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05-2 第五章_模具材料-冷作模具.pptx

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本课件聚焦冷作模具钢。先说明冷作模具的工作条件与失效形式,随后按化学成分展开高碳工具钢、高碳低合金工具钢、高碳高铬与高碳中铬钢、高速钢的牌号、性能特点与锻造、退火、淬火回火工艺,并介绍基体钢、微变形钢及引进钢种等新型冷作模具钢。

《模具材料及失效分析》课件封面,本册内容为冷作模具的工作条件与失效形式,碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬钢、高速钢及新钢种的性能与工艺
模具材料的分类,列出分:冷作模具、热作模具、塑料模具
模具材料的性能要求页,分为使用性能与工艺性能,工艺性能含热加工、冷加工与热处理工艺性能
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第1页:第五章 冷作模具钢封面

第五章模具材料

第2页:模具材料的分类

按模具类别分:冷作模具、热作模具、塑料模具。

按材料类别分:钢铁材料、非铁材料、塑料等。

第一节模具材料概述模具材料分类

第3页:热加工工艺性能

热加工工艺性能、冷加工工艺性能、热处理工艺性能第一节模具材料概述模具材料的性能要求(一)使用性能:(二)工艺性能:硬度和耐磨性、强度和韧性、抗热性能(热强性、热硬性、热稳定性、热疲劳性、抗粘着性

第4页:模具的选材原则

模具的选材原则使用性能工艺性能供应经济性第一节模具材料概述

第5页:模具选材的具体考虑因素

第一节模具材料概述模具选材的具体考虑因素

  • 模具工作条件:承受载荷、速度(冲击)、工作温度、腐蚀
  • 模具的失效因素:磨损、腐蚀、断裂、塑性变形
  • 模具所加工的产品产品批量大小、产品质量要求、产品材质
  • 模具结构模具大小、模具形状、模具的不同组件(不同部位)、模具制造工艺、模具设计

第6页:模具材料的发展方向

第一节模具材料概述模具材料的发展方向

  • 模具性能要求模具材料由低级材料向高级材料发展
  • 模具表面强化处理的应用日益广泛
  • 新钢种不断出现、旧钢种逐渐淘汰
  • 模具材料由钢铁材料扩展到有色金属、硬质合金、非金属材料(橡胶、塑料、陶瓷

第7页:冷作模具钢

冷作模具钢是在常温下使金属材料变形的模具用钢。

冷作模具的种类很多,包括冲裁模、冷挤压模、冷镦模、拉伸模等。

冷作模具钢的应用

第8页:各类冷作模具的特点

各类冷作模具的特点(一)冲裁模冲裁模主要用于各种板料的冲切成形,按其功能不同可分为落料模、冲孔模、切边模等

第9页:各类冷作模具的特点(续2)

各类冷作模具的特点(一)冲裁模1.工作条件冲裁模的工作部位是刃口。

冲裁时,刃口部受到弯曲和剪切力的作用,还要受到冲击。

同时,板料与刃口部位产生强烈的摩擦

第10页:各类冷作模具的特点(续3)

各类冷作模具的特点(一)冲裁模2.失效形式冲裁模的正常失效形式主要是磨损,刃口由锋利变圆钝。

有时会因热处理不当等造成崩刃和凸模折断等非正常失效。

3.性能要求依据上述分析,冲裁模的主要性能要求是高的硬度和耐磨性,足够的抗压、抗弯强度和适当的韧性

第11页:各类冷作模具的特点(续4)

各类冷作模具的特点(二)拉拔模及成形模主要包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模。

利用这些模具可使板材或棒材延伸并压制成一定形状的产品

第12页:各类冷作模具的特点(续5)

各类冷作模具的特点(二)拉拔模及成形模拉深模

第13页:各类冷作模具的特点(续6)

各类冷作模具的特点(二)拉拔模及成形模弯曲模

第14页:各类冷作模具的特点(续7)

