模具寿命与材料PPT第三节 热作模具材料

•第三节

热作模具材料热理:是将金属材料钢在固态下加热保和冷却,以变钢的织结,获得所需要性能的一种工、热处理特:热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状。、处理适用范围:只用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化。热处理主要目:改变钢的性能。一、热作模具工作条件、失效形式及性能要求、热作模具分类☆热作模具：用于热变形加工和压力铸造的模具。☆分类：根据工作条件，分为热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等。热作模具在工作中既有力的作用又有温度的作用，模具的工作条件差、失效形式复杂，性能要求高.、热锻模包括锤锻模、压力机锻模、热镦模和高速锻模等。中锤锻模最有代表性。）工作条件及主要失效形式工作时受很大的压应力和冲击载荷的作用，冲击频率很高；模具型腔表面和炽热金属接触，使模具升温到300-400，局部温度达到℃工作时，锻完一个零件后，用水或油冷却模具，产生急冷急热作用；坯料对模具型腔有强烈的摩擦作用。☆锤锻模的主要失效形式：氧化；磨损；断裂；产生热疲劳裂纹，形成龟裂；塑性变形造成型腔面塌陷。）主要性能要求：较高强度和良好的韧性；良好的耐磨性和耐冷热疲劳性；模具尺寸较大时，应具有高的淬透性、热挤压模）工作条件及主要失效形式：■受力复杂：承受压应力和弯曲应力，脱模时有拉应力；有冲击载荷作用；■模具温升较高，承受急冷急热的热疲劳作用。模具与炽热金属接触时间较长，温度比锤锻模温度更高，尤其是挤压钢件和难熔金属时，温度高达600-800。■主要失效形式：模腔过量塑性变形、开裂、冷热疲劳、热磨损及表面氧化腐蚀。）主要性能要求：高的热稳定性；良好的冷热疲劳抗力和高耐磨性；较高的高温强度和足够的韧性。、压铸模具）工作条件及主要失效形式：■模具温升高、有热疲劳作用：工作时与高温液态金属接触，受热时间长，受热温度高(铸有色金属温度达℃铸色属温度可达℃上同时模具有冷.■高的压力(及金属液流的高速冲刷作用；■主要失效形式：热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀。低温合金的压铸，以磨损失效为主。❖2主要性能要求：(1)较高的耐热性和良好的高温力性能；(2)优良的耐冷热疲劳性和高的导性；(3)良好的抗氧化性和耐蚀性；(4)较高的淬透性。、热冲切模由切边凹模和凸模组成，切边时凸模无刃口起力作用由凹模切除飞边、连皮。）工作条件及主要失效形式：凹模刃口与毛坯有摩擦，同时有一定的冲击载荷；刃口受热而温度升高。■失效的主要形式是：刃口磨损、崩刃、卷边等。）主要性能要求：高耐磨性，高硬度及热硬性；具有一定的强韧性（避免崩刃具有良好的工艺性。二、热作模具用钢根据工作温度、性能和用途常用材料见表、锤锻模用钢主要采用中碳、多元低合金热作模具钢。传统钢种有5CrMnMo5CrNiMo近年来研制的新钢种有5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVS、（一）5CrNiMo主要性能特点及应用：■良好的综合力学性能和淬透性硬，拉强度1200-1400MPa冲击韧度／第二类回火脆性不敏感）。■不足之处是工作温度稍低，锻坯中易产生白点。■适合于制造形状复杂冲负较大要求高强度和韧性较高的中大锤锻模。如高度尺寸>375mm的型锤锻模。热加工工艺：锻造→退火（完全退火或等温退火）→淬火和回火■淬火预热温度600-650℃，加温度830-860℃油淬；■回火温度根据模具尺寸和部位确定℃■锻模燕尾部分回火温度较其它部位高100℃左右，保证燕尾部分的韧性、降低燕尾开失效韧性在所有的热作模具钢中最好。（二）钢主要性能特点及应用（和钢比）■强度、硬度相当，但冲击韧性稍差；■淬透性、耐热疲劳性稍差；■热处理过热倾向较大；■适合制作受力较轻的中小型锤锻模。