模具材料與熱處理

1、 模具鋼及其熱處理模具鋼及其熱處理第一節(jié) 概述第二節(jié) 退火與正火第三節(jié) 鋼的淬火第四節(jié) 鋼的回火 第五節(jié) 鋼的表面淬火與化學(xué)熱處理第一節(jié) 概述 1.熱處理：是將金屬在固態(tài)下加熱、保溫和冷卻，使其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得所需性能的工藝方法。 2.熱處理的作用：熱處理是機(jī)械制造工藝中一個(gè)不可缺少的組成部分。它是充分發(fā)揮金屬材料潛力，改善零件加工工藝性能，提高材料的使用性能，延長(zhǎng)零件使用壽命的有效手段。 3.熱處理的基本過(guò)程：包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段，右圖為熱處理工藝曲線(xiàn)。4.熱處理工藝方法熱處理普通熱處理表面熱處理特殊熱處理退火正火淬火回火表面淬火化學(xué)熱處理火焰加熱感應(yīng)加熱(高、中、低頻

2、)滲碳氮化碳氧共滲其他形變真空其他第二節(jié) 退火和正火第三節(jié) 鋼的淬火 四、鋼的淬透性及淬硬性四、鋼的淬透性及淬硬性 1.鋼的淬透性鋼的淬透性 a.淬透性：是指鋼在規(guī)定條件下淬火，所能獲得淬透層深度的能力。它反映了鋼在淬火時(shí)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體的難易程度。 b.淬透性通?？捎门R界淬透直徑來(lái)表示。臨界淬透直徑是指鋼在某一種介質(zhì)中淬火，從表面到心部全部能淬透的最大直徑，用D0表示。 c.臨界冷卻速度越低，鋼的淬透性越好。如合金鋼的淬透性比碳鋼好。 d.淬透性是鋼的重要的熱處理性能之一，其主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面： 淬透性好的鋼，淬火后截面上的組織均勻一致，綜合力學(xué)性能好。 淬透性好的鋼，冷卻時(shí)可以采用冷

3、卻能力較弱的介質(zhì)淬火，以減少工件的變形和開(kāi)裂，保證淬火質(zhì)量。 2.鋼的淬硬性鋼的淬硬性 鋼的淬硬性是指鋼在理想條件下進(jìn)行淬火，能達(dá)到最大硬度的能力。鋼的淬硬性主要取決于含碳量，鋼的含碳量越大其淬硬性越高。 六、冷處理六、冷處理 工件淬火冷卻到室溫后，繼續(xù)在o以下的一般制冷設(shè)備或低溫介質(zhì)中冷卻的熱處理工藝叫做冷處理。冷處理的目的主要是為了提高硬度和組織的穩(wěn)定性，以及提高鋼的磁性。 七、淬火缺陷七、淬火缺陷 1.氧化和脫碳 避免氧化和脫碳的方法主要有：預(yù)留足夠的加工余量；采用脫氧良好的鹽浴加熱；采用保護(hù)氣氛加熱；采用高溫短時(shí)間加熱等。采用可控氣氛加熱或在氮和惰性氣體等中性氣氛中加熱也是防止氧化脫碳

4、的有效方法。 2.過(guò)熱及過(guò)燒 鋼在淬火加熱時(shí)，由于加熱溫度過(guò)高或高溫停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成奧氏體晶粒顯著粗化的現(xiàn)象，稱(chēng)為過(guò)熱。若加熱溫度達(dá)到固相線(xiàn)附近，晶界氧化并開(kāi)始部分熔化的現(xiàn)象叫過(guò)燒。 出現(xiàn)過(guò)熱的工件可以通過(guò)正火加以糾止，出現(xiàn)過(guò)燒，工件只能是報(bào)廢。 3.3.淬火冷卻變形和開(kāi)裂淬火冷卻變形和開(kāi)裂 由于淬火時(shí)產(chǎn)生的淬火應(yīng)力，使工件的尺寸、形狀發(fā)生人們不希望的變化叫做淬火變形。當(dāng)應(yīng)力過(guò)大，越過(guò)強(qiáng)度極限時(shí)，在工件上會(huì)產(chǎn)生裂紋，稱(chēng)為淬火開(kāi)裂。 4.4.硬度不足和軟點(diǎn)硬度不足和軟點(diǎn) 鋼件淬火硬化后。表面硬度偏低的局部小區(qū)域稱(chēng)為軟點(diǎn)。淬火工件整體硬度都低于淬火要求的硬度時(shí)稱(chēng)為硬度不足。第四節(jié) 鋼的回火 一、