各类冷作模具的特点(二)拉拔模及成形模胀形模

第15页:各类冷作模具的特点(续8)

各类冷作模具的特点(二)拉拔模及成形模1.工作条件模具工作时受载较轻,但模具表面受到强烈的摩擦。

凹模主要受到径向张力的作用,凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。

2.失效形式成形模具的主要失效形式是磨损,而拉拔模除了严重磨损外,在温度和压力作用下,还会产生“粘附”(咬合

第16页:各类冷作模具的特点(续9)

各类冷作模具的特点二、拉拔模及成形模3.性能要求对拉拔模的主要性能要求是高的耐磨性、硬度及良好的抗咬合性。

对成形模的耐磨性、硬度要求稍低,但要求较高的韧性

第17页:各类冷作模具的特点(续10)

各类冷作模具的特点三、冷镦模冷镦模是在冲击作用下使金属棒料在模具型腔内冷变形成形的模具。

主要用于紧固件、滚动轴承、滚子链条、汽车零件的成形。

1.工作条件冷镦模具工作条件差,受到强烈冲击,室温下,材料变形抗力大。

凸模承受巨大冲击压应力,且冲击频率很高。

凹模的型腔表面和凸模的工作表面还受到剧烈的冲击性摩擦

第18页:各类冷作模具的特点(续11)

各类冷作模具的特点三、冷镦模2.失效形式冷镦模的主要失效形式是:凸模镦粗、局部变形或折断;

凹模开裂,模口胀大等。

3.性能要求凸模、凹模均要求有足够的硬度、强度和韧性。

一般凸模要求硬度为60-62HRC,凹模要求硬度为58-60HRC

第19页:各类冷作模具的特点(续12)

各类冷作模具的特点四、冷挤压模冷挤压是使金属在强大的近于静挤压力的产生塑性变形而形成制品或零件

第20页:各类冷作模具的特点(续13)

各类冷作模具的特点四、冷挤压模1.工作条件金属的冷挤压成形,受到强烈的三向压应力的作用,变形抗力大。

模具不仅受到强大的挤压力作用,而且还受到坯料塑变流动的剧烈摩擦,冷挤压时产生较大的温升

第21页:各类冷作模具的特点(续14)

各类冷作模具的特点四、冷挤压模2.失效形式冷挤压凸模的失效形式主要是断裂、塑性变形及磨损;

凹模的主要失效形式是胀裂及磨损。

3.性能要求冷挤压模必须具有高的强韧性,良好的耐磨性。

一般凸模要求硬度为60-64HRC,凹模要求硬度为58-62HRC。

由于冷挤压时产生较大的温升,所以还应具有一定的冷热疲劳抗力和热硬性

第22页:冷作模具正常的失效形式是磨损

冷作模具正常的失效形式是磨损。

常会因变形(包括弯曲、镦粗、塌陷、模孔胀大等)、崩刃、开裂而出现早期失效。

冷作模具用钢应该具有高强度、高硬度、高耐磨性和足够的韧性。

一般凸模要求硬度为50-60HRC。

冷作模具钢的性能要求

第23页:冷作模具钢通常以高碳为主,以满足高强度

冷作模具钢通常以高碳为主,以满足高强度、高硬度、高耐磨性要求,为了提高淬透性和耐磨性,适当添加一些碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等。

冷作模具钢的成分特点

第24页:冷作模具钢的类型

冷作模具钢的类型

第25页:冷作模具钢(续2)

冷作模具钢的分类冷作模具用钢按化学成分分类,可以分为高碳工具钢、低合金工具钢、高碳高铬和高碳中铬钢及高速钢

第26页:高碳工具钢常用钢种

高碳工具钢常用钢种有T7A、T8A、T10A、T12A等.主要优点

  • 成本低:价格便宜,来源方便
  • 加工性能好:与其他冷作模具钢相比,锻造工艺性较好,易退火软化,便于加工制成模具
  • 热处理后有较高的硬度和一定的耐磨性

