作模具材料目录第三节 冷作模具材料及热处理工艺的选用实例 一、螺母冲孔模及热处理 形状：如图3-18所示 材料：60Si2MnA 硬度要求：5860HRC 服役条件：它是冷镦螺母生产的第四道工序冲孔模。使用中承受强烈的冲击、压缩、弯曲和摩擦，脱模时又承受拉应力。第三章 冷作模具材料第三节 冷作模具材料及热处理工艺的选用实例 一、螺母冲孔模及热处理 原热处理工艺：如图3-19a所示 淬火后硬度：符合技术要求 存在问题：成形部位过早软

50、塌、镦粗和弯曲 分析原因：由于心部未淬透，存在铁素体组织，导致冲模的强度降低。 目录第三节 冷作模具材料及热处理工艺的选用实例 一、螺母冲孔模及热处理 对策：提高淬火温度，使未溶的铁素体转变为奥氏体。热处理新工艺：3-19b工艺，淬火温度提高到950 显微组织：Ms点提高，利于形成M板，促进A均匀化和残余碳化物的溶解， 减少了因局部高碳而形成孪晶马氏体的可能性。 力学性能：使断裂韧度、抗压强度和耐磨性提高 使用寿命：比原工艺提高23倍。 第三节 冷作模具材料及热处理工艺的选用实例二、黄铜冷挤压凸模及热处理 形状：冷挤压凸模如图3-20a所示，该模具是用作挤压黄铜的模具。 材料：Cr12MoV钢

51、，硬度要求为6264HRC。 原热处理：低淬低回，960980加热油淬，6062HRC。 存在问题：发生脱帽式断裂 主要原因：韧性不足 目录二、黄铜冷挤压凸模及热处理 分析：Cr12MoV三种热处理工艺，应采用哪种？低淬低回？可获较高的硬度、耐磨性和一定的韧性，但抗压强度低。因该冷挤压凸模是细长型，为提高其韧性应选用低温淬火。但低温淬火后，钢的抗压强度降低不能用于高挤压负荷的凸模，耐磨性下降，会引起粘模，造成脱模困难。高淬高回？二次硬化，硬度高，耐磨性好，红硬性高，但韧性低。采用高温淬火，在加热时随着淬火温度的升高，合金碳化物不断溶入奥氏体，从而获得含碳和合金元素含量较高的马氏体及大量的残余奥

52、氏体，通过高温回火可获得较高硬度及抗压强度。另一方面，随着淬火温度的升高，奥氏体晶粒不断粗化，导致材料性能下降，尤其是韧性的下降更为显著。尤其是冷挤压凸模，其工作部位比整个毛坯料小得多，工作部位正好是带状碳化物偏析的部位，易导致韧性不足。中淬中回？可获高的强韧性。中温淬火，抗压强度回比低淬低回高，但是中温回火会使韧性过剩，强度不足。目录二、冷挤压凸模及热处理 分析：Cr12MoV三种热处理工艺，应采用哪种？低淬低回？不能用。高淬高回？不能用。中淬中回？不能用。对策：中温分级淬火+低温回火采用中温分级淬火工艺，可获较高的抗压强度、耐磨性，韧性也不会象高淬高回那样降低很多；低温回火使韧性得到一些提

53、高，抗压强度、耐磨性不明显降低效果：折断几率有明显降低。 第三节 冷作模具材料及热处理工艺的选用实例三、采用线切割加工成型凹模及热处理模具形状：图3-21所示。材料选择： Cr12MoV钢。材料选择理由：采用线切割加工成形的凹模一般选用淬透性高的钢材。 保证淬火后整块钢材性能均匀一致。原热处理工艺：低淬低回存在问题：在线切割中尺寸为 处收缩了0.010.02mm。分析：热处理后的内应力内应力越小，线切割变形和开裂的可能性越小。 回火温度低，内应力只去除50左右，故线切割变形大。对策：中淬中回(10301050淬火，400回火)效果：线切割后未发现尺寸超差。 线切割加工对模具热处理的影响： 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。 怎么办？ 1.淬火后淬硬层要求深，保证模具型腔在线切割后具有