冷作模具钢的特征及制造工艺.ppt

1、冷镦材料与热处理方法,冷作模具钢的特征及制造工艺,冷作模具钢的特征及制造工艺,一、概论 冷作模具钢在紧固件行业中应用量最多，它广泛用于冲裁，拉深，冷镦，滚丝等工序。冷作模具的材料应具有高的硬度，强度和耐磨性，足够的韧度和较小的热处理变形量。因此，冷作模具应在淬火回火后的组织中有一定量的剩余碳化物，并要求分布均匀，形态圆整，细密马氏体针要均匀，细小，弥散。对于形状简单的小型工模具，可选用碳素工具钢;精度要求较高的中小型工模具，可选用低合金工模具钢，如CrWMn ，9S iCr,GD钢等，对于要求淬透性好，而且具有高硬度，高强度，高耐磨，高承载能力的大中型模具，应选用高铬钢，高速钢，基体钢等来制作

2、。 冷作模具服役后条件 经常承受冲击、磨损、弯曲、剪切，因此，要求其材料应具备优良的强韧性。为了满足某些工模具的比较苛刻的使用要求，对不同材料的工模具的热处理工艺和组织应有一些特殊的要求，以便进一步改进工模具的性能，提高其使用寿命。,冷作模具钢的特征及制造工艺,表1常用冷作模具钢牌号及化学成分 常用的冷作模具钢的牌号和化学成分见表1 对部分牌号钢种如下简介 二、 1. Cr12钢 属高铬微变形模具钢，经常用于制造高耐磨，微变形，高负荷服役后条件下的冷作模具，因含铬量高使钢的淬透性很好。因组织中含有大量共晶碳化物，故又称为莱氏体钢。大量碳化物的存在不仅使硬度很高，而且能阻止晶粒长大，可以通过控制

3、淬火加热温度来控制合金元素向奥氏体的溶解量，从而使模具得到微变形，甚至不变形。残余奥氏体量的多少与模具的变形量密切相关，如针对不同要求通过制定不同热处理工艺来控制淬火后的残余奥氏体量，以满足生产上的不同要求。由于Cr12钢中碳化物的不均匀性较严重，增大了钢的脆性，在锻后应进行球化退火处理。在淬火回火状态都仍会残留有较大的淬火应力，因此，淬火后回火必须充分，否则易在磨削和服役中开裂。,冷作模具钢的特征及制造工艺,2. 9Mn2V钢 这是一种利用我国资源丰富的锰和钒而不含铬的冷作模具钢,它有很好的淬火性,是极易锻造和加工的模具钢,含锰量增加,会使淬火后残余奥氏体含量增加,因此淬火变形小,但对稳定性

4、稍差,耐回火性也差,由于钒有细化晶粒的作用,因此改善了由锰带来的过热倾向和颗粒长大的倾向 3. 6CrZSi钢 该钢的淬火性好,耐回火性好,等温转变比较稳定,有利于分解淬火和等温淬火.对于用于要求在42-48HRC范围或耐磨性的冷作模具时,常采用880-980加热淬火,而要求高硬度58-63HRC高耐磨的冷作模具时采用950-980加热淬火. 4. Cr12MoV钢 它是一种高铬微变形模具钢系列的一种,其综合性能最好,与Cr12钢相比,因加入鉏而进一步提高了钢的淬透性,细化了晶粒,细化了共晶碳化物,改善了韧性,提高了耐回火性,碳化物的数量,粒度,形态,不均匀程度都比Cr12钢有较大的改善.Cr

5、12MoV钢除耐磨性稍逊于Cr12钢外,强度和韧性都比Cr12 钢好.,冷作模具钢的特征及制造工艺,5. GD钢 其牌号为6CrNiMn SiMoV钢,是一种碳化物偏析小而淬透高的高强韧钢.通过热处理可获得较多的板条马氏体,碳化物细小,均匀,总量比较少,淬火强度较低,淬火强度区间宽,尤其使用于中小企业的热处理条件,可制作各种冷作模具,很好出现崩量和断裂现象,GD钢是室冷变形模具钢,退火状态硬度较高,故必须经球化退火利于机械加工. 6. 65NbG钢 其牌号为 6Cr4W3MoZVNb,是以高速钢为母体,适当降低含碳量,并用少量铌合金化的改型基体钢,是一种高强韧冷作模具钢,特别适用于复杂,大型的

6、冷挤压模具和受冲击负荷较大的冷镦模具.其淬火回火工艺可按不同要求适当选择. 要求韧度高时,10801120加热后油冷淬火,520540回火,12h,回火二次,要求硬度高时,1120!1180加热后油冷淬火,540580回火把2h,回火二次.,冷作模具钢的特征及制造工艺,7. 012A1钢 其牌号为 5Cr4Mo3SiMnVA1钢,是冷热兼用的基体钢.钢中适量增加了锰和硅,提高了因溶强化效果,因此提高了基体强度,有添加了微量铝,使钢材的韧度有了明显提高,012A1钢十分适用与进行渗碳或碳氩共渗来有效提高模具的耐磨性.冷作模具的热处理工艺,10901100加热油冷淬火或分级冷却,510回火2h回火