第27页:高碳工具钢主要缺点

高碳工具钢主要缺点:(1)淬透性低:模具截面尺寸大于15 mm,水冷也不能淬透。

属低淬透性冷作模具钢。

(2)热硬性、耐磨性差,淬火变形大,易产生淬火裂纹,使用寿命低。

用途:因此碳素工具钢只适合制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的模具

第28页:高碳工具钢主要缺点(续2)

高碳工具钢主要缺点:(1)淬透性低

第29页:高碳工具钢主要缺点(续3)

高碳工具钢主要缺点:(2)淬火变形大

第30页:高碳工具钢实践表Ms点

高碳工具钢实践表Ms点愈低,Ms-Mf之间的距离愈大,则淬火后钢中的残余奥氏体数量越多。

钢中合金元素含量增多,使Ms点降低更显著,从而增加残余奥氏体数量。

一般地合金钢淬火后的残余奥氏体量较碳钢多

第31页:T10A应用

T10A应用最普遍。

T10A、T12A钢过热倾向较小,淬火晶粒较细,并有过剩碳化物,因此经热处理后钢的强度较高、耐磨性较好。

T10A钢还能保证足够的韧性,而T12A钢过剩碳化物过多,颗粒较粗、分布不均,易使钢的力学性能降低。

T8A钢由于没有过剩碳化物,因此过热倾向大,淬火加热时晶粒易粗化,韧性和耐磨性差,所以冷作模具制造很少采用。

T7A钢,钢的耐磨性不如T10A,但有较好的韧性,所以韧性要求较高的冷作模具可以选用

第32页:高碳工具钢模具的制造及热加工工艺

高碳工具钢模具的制造及热加工工艺过程:锻造-----球化退火-----粗加工-----预调质处理或去应力处理-----精加工------最终热处理(淬火+低温回火)热处理工艺见表5-6、表5-7、图5-1

本页原文引用表5-6,具体数据见原课件图片,待人工补录。

第33页:高碳工具钢锻造工艺

高碳工具钢锻造工艺

第34页:碳素工具钢常用牌号

T10A、T12A钢锻造时,必须严格控制终锻温度和锻后的冷却速度,如果终锻温度过高,冷却速度过缓,易析出二次渗碳体,从而增加模具淬火开裂、磨削裂纹及使用时出现脆断的倾向。

高碳工具钢锻造工艺

第35页:退火和正火经改锻后的模具

退火和正火经改锻后的模具毛坯必须进行球化退火(形成粒状珠光体,降低硬度、均匀组织,改善切削加工性能),以便于切削加工,并为淬火作好组织准备。

当钢坯锻后出现粗大或严重网状碳化物时,应先进行正火后再进行球化退火。

退火温度:Ac3+(20~30 ℃)高碳工具钢

第36页:退火和正火退火温度

退火和正火退火温度:Ac3+(20~30 ℃)高碳工具钢

第37页:退火和正火退火温度(续2)

退火和正火退火温度:Ac3+(20~30 ℃)高碳工具钢

第38页:高碳工具钢模具的制造工艺(续2)

高碳工具钢

第39页:高碳工具钢淬火:淬火温度

高碳工具钢淬火和回火

第40页:高碳工具钢淬火:淬火温度(续2)

高碳工具钢淬火:淬火温度760-820 ℃:亚共析钢取Ac3+(30~50 ℃),过共析钢或共析钢取Ac1+(30~50 ℃)。

如果淬火温度过高,增加淬火变形、开裂的危险,并导致淬火马氏体粗大,钢的韧性下降。

如果淬火温度过低,钢的硬度和耐磨性降低。

如果适当提高淬火温度,可以增加淬硬层深度。

因此,对于直径较小、易淬透的小型模具,可以采用较低的淬火温度;