热加工工艺：锻造→等温退火(加热温度℃等温度℃→火和回火■等温退火加热温度850-870℃，等温温度680℃■淬火加热温度℃油淬，冷却到℃右出油立即回火；为减少变形，防止开裂，淬火时最好延时冷却，可空冷到740-780℃油；■回火温度根据模具尺寸和部位确定℃锻模燕尾部分回火温度较其它部位高100左右，保证燕尾部分的韧性、降低燕尾开裂失效（三）钢（1主要性能特点及应用：■具有较高强度、耐磨性和冲击韧性；■高温性能、热疲劳抗力和淬透性优于5CrNiMo■制作小、中、大型锤锻模，模具寿命比5CrNiMo高（2热加工工艺：锻造→等温退火→淬火和回火■等温退火：加热温度为840-860℃等温温为700-720℃■大型锤锻模淬火温度℃油淬；■中小型锤锻模淬火温度900-930℃、油淬。■大型锤锻模回火温度：℃回火硬度为；■中型锤锻模回火温度℃回火硬度41-44HRC；■小型锤锻模回火温度为470-610℃，回火硬度44-49HRC。该钢用于压力机椴模生产汽车用连杆、前梁和齿轮等。（四）和45Cr2NiMoVSi-新锤锻模具钢主要性能特点及应用钢比高温强度提高了64％，热稳定性提(度提高了150-170℃)500X截的锻模，其心部硬度较5CrNiMo钢13HRC使用寿命提高倍。钢要用于制造各类压力机模和上锤锻模；45Cr2NiMoVSi钢合制作各类锤锻模，特别是10t以的大截面锤锻模具。热加工工艺：锻造→退火→淬火和回火■等温退火800720℃等；■完全退火℃缓冷至500出炉空冷。■淬火截锤锻模）钢淬火温度：960-980，回火度：℃；45Cr2NiMoVSi，淬火温度℃，型腔回火温度：630-670℃，■燕尾回火温度680-700℃。如是一齿轮高锤锻模具工作条件和技术要求为轮坯尺寸×，锻锤吨位，4吨大批生产，凹模通循环水冷却；凹模硬度要求为46-50HRC冲头硬度要求为44-48HRC。要求：1、对凹模、冲头进行选材分析，选择合适的材料，制定热处理工艺。、为模具辅助零件：下顶料杆M12×45栓进行选材分析，选择合适的材料，制定热处理工艺。、热挤压模具用-包括机锻模、高速锻模用钢，主要有钨系、铬系、铬钼系热作模具钢及基体钢。(一铬：代表钢种（4Cr5MoSiV（H11）4Cr5W2VSi于中碳中铬钢。成分特:碳的质量分数较低约为0.3%。合金元素含量中等，有较高的、Mo、V、等碳化物形成元素，的含量为5%，俗称Cr型模钢。和Mo使钢的淬透性大大提高，含V有于提高钢的热硬性和热强性。主要性能特点及应用：■淬透性好，几乎都采用空冷淬(属空冷硬化钢，厚度150mm钢在中可淬透■冲击韧度和断裂韧度较高；■良好的耐热疲劳性能和抗氧化性，能适应急冷急热的工作条件。与5CrNiMo钢比，有更高的硬度、热强性和耐磨.■钢的综合性能好最佳淬火回火热处理工艺状况下具有高的强度硬和良好的韧性和塑性的配合所有的热作模具中这种钢具有最高的疲劳强度热理时尺寸变形都比较小。■这类钢的工作温度一般不超过℃。广泛用于铝型材挤压模具；汽车、拖拉机、五金工具等行业机锻模具、辊锻模具；轴承行业挤压模及辗压辊；压铸模等。热处理工艺：锻造→等温退火：℃℃温，缓冷至℃出炉→淬火：℃、油+℃火（回火温度根据硬度要求确定(二钨系：3Cr2W8V、、5Cr4Mo2W2VSi，代表钢种3Cr2W8V耐热疲劳性较差，在压铸模中的应用较多。具有以下特点：）成分上：含碳并不高，但接近共析或过共析成分；合金元素含量高或中等，普遍含合金元素的质量分数为8%10%）性能上：该钢具有高的耐热性，即有较高的高温强度和高温硬度。可～高温下工作。具有高的耐磨性。3Cr2W8V纲是广泛应用的热作模具钢。用于压铸模、热挤压模、精锻模等。它又叫半高钢。由于含有多的易形成碳化物的元素Cr、W高耐热强性最好。三铬钢钨钼:包括4Cr3Mo3SiV(H10)、、3Cr3Mo3W2V(HM1)、25Cr3Mo3VNb(HM3)。、25Cr3Mo3VNb(HM3):含碳量较低；加入少量的铌，具有较高的耐热疲劳性、热强性和回火稳定性❖（1加工工艺：锻造，锻后缓冷→等温退火（温度℃、等温度℃，炉至℃出炉空冷淬火（温度1℃，油冷或水冷）+火（温度根据模具硬度要求在℃范围选择回火二次。）应用：热锻成形凹模辊模机模金压铸模等寿比5CrNiMo4CrSW2VSi3Cr2W8V钢等模具提高2-10倍。、新种■综合了和的优点。其高温强度、回火稳定性、断裂韧性、耐热疲劳性和耐磨性优于；耐热性优于H13钢，可在700下工作。（1加工工艺：锻造→退火（加热温度850℃，随炉冷到℃炉空冷）→淬火℃油淬）+回火（温度根据硬度要求可在650-700℃范围选择火二次。（2应用：主要替代3Cr2W8V钢作热挤压凸模与凹模，工作寿命可提。