常用的冷冲压模具材料

冲压模具工作零件材料的要求冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷，甚至在较高的温度下工作（如冷挤压），工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此，对模具工作零件材料的要求比普通零件高。由于各类冲压模具的工作条件不同，所以对模具工作零件材料的要求也有所差异。1.冲裁模材料的要求对于薄板冲裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而对厚板冲裁模除了要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具断裂或崩刃，还应具有高的断裂抗力、较高的抗弯强度和韧性。2.拉深模材料的要求要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、一定的强韧性以及较好的切削加工性能，而且热处理时变形要小。3.冷挤压模材料的要求要求模具工作零件有高的强度和硬度、高耐磨性，为避免冲击折断，还要求有一定的韧性。由于挤压时会产生较大的升温，所以还应具有一定的耐热疲劳性和热硬性11.2.2冲压模具材料的种类及特性制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。1.碳素工具钢在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。2.低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。3.高碳高铬工具钢常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。4.高碳中铬工具钢用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。5.高速钢高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的降碳降钒高速钢6W6Mo5Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。高速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。6.基体钢在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代号012AL）等。7.硬质合金和钢结硬质合金硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、钼、钨、钒等）做粘合剂，以碳化钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火后硬度可达68~73HRC。11.2.3冲压模具材料的选用及热处理要求一.冲裁模具材料的选用及热处理要求选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量，若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料；还应考虑被冲工件的材质，不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性的劣优依次为碳素工具钢—合金工具钢—基体钢—高碳高铬钢—高速钢—钢结硬质合金—硬质合金。（1）6W6Mo5Cr4V(6W6)钢为高强韧性高速钢，由于降低了碳化物的含量和分布均匀性，使其在保持硬度和耐磨性的同时，抗弯强度、冲击韧性和塑性都有显著提高，虽然耐磨性略低，仍可用低温氮碳共渗提高表面硬度和耐磨性。其热处理工艺和高速钢W6Mo5Cr4V2相似。（2）6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)钢65Nb钢取自W6Mo5CrV2钢正常淬火后的基本成分，碳含量比高速钢低，碳质量分数的中限为0.65%，故名65Nb。各合金元素在钢中的作用和在高速钢中相似，另加入3%的Nb可形成高稳定性的碳化物NbC，能有效阻止奥氏体晶粒长大，改善钢的力学性能和工艺性能。这种钢具有较好的耐磨性和较强的高温韧性，可以代替Cr12MoV、W18Cr4V钢，用于重载冲裁模和冷挤压模、冷镦模。65Nb钢锻造和退火工艺性能良好，热处理温度范围宽，淬火温度可以在1080~1180℃，回火温度在520~600℃之间选择。当采用比W6Mo5CrV2钢正常淬火温度低的温度淬火后，其组织为在碳含量较低的马氏体基体上均匀分布有细粒状未溶碳化物。通过热处理参数的调整，可以得到不同的强度、韧性、耐磨性配合，以适合不同模具的性能要求。65Nb钢的热处理工艺：1080~1180℃盐浴炉加热（15~20s/mm）油淬，520~560℃回火2次，硬度57~63HRC。（3）7Cr7Mo2V2Si(LD)钢LD钢含碳、含钴量高于65Nb，含钒量也较高。钒可细化晶粒，提高耐磨性。因此其抗压、抗弯强度和耐磨性均高于65Nb由于具有良好的强韧性和耐磨性，因而适于制造各种重载模具。LD钢的推荐热处理工艺：850℃预热，1100~1150℃淬火；油冷后530~570℃回火2~3次，每次1~2小时，硬度57~63HRC。（4）5Cr4Mo3SiMnVAL(012AL)钢012AL钢中加入质量分数为0.3~0.7%的铝，目的是为了细化晶粒，提高钢的冲击韧性和热加工塑性，加Si则为了强化基体。012AL钢强韧性高，综合性能好，通用性强，是冷、热兼用型模具钢。其抗弯强度及挠度高于W18Cr4V高速钢，代替高速钢作模具时很少发生折断现象。可以用作中厚板料冲裁模具和各类冷、热作模具。012AL钢的推荐热处理工艺：1090~1120℃盐浴炉加热（30s/mm）油淬，510℃回火2次，每次油冷2小时，硬度60~62HRC。（5）6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2)钢CG-2钢在成分中加Ni，强化了基体，改善了韧性和高温性能。同时增加Mo减少W，以降低碳化物的偏析。CG-2钢具有高的强度和强韧性，在热处理到高硬度时仍能维持良好的韧性，较好地解决了高硬度与韧性的合理配合。但锻造塑性较差，退火后硬度偏高。亦可用作中厚板料冲裁模具和各类冷、热作模具。CG-2钢的热处理工艺：淬火温度1100~1140℃加热（20s/mm），油冷，540℃回火2次，每次2小时，空冷，硬度60~62HRC。二.拉深模具材料的选用及热处理要求表11.2.1各种板料适用的拉深模材料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。按被拉深材料考虑适用的拉深模材料可以参考表11-1。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。（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