对于较大型模具,应适当提高淬火温度。

淬火组织为隐晶马氏体+碳化物(M3C

第41页:高碳工具钢淬火:淬火温度(续3)

高碳工具钢淬火:淬火温度:亚共析钢取Ac3+(30~50 ℃),过共析钢或共析钢取Ac1+(30~50 ℃)。

模具钢中,除了少部分应用碳素钢外,大部分是含强烈碳化物形成元素铬、钨、钼和钒的合金钢和高合金钢,淬火温度提高到约1100~1200 ℃甚至更高。

根据模具的尺寸大小和形状复杂程度,碳素工具钢模具淬火分水冷、油冷、单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等

第42页:高碳工具钢淬火:淬火温度(续4)

高碳工具钢淬火

第43页:高碳工具钢淬火:淬火温度(续5)

高碳工具钢淬火

第44页:高碳工具钢

高碳工具钢回火:碳素工具钢淬火后存在较大内应力,必须及时低温回火(180-200C),通常在油炉或硝盐中进行。

回火温度根据硬度要求而定,回火时间一般为1-2h

第45页:高碳工具钢(续2)

高碳工具钢回火:低温回火:冷作模具钢在工作条件下要有尽可能高的硬度。

150~250 ℃高温回火:热作模具钢要求高强度和好的韧性。

并且要求在使用温度内具有稳定

第46页:高碳低合金工具钢常用牌号

高碳低合金工具钢常用牌号有9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCrl5等。

该钢种碳含量在0.8%以上,是在碳素工具钢基础上发展起来的,加入少量合金元素Cr、W、Mn、Si、Mo、V等,提高合金的淬透性,减小淬火变形、开裂,形成特殊碳化物,细化晶粒,提高回火稳定性。

这类钢的韧性、耐磨性、热硬性都比碳素工具钢高,使用寿命也较碳素工具钢长。

淬火变形比碳素工具钢小,属低变形冷作模具钢

第47页:高碳低合金工具钢的淬透性

高碳低合金工具钢淬透性:25-70mm,甚至80-100mm.用途:适用于制造尺寸较大,形状较复杂,载荷较大,精度要求较高的模具中小型模具

第48页:9Mn2V钢主要性能特点

1)9Mn2V钢主要性能特点9Mn2V钢的主要化学成分是:C:0.85-0.95%,Mn:1.70-2.00%。

在碳素钢的基础上加了锰和钒;

锰是为了提高钢的淬透性。

由于锰含量高易引起钢的过热,因而同时加入少量的钒,以细化晶粒,克服锰的过热倾向。

淬透性、淬硬性、耐回火性和强度稍低于CrWMn钢。

油淬时临界淬透直径为40mm

第49页:9Mn2V钢热加工工艺1.锻造

1)9Mn2V钢热加工工艺1.锻造:始锻温度为1130-1160℃,终锻温度为800-850℃,空冷至650-700℃转入炉灰中冷却。

2.退火:加热温度为750-770℃,保温3-5h;

等温温度为650-700℃,保温4-6h。

3.淬火:淬火温度为780-840℃,为了获得优良的强韧性,宜采用800℃淬火;