7、二次,硬度为60-62HRC. 8. CG-Z钢 其牌号为6 Cr4Mo3NiZWV钢,是冷热肩用的基体钢.钢中的合金元素钼,钒能促进二次硬化效果,提高热硬性.但含钼量高会导致钢有脱碳倾向,过热敏感性也较大.镍元素能提高韧度和热疲劳性能.CG-Z钢加热强度超过计划1120,晶粒会明显长大.淬火后回火强度在650时有二次硬化峰. 冷作模具的热处理工艺,11001140加热后油冷淬火或分级冷却,560回火二次,硬度为60-61HRC.,冷作模具钢的特征及制造工艺,9. GM钢 其牌号为Cr6W3MoZV2钢,它是制作精密,耐磨,高寿命冷作模具的莱氏体钢,由于GM钢的碳,铬,钼含量相对比较低,因此其

8、碳化物带状分布倾向较轻微,GM钢锻后要及时进行球化退火,以利后继的机械加工.推荐采用的淬火工艺为:11001160加热油冷淬火或分级淬火,520560回火三次,硬度为65HRC.GM钢在冷冲模,多功位级进模,滚丝模,切边模等领域使用,寿命都有大幅提高. 10. CrWMn钢 CrWMn的淬透性极好,工件直径小于50mm时能在硝盐中淬透,淬火加热时晶粒长大倾向低,淬火后的残余奥氏体较多,淬火变形小.因钨和铬都是碳化物形成元素碳化物的熔点高,因此淬火回火后的剩余碳化物较多,使硬度提高,但钢的碳化物不均匀性也比较严重,常常是造成模具失效的主要原因.,冷作模具钢的特征及制造工艺,11. 9SiCr 钢

9、中增加的含硅量后,强化了铁素体,明显提高了钢的硬度和强度,回火时又有阻止硬度降低的作用,用语制作小型冷作模具,如:搓丝板,冷冲模等等.9SiCr钢的淬透性好,工件尺寸小于60mm时在硝盐中能淬硬,直径小于80mm时油中可淬硬,其网状碳化物析出的敏感性低,带状碳化物偏析倾向较轻,由于含硅量的增加,同时也增加了钢的脱碳倾向. 三、制造工艺对模具寿命的影响 一般冷作模具制造工艺流程，下料镦造球化退火机加工淬火，回火处理冰冷处理精加工（包括电脉冲加工）研磨，抛光处理表面强化处理。 优化的冷作模具制造工艺流程，下料镦造球化退火机加工真空淬火回火处理（目的减小热处理变形）冰冷处理表面强化处理。,冷作模具钢

10、的特征及制造工艺,1. 下料，镦造。球化退火 模具钢原材料一般为锻坏形成或棒材，其内容组织中碳化物呈沿晶界网状分布，这种组织如果不经过进一步的锻造加工，使用时裂纹容易沿晶界萌生并扩张，降低模具的承载能力，最终导致模具的早期崩裂。 通过锻造和随后的球化退火处理，形成均匀，细小，弥散分布的碳化物，改善模具内部的组织条件，尤其是碳化物分布，为最终热处理准备组织条件，避免局部的应力集中产生热处理开裂，同时有助于提高模具的寿命，解决断裂和龟裂问题。 球化退火工艺应选择在各钢种牌号Ac1 以上3050保温4-6h，等流在Ar1强度之间约680700时间6-8h，可形成球化珠光体组织。,冷作模具钢的特征及制

11、造工艺,2. 精加工 对于冷作模具切消加工最好安排在热处理淬火之前（除非模具过于复杂），目的在于避免机械加工过程中在表面形成的拉应力，导致模具疲劳性能的降低。 线切割电脉冲加工为材料的熔化加工过程，加工后容易在模具表面形成熔化层和热影响层，降低模具表面的硬度，耐磨性，减小热处理表面形成的压应力而降低模具的热疲劳性能，因此热处理后一般最好不再进行线切割电脉冲加工或者减小加工余量，或者采用加工后研磨，抛光的方式减小表面加工层的影响，以避免切削加工，尤其是线切割电脉冲加工对模具表面损伤而影响的模具寿命。,冷作模具钢的特征及制造工艺,3. 热处理 a 、应采用合理的工艺，减小模具热处理变形（一般采用多

12、段加热工艺，同时防止淬火开裂），同时考虑所采用的热处理方式，应避免合金元素的蒸发，在材料淬透性允许的条件下，尽可能采用真空热处理气淬技术，减小热处理变形，避免热处理后较大的加工余量，导致表面过热，影响模具寿命，但对淬硬性较差材料或高温下易挥发元素的材料，如含高Ni 等，宜采用盐熔热处理。 b、 推荐采用高浓度渗碳热处理技术，积极参加应用渗碳技术，阻止模具表面脱碳，同时提高表面耐磨性，并利用渗碳淬火后表面形成高压应力，提高模具的疲劳抗力。,冷作模具钢的特征及制造工艺,c、高合金钢模具材料中一般含有较多的Cr,Mo,V,W,Nb等强碳化物形成元素，从而提高模具的强度，红硬性等性能，在热处理回火处理

13、中，具有明显的二次硬化特性，即在低温回火和高温回火形成两次高硬度，为此，根据冷作模具的实际使用温度，可选择性应用回火温度。另一方面，较多的合金元素，具有很强的抗回火软化性能，因此，需要进行多次的回火，避免回火不充分引起早期失效（脆断和龟裂），一般要求至少二次回火（更多采用三次回火工艺）。 4、 喷丸，研磨，抛光处理 淬火回火后，进行喷丸处理可以形成表面压应力层，改变淬火，回火处理后的表面拉应力状态，进行模具抛光处理，可消除模具加工表面缺陷而提高模具寿命，一般采用人工加工。,冷作模具钢的特征及制造工艺,5、冰冷处理 原理是降低模具中残余奥氏体，形成表面压应力，提高硬度和表面耐磨性，疲劳性能，但需注意安全（液氩使用不当，