5、回火的基本概念及目的一、回火的基本概念及目的 1.回火：是指鋼在淬火之后，再加熱至A1點(diǎn)以下某一個(gè)溫度，保溫一 定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝。 2.回火的目的： a.調(diào)整鋼的硬度和強(qiáng)度，提高鋼的韌性，獲得所需的性能； b.消除淬火時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，防止變形和開(kāi)裂 ； c.穩(wěn)定組織和尺寸。 二、回火時(shí)的組織及性能的變化二、回火時(shí)的組織及性能的變化 淬火鋼回火時(shí)的組織變化可分為四個(gè)階段： 1.馬氏體的分解（80200）：在回火過(guò)程中，由過(guò)飽和程度降低的馬氏體，與極分散的碳化物所組成的混合物稱(chēng)為回火馬氏體。 2. 殘余奧氏體的分解（200300 ）：當(dāng)鋼加熱溫度超過(guò)200 時(shí)，殘余奧氏體開(kāi)始分解，轉(zhuǎn)

6、變?yōu)橄仑愂象w或回火馬氏體；到300 時(shí)，分解基本結(jié)束。 3. 滲碳體的形成（300400 ）：從馬氏體中分解出的碳化物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀的滲碳體(Fe3C)，鋼的內(nèi)應(yīng)力基本消除。 4. 滲碳體的聚集和長(zhǎng)大： a.在400500回火時(shí)形成的組織，滲碳體的顆粒極細(xì)小，而數(shù)目較多，這種鐵素體和滲碳體的混合物稱(chēng)為回火托氏體。 b.在500600回火時(shí)形成的組織時(shí)，滲碳體較細(xì)小，均勻分布在鐵素體基體上，這種混合組織稱(chēng)為回火索氏體。 在回火加熱過(guò)程中，因組織發(fā)生了變化，鋼的性能也發(fā)生了改變，其趨勢(shì)是隨著加熱溫度的升高，鋼的強(qiáng)度、硬度下降，而塑性和韌性提高。 三、回火工藝參數(shù)三、回火工藝參數(shù) 回火工藝參數(shù)主要

7、包括回火溫度、保溫時(shí)間以及回火后的冷卻等。 四、回火的分類(lèi)及應(yīng)用四、回火的分類(lèi)及應(yīng)用 根據(jù)回火溫度的不同，回火可以分為三類(lèi)： 1.低溫回火(500)：得到的組織為回火索氏體。其性能是具有良好的綜合力學(xué)性能(足夠的強(qiáng)度與韌性相匹配)，硬度達(dá)2540HRC。 生產(chǎn)中把淬火與高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱(chēng)為調(diào)質(zhì)。生產(chǎn)中把淬火與高溫回火的復(fù)合熱處理工藝稱(chēng)為調(diào)質(zhì)。廣泛用于受力構(gòu)件，如螺栓、連桿、曲軸等的熱處理。 與正火相比，不僅強(qiáng)度高，而且塑性、韌性遠(yuǎn)高于正火鋼。因此重要零件均采用調(diào)質(zhì)處理。 五、回火脆性五、回火脆性 1.回火脆性：淬火鋼回火時(shí)，隨著回火溫度的升高，硬度降低而塑性提高。此時(shí)，鋼的韌性也應(yīng)隨之