若希望工件获得最大的淬硬层深度时,则可选取820-840℃淬火,淬火硬度为62-63HRC。

采用油冷,形状复杂的模具可用热油冷却或硝盐浴分级淬火

第50页:9Mn2V钢热加工工艺

1)9Mn2V钢热加工工艺4.回火:回火温度在160-180℃,空冷。

回火硬度为60-62HRC。

回火温度为200-300℃范围产生回火脆性。

应用适于制造各种精密量具、样板,也用于制造一般要求、尺寸比较小(厚度小于4mm)的冷冲模、弯曲模、落料模等。

用它代替T10A钢,不仅可以减小热处理变形,还可大大提高模具寿命。

对于中小模具,该钢还可以代替CrWMn钢

第51页:CrWMn钢主要性能特点

2)CrWMn钢主要性能特点:由于同时含有Cr和Mn,CrWMn钢具有高的淬透性。

生产中,模具尺寸在Φ40-50mm以下时,在油中即可淬透。

又由于含有W,在淬火及低温回火状态下含有较多的钨的碳化物,硬度高,耐磨性良好。

W还能细化晶粒,改善钢的韧性。

但CrWMn钢对网状碳化物比较敏感,应通过反复锻造予以消除

第52页:CrWMn钢热加工工艺1.锻造

2)CrWMn钢热加工工艺1.锻造:始锻温度为1050-1100 ℃,终锻温度为800-850 ℃。

锻后应采用空气吹冷,以防止形成网状碳化物,尤其是大规格的钢材。

2.退火和正火:加热温度为770-790 ℃,等温温度为680-700 ℃,退火后的组织比较均匀,退火后的硬度为207-255HBS。

如果锻造质量不高,出现严重网状碳化物或粗大晶粒时,必须在球化退火之前进行一次正火,正火加热温度930-950 ℃,然后空冷

第53页:CrWMn钢的热加工工艺(续2)

2)CrWMn钢热加工工艺3.淬火和回火淬火温度为820-850 ℃,油冷,硬度为63-65HRC。

模具要求韧性较高而硬度要求不低于55HRC时,可采用下贝氏体等温淬火。

回火温度一般为160-200 ℃,为了克服回火脆性,应尽量避免在300 ℃附近回火

第54页:CrWMn钢应用

2)CrWMn钢应用CrWMn钢的淬透性、淬硬性、强韧性、耐磨性及热处理变形倾向均优于碳素工具钢,是应用较为广泛的冷作模具钢。

主要用于制造要求变形小、形状复杂的轻载冲裁模,轻载拉深、弯曲、翻边模

第55页:高耐磨钢低合金冷作模具钢的性能虽然优

高耐磨钢低合金冷作模具钢的性能虽然优于碳素工具钢,但其耐磨性、强韧性、变形要求等仍不能满足形状复杂的重载冷作模具的要求。

对于形状复杂的重载冷作模具,必须采用性能更好的模具钢。

高耐磨钢包括:高碳高铬钢、高碳中铬钢、高速钢.

第56页:高碳高铬钢典型的钢号

1)高碳高铬钢典型的钢号是Cr12和Cr12MoV,其组织和性能很相似,常统称为Cr12型钢。

成分特点:高碳(1.3~2.3%)、高铬(11-13%)。

属于高碳高铬莱氏体钢

第57页:高碳高铬钢的性能特点

高碳高铬钢的性能特点

  • 经热处理后,组织中含有大量弥散分布的铬的碳化物颗粒Cr7C3,使钢具有很高的硬度、耐磨性和抗压强度,承载能力仅次于高速钢
  • 淬透性高,截面尺寸为300-400mm的模具在油中均可淬透
  • 淬火变形小。淬透性高,可采用较缓慢冷却减少变形;由于含有很高的Cr元素,可降低Ms,增加残余奥氏体量,减小体积变形,淬火后可达微变形程度,属高耐磨微变形冷作模具钢
  • 脆性大。Cr12型钢为莱氏体钢,铸态组织中有粗大的鱼骨状共晶碳化物

第58页:高碳高铬钢的性能特点(续2)