、：冲击韧度及断裂韧度与3Cr2W8V钢近，但回火抗力比3Cr2W8V钢，在保持高强度和热稳定性的同时，耐冷热疲劳性能比3Cr2W8V钢得多。（1加工工艺：锻造，锻后缓冷→等温退火（温度870，等温温度730，随炉缓冷到℃炉空冷度207-225。→火1030-1120℃油淬）+回火（温度580-620℃、2h火二次；硬度为48-49HRC（2应用：HM1钢目前国内研制的强韧热模钢中应用广泛命长的新钢种适于制作高温高负荷急热急冷水冷条件下作的压力机和轴承环热锻凹模强度和高热强钢零件的精锻模，热挤压模，铝和铜合金的压铸模等，使用寿命可比3Cr2W8V、5CrNiMoV钢模具提高1-4。、钢属钨钼系热作模具钢，具有高的回火抗力和高的热强性；耐冷热疲劳性、热稳定性、耐磨性及高温强度明显高于；❖

淬透性、冷热加工性好。（1加工工艺：锻造，锻后缓冷→等温退火（温度℃，等温温度℃炉冷至℃炉空冷）→淬火（温度1160℃+回要求高韧性及塑性，选用较低淬火温度；■要求高的高温强度及回火稳定性，则选用较高淬火温度；■回火温度：630℃、600℃二次回火，每次2-3h若形状复杂的大模具，可采用三次回火，回火后硬度为。（2应用：用于齿轮高速锻造、精密锻造、轴承套圈热挤压、小型机锻模具等方面。3Cr2W8V钢制模具相比，使用寿命大幅提高。(四基钢：基体钢中有多个钢种是冷、热兼用的模具钢。如O12Al、5Cr4W5Mo2VRM2）6Cr4Mo3Ni2WV，用于热挤压模。钢作热作模具钢使用，耐热疲劳性和热稳定性3Cr2W8V高热强性高于铬系钢。用于热挤压模、机锻模寿命均高于。钢室温和高温强度、热稳定性高于钢，耐热疲劳性较好，但高温冲击韧度低于。用于热挤、热镦、热锻、冷挤、冷镦模具。）5Cr4W5Mo2V(RM2)钢：较高强度和热稳性，在的热稳定性可达700℃，抗磨损性能好。适于制作小截面热挤、高速锻及滚锻模具。三、压铸模用钢以钨系、铬系、铬钼系热作模具钢为主。■要求不高时，可用合金工具钢或合金结构钢，如40Cr、、30CrMnSi、、、5CrNiMo、■要求较高时，采用4Cr5MoSiV、、4Cr5W2VSi、3Cr3Mo3W2V、4Cr3Mo2MnVNbB3Cr2W8V。注：黄色是常用的压铸模具钢。、钢用于制造热成形模具已有70多的历史今仍广泛使用其在压铸模中应用最多。主要性能特点：■具有高的抗回火软化能力和二次硬化效应（600℃时，硬仍可保持服度高达高的高温强度和耐磨性。■缺点：含钨多，碳化物不均匀性和偏析倾向大，韧性较差；抗氧化和热疲劳能力较差，易产生热疲劳裂纹而断裂失效。应用：适合制作在高温下长时受热、不受急冷急热、动负荷较小的压铸模具。）热加工工艺：反复锻造，锻后快冷至700℃缓冷→退火→淬+火■采用不完全退火：830-850℃加热，40／速度炉冷400出炉空冷；❖■也可采用等温退火：等温度℃然后炉冷至500以下，出炉空冷，退火硬度：HBS■淬火：1050-1150、油冷或分级淬火；■回火：℃回火次和钢▲成接近钢；成接HD钢—都属高强韧性热作模具钢。▲和3Cr2W8V钢比，抗热疲劳性、冲击韧性和抗热溶蚀性高。但热硬性稍差。应用主用于铝合金和铜合金铸模具用寿命较3Cr2W8V提高倍也用于热挤压模和热锻模，效果也较好。三、其它热作模具材料、热冲裁模具用钢热作模具中，热冲裁模具工作温度低，对材料性能要求宽；几乎所有热作模具材料都可用于热冲裁模具材时可重点考虑材料经济性和生产管理上的方便；）推荐：5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1和等其中8Cr3钢使用较多的钢种。、非铁金属材料）硬质合金▲硬质合金具有很高的热硬性和耐磨性有良好的热稳定性抗化性和耐蚀性可用于制作某些热作模具。例：W-Co类硬质合金(常制成镶)可用于热切边凹模、压铸模、以及工作度较高的热挤压凸模或凹模等。实例：气阀挺杆热镦挤模，原采用3Cr2W8V制作，热处理后的硬度为49-52HRC，使用寿命次在模具工作部分采用YG20质合金镶块，模具寿命提高到万。奥氏体不锈钢钢结硬质合金和高碳高铬合金钢钢结硬质合金也可用于制作热作模具。例钢硬质合金制作Cu热压模和热冲孔模、热平锻模等。、铜合金—制作压铸模具制作黑色金属压铸模具：铜合金导热性好，散热快，可使模具的温升和温度梯度大为降低降了模具的应变和应力使其强度足以承受压铸时的压力时也减轻了热疲劳的作用。此外，铜合金弹性模量低，热膨胀系数较小，