8、提高，但在某些溫度區(qū)間回火后，韌性反而大大降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為回火脆性。 2.第一類(lèi)回火脆性（250400）：又叫做“低溫回火脆性”或“不可逆回火脆性”。 3.第二類(lèi)回火脆性（450650）：又叫作“高溫回火脆性”或“可逆回火脆性“。 淬火的合金鋼在450650之間回火并慢冷之后，就出現(xiàn)這種脆性。重新在較高溫度回火并快冷，韌性又會(huì)提高。第五節(jié) 鋼的表面淬火及化學(xué)熱處理 1.1.火焰加熱表面淬火：火焰加熱表面淬火：是指采用氧乙炔(或其他可燃?xì)怏w)火焰對(duì)零件表面進(jìn)行加熱，隨之快速冷卻的淬火工藝。 表面加熱用的高溫火焰，是由兩種氣體混合后高速燃燒形成的。一種是氧化氣，主要有氧氣；另一種是燃料氣，主要有

9、乙炔(C2H2)、丙烷(C3H3)、天然氣、液化石油氣等。 2.2.感應(yīng)加熱表面淬火：感應(yīng)加熱表面淬火：感應(yīng)加熱表面淬火是以交變電磁場(chǎng)作為加熱介質(zhì)，利用感應(yīng)電流通過(guò)工件所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，使工件表面受到局部加熱，并進(jìn)行快速冷卻的淬火方法。感應(yīng)加熱淬火的特點(diǎn)： 1)加熱速度快。加熱到淬火溫度僅需要幾秒到幾十秒的時(shí)間。 2)淬火質(zhì)量好。加熱迅速，奧氏體晶粒細(xì)小。獲得細(xì)針馬氏體，硬度比普通淬火的高23HRc。 3)淬硬層深度易于控制。 1.1.鋼的滲碳鋼的滲碳 將工件在滲碳介質(zhì)中加熱、保溫，使碳原子滲入表層的化學(xué)熱處理工藝稱(chēng)為滲碳。 滲碳的目的：提高鋼件表層的含碳量和形成一定的碳濃度梯度。滲碳工件經(jīng)淬火

10、及低溫回火后，表面獲得高硬度，而其內(nèi)部又具有高韌性。 滲碳零件必須采用低碳鋼或低碳合金鋼來(lái)制造。主要用于承受較大沖擊載荷和嚴(yán)重磨損的零件，表面硬度一般可達(dá)5765HRC左右。 2.2.鋼的滲氮鋼的滲氮 在一定溫度下（一般在Ac1溫度以下），使活性氮原子滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱(chēng)為滲氮。 滲氮的目的：能使工件比滲碳獲得更高的表面硬度、耐磨性、熱硬性和疲勞強(qiáng)度，同時(shí)還提高工件的抗腐蝕性能。 常用的滲氮方法是氣體滲氮。 3.3.碳氮共滲碳氮共滲 4.4.離子滲氮離子滲氮 離子滲氮是將工件放在真空容器中，充入低壓(1331333Pa)氮?dú)夂桶睔獾幕旌蠚?，并在?yáng)極和陰極之間加上上百伏的電壓，使兩極間

11、的氣體放電而電離，利用高能粒子束對(duì)工件進(jìn)行轟擊并對(duì)工件進(jìn)行加熱，從而在工件表層滲入氮原子的化學(xué)熱處理方法。 離子滲氮具有滲氮速度快；滲層容易控制；滲氮層脆性小、致密性好，可直接使用；零件變形小并可使工件保持足夠的心部強(qiáng)度和較高的承載能力；節(jié)約能源，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。但設(shè)備復(fù)雜，滲氮時(shí)間不易控制等缺點(diǎn)。第二章第二章 模具鋼及其熱處理模具鋼及其熱處理 第一節(jié)第一節(jié) 冷作模具鋼冷作模具鋼及其熱處理及其熱處理 第二節(jié)第二節(jié) 熱作模具鋼熱作模具鋼及其熱處理及其熱處理 第三節(jié)第三節(jié) 塑料模具鋼塑料模具鋼及其熱處理及其熱處理 1. 1.冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 冷作模具鋼用于制造使金屬在冷態(tài)下