高碳高铬钢的性能特点:淬透性高,截面尺寸为300-400mm的模具在油中均可淬透

第59页:Cr12型钢

Cr12型钢模具的制造及热加工工艺过程:锻造-----球化退火-----粗加工-----预调质处理或去应力处理-----精加工------最终热处理(淬火+回火

第60页:锻造Cr12型钢为莱氏体钢

1)锻造Cr12型钢为莱氏体钢,铸态组织中有鱼骨状共晶碳化物。

锻造时,坚持多向、多次镦拔,才能保证击碎碳化物。

锻后应及时退火。

Cr12型钢的合金元素含量高,导热性差,塑性低,变形抗力大,锻造温度范围窄,组织缺陷严重,所以锻造性能差。

合理的锻造工艺是:预热温度为750-850℃,始锻温温度为1050-1150℃,终锻温度为850-900℃,锻后缓冷

第61页:退火Cr12型钢一般采用等温球化

2)退火Cr12型钢一般采用等温球化退火工艺,加热温度为850-870℃,保温3-4h。

等温温度为720-750℃,保温6-8h。

退火后的硬度为207-255HBS。

退火后组织为索氏体+粒状合金碳化物,降低硬度,提高切削性能。

退火工艺如图5-4所示

第62页:预调质处理为了降低粗加工造成的应力

3)预调质处理为了降低粗加工造成的应力以及在淬火之前获得比较均匀的碳化物分布,淬火前要进行预调质处理(淬火+高温回火)。

图5-5所示

第63页:淬火及回火两种工艺

4)淬火及回火

第64页:淬火及回火两种工艺(续2)

4)淬火及回火

第65页:淬火及回火两种工艺(续3)

4)淬火及回火两种工艺:(1)低温淬火+低温回火(一次硬化处理)淬火温度:Cr12MoV钢1020-1050℃Cr12钢970-990℃回火温度:160-180℃。

可保持细的奥氏体晶粒,具有高硬度、耐磨性和高韧性.回火温度根据模具的使用条件而定

第66页:淬火及回火两种工艺(续4)

4)淬火及回火两种工艺:(2)高温淬火+多次高温回火(二次硬化处理),达到二次硬化目的。

Cr12MoV的淬火温度为1100-1150℃,回火温度为500-540℃,多次回火。

Cr12钢因含合金元素量较低,只采用一次硬化处理。

经这种方法处理后可使其钢获得高耐磨性、热硬性,但韧性较差

第67页:Cr12与Cr12MoV的性能

Cr12与Cr12MoV的性能比较:Cr12型钢是应用最广、数量最大的冷作模具钢。

Cr12型钢中的主要碳化物是Cr7C3型。

因Cr12钢碳含量高达1.3~2.3%,碳化物不均匀性严重,脆性大,用于制造模具易产生崩刃和脆断。

只适用于制造冲击负荷小、耐磨性要求高的模具,如冷冲模及冲头、冷切剪刃、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模以及螺纹滚模等模具。

Cr12MoV的含碳量比Cr12少,并加入了Mo、V,改善了碳化物不均匀性,提高了韧性。

钼和钒还能细化晶粒,改善韧性。

所以,Cr12MoV钢的脆断倾向较小,广泛用于制造大截面、形状复杂的重载冷作模具,如切边模、落料模、滚边模、拉丝模等

第68页:高碳中铬钢这类钢

2)高碳中铬钢这类钢典型的钢号是Cr6WV,Cr5MoV,Cr4W2MoV,6Cr4W3Mo2VNb。

此类钢是针对高铬模具钢Cr12型碳化物多,脆性大的缺点而发展起来的。

与Cr12型钢相比,中铬模具钢含有较低的含碳量(约1%)和铬量(5%-7%),还加入少量的钨、钼和钒,属于过共析钢

第69页:高碳中铬钢因含铬量低,共晶碳化物

高碳中铬钢因含铬量低,共晶碳化物少,碳化物以Cr7C3为主,也含有M6C和MC型碳化物。

碳化物不均匀性较Cr12型钢明显减轻,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,属高耐磨微变形冷作模具钢

第70页:高碳中铬钢淬透性

高碳中铬钢淬透性好

第71页:高碳中铬钢

高碳中铬钢Cr6WV、Cr4W2MoV较Cr12、Cr12MoV钢具有好的综合性能:较好的耐磨性、一定的冲击韧性。

适合制作要求一定耐磨性和一定冲击韧性的模具,如冷冲模、冲头、切边模、冷镦模等

第72页:高碳中铬钢的工艺特点

高碳中铬钢的工艺特点:高碳中铬钢的加工工艺也包括锻造、等温球化退火、淬火回火。

高碳中铬钢和Cr12型钢一样,有高温淬火和低温淬火两个淬火温度区间。

淬火温度较低时,回火后无二次硬化现象;

淬火温度较高时,回火后有二次硬化现象。

回火温度根据模具的使用条件而定。

P63

第73页:高速钢典型钢种

3)高速钢典型钢种W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V、W12Mo3Cr4V3N等。

自20世纪70年代用于传统的冷作模具以来,现已成为重载冲头的主要材料。

国内的许多冷挤压凸模都选用高速钢制作

第74页:高速钢

3)高速钢

第75页:高速钢主要性能特点

高速钢主要性能特点:含碳量0.7-0.9%,合金总量大于15%。

具有高强度、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。

主要缺陷:高速钢的价格昂贵,导热性差,韧性不足

第76页:高速钢(续2)

高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2经一般热处理后的主要缺点是韧性不足,所以作为冷作模具使用的高速钢应在工艺上或成分上适当调整。

这种调整有两个方向,其一是高速钢的低温淬火;

其二是应用低碳高速钢或基体钢

第77页:高速钢的常规

1)高速钢的常规淬火和回火高速钢常规淬火的加热温度很高,W18Cr4V为1260-1280 ℃,W6Mo5Cr4V2为1240-1250 ℃,以保证碳化物充分溶解。

淬火得到合金含量很高的马氏体钢组织,再经高温500-600 ℃回火后可获得高的热硬性和耐磨性

第78页:高速钢的常规(续2)

1)高速钢的常规淬火和回火回火采用500-600 ℃三次回火,每次1h,以获得最佳的二次硬化效果。

回火组织为很细的回火马氏体和较多的粒状碳化物及少量的残余奥氏体。

回火后的硬度为63-66HRC.

第79页:高速钢的低温

2)高速钢的低温淬火为了改善高速钢的韧性,可降低淬火温度。

高速钢在较低温度加热淬火,未溶碳化物较多,因此基体中的碳及合金元素钨、钼、钒的含量都较少。

一方面易形成板条马氏体,提高韧性;

另一方面回火析出的碳化物量也少,二次硬化的效应就减弱一些,与此相反冲击韧度值却上升了

第80页:高速钢的低温(续2)

2)高速钢的低温淬火淬火加热温度: W18Cr4V为1150-1200℃,W6Mo5Cr4V2为1180-1200℃,淬火得到细小板条马氏体钢组织,提高韧性。

再经150-250℃低温回火后,硬度为58-64HRC。

低温淬火和回火主要应用于受冲击载荷较大的冷作模具,如冷镦模、冲裁模等

第81页:低碳高速钢

2)低碳高速钢6W6Mo5Cr4V(6W6)是我国研制的一种低碳高速钢,在高速钢W6Mo5Cr4V2的基础上降碳降钒,碳量下降20%以上,钒量下降约50%。

由于碳化物总量减少,不均匀性得到改善,保持高强度、高耐磨性的同时,提高了塑性、韧性。

6W6Mo5Cr4V钢经1180-1200℃加热淬火,560~580℃三次回火后硬度达62-63HRC。

可以代替W18Cr4V制作冷挤压凸模

第82页:模具材料

模具材料的选材依据:P651.按模具大小考虑选材;

2.按模具形状和受力考虑选材;

3.按模具性能要求考虑选材;

4.按模具压制产品的批量考虑选材;

5.按模具用途考虑选材.

第83页:二)冷作模具钢按元素

二)冷作模具钢按元素分类和选用(三)冷作模具钢按性能分类和选用

第84页:新研制及引进的冷作模具钢包括:基体

五、新研制及引进的冷作模具钢包括:基体钢、微变形钢、引进钢种

第85页:基体钢:一种特殊用途工具钢

基体钢:一种特殊用途工具钢,其成分相当于高速钢正常淬火组织中基体成分,与高速钢相比,基体钢的过剩碳化物少,颗粒细小,分布均匀,强韧性好,同时还保持较高的耐磨性和热硬性。

即:这种钢具有接近高速钢的强度并且具有相当好的韧性,可用来制造高硬度耐冲击工具

第86页:我国研制的冷作模基体钢

我国研制的冷作模基体钢:见书69。

65Nb、012Al、CG-2、LD1、LM1、LM2。

我国开发的几种基体钢的主要成分加入少量的强碳化物形成元素铌、钛、钒,以形成比较稳定的碳化物,阻止淬火加热时晶粒的长大并改善钢的工艺性能。

多为冷热兼用模具。

基体钢具有较高的强韧性,广泛用于制作冷挤压、厚板冷冲、冷镦成型模具。

65Nb钢还可用于黑色金属的温挤压模具

第87页:65Cr4W3Mo2VNb

1)65Cr4W3Mo2VNb,简称65Nb。

成分近似于W6Mo5Cr4V2淬火组织的基体,碳含量0.65%左右,以增加一次碳化物量和提高耐磨性。

钢中加入钨、钼、钒、铬元素的作用和在高速钢中相似,还加入了Nb0.2%-0.35%。

少量铌的主要作用是能生成很稳定的NbC,并可溶人MC和M6C型碳化物中增加其稳定性,使碳化物在淬火加热时溶解缓慢,阻止奥氏体晶粒长大,并使奥氏体中的贫碳区增加,淬火后可以获得较多的板条马氏体,而且马氏体尺寸很细小。

铌还使回火过程中析出的M2C、MC碳化物弥散细小,更加稳定

第88页:6Cr4Mo3Ni2WV

3)6Cr4Mo3Ni2WV,简称CG-2。

在W6Mo5Cr4V2淬火组织的基体成分上添加Ni约2%左右以改善韧性和提高疲劳强度。

2)5Cr4Mo3SiMnVAl,简称012Al。

采用了碳化物形成元素和非碳化物形成元素复合添加的合金设计思路,其含碳量是这三种基体钢中最低的,能够较好的适应冷、热作模具的不同要求。

Si固溶强化,Al细化晶粒

第89页:微变形钢:GD钢

微变形钢:GD钢,CH-1钢。

特点:淬透性强,变形开裂小。

7CrNiMnSiMoV,代号GD钢。

采用了较低的含碳量和少量多元的合金化方案,同时在钢中加入了铬、镍、硅、锰,既提高了钢的淬透性又增加了低温回火抗力,在获得相同硬度的条件下,比其它同类钢种有更高的强韧性。

加入钼和钒有效地细化了晶粒,并保证了钢的耐磨性

第90页:微变形钢:GD钢(续2)

微变形钢:GD钢,CH-1钢。

GD钢的特点是强韧性高,淬火温度范围宽,淬火变形小,耐磨性较好。

淬火冷却方法可选择油淬风冷或空冷,热处理硬度为60-62HRC。

GD钢还可以进行火焰加热空冷表面淬火,使大中型冷作模具的局部强化易于进行。

GD钢代替常用的低合金工具钢CrWMn,9SiCr,GCr15及部分高铬模具钢Cr12型钢,用于易崩刃、易开裂的各类冷作模具,模具具有高的使用寿命

第91页:引进钢种

引进钢种:D2、D7、A2、A7.

第92页:冷作模具钢作业与思考题

作业:1冷作模具钢应具备哪些特性?

2冷作模具钢常采用哪些热处理工艺?

3分别举例说明冷冲裁模、冷挤压模的选材原则及热处理要点

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