12、變形冷態(tài)下變形的模具，如沖裁模、拉絲模、彎曲模、拉深模等，有時(shí)還用于制造其他工具(如剪刀片等)。這類(lèi)模具工作時(shí)的實(shí)際溫度一般不超過(guò)200300。 （1）冷作模具鋼的性能要求）冷作模具鋼的性能要求 冷作模具在冷態(tài)下工作，被加工材料的變形抗力較大變形抗力較大，模具的刃口部分受到強(qiáng)烈的摩擦和擠壓強(qiáng)烈的摩擦和擠壓，因此冷作模具鋼需滿(mǎn)足以下性能要求。 高的硬度和耐磨性，工作時(shí)保持鋒利的刃口； 較高的強(qiáng)度和韌性，工作時(shí)刃部不易崩裂或塌陷； 較好的淬透性，保證淬火態(tài)有較高的硬度和一定的淬透深度； 較好的加工工藝性能，熱處理變形小，在復(fù)雜斷面上不易淬裂。 （2）冷作模具鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)）冷作模具鋼的化學(xué)成分特

13、點(diǎn) 高碳：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在1左右，個(gè)別達(dá)2.0，以保證高硬度和高耐磨性。 高合金：常用的合金元素有Cr、Mn、Mo、W、V等。Mn、Cr等能提高淬透性提高淬透性，碳化物形成元素能形成難溶碳化物，細(xì)化晶粒、提高耐磨性。 1.1.冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 （3 3）常用冷作模具鋼及其熱處理）常用冷作模具鋼及其熱處理 冷作模具鋼使用的鋼材分為：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高鉻及中鉻模具鋼、基體鋼、高速鋼等。 碳素工具鋼和低合金工具鋼：碳素鋼一般選用高級(jí)優(yōu)質(zhì)高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，以改善模具的韌性。對(duì)耐磨性要求較高、不受或受沖擊較小的可選用T13A、T12A；對(duì)受較大沖擊的模具則應(yīng)選擇T7

14、A、T8A；而對(duì)耐磨性和韌性均有一定要求的模具(如冷鐓模)可選擇T10A。優(yōu)點(diǎn)是加工性能好、成本低；缺點(diǎn)是淬透性低、耐磨性欠佳、淬火變形大、使用壽命低。故一般只適合制造尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度低的輕負(fù)荷輕負(fù)荷模具。 低合金工具鋼低合金工具鋼常用的鋼號(hào)有9Mn2V、9SiCr、CrWMn和滾動(dòng)軸承鋼GCrl5。優(yōu)點(diǎn)是低合金工具鋼具有較高的淬透性淬透性、較好的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性、較好的耐磨性耐磨性和較小的淬火變形淬火變形，綜合力學(xué)性能較好。缺點(diǎn)是網(wǎng)狀碳化物傾向較大，因韌性不足而可能導(dǎo)致模具的崩刃或折斷等早期失效。常用于制造尺寸較大、形狀較復(fù)雜、精度較高的低中負(fù)荷低中負(fù)荷模具。 1.1.冷作模具鋼及

15、其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 （3 3）常用冷作模具鋼及其熱處理）常用冷作模具鋼及其熱處理 碳素工具鋼和低合金工具鋼 熱處理工藝包括球化退火、淬火與低溫回火球化退火、淬火與低溫回火。由于模具尺寸大、精度要求高，為增加淬透層深度，適當(dāng)提高淬火溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間。加熱溫度一般提高1030。采用緩慢升溫或分級(jí)預(yù)熱，以防變形。變形要求嚴(yán)格，厚度35mm碳素鋼模具和厚度35mm的低合金模具鋼，可采用堿液分級(jí)淬火。 1.1.冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 （3）常用冷作模具鋼及其熱處理）常用冷作模具鋼及其熱處理 高鉻和中鉻冷作模具鋼：是一種專(zhuān)用的冷作模具鋼，具有更高的淬透性、耐磨性和承載強(qiáng)度，且

16、淬火變形小，廣泛用于尺寸大、形狀復(fù)雜、精度高的重載冷作模具。 高鉻模具鋼Crl2型常用的有三個(gè)牌號(hào)：Crl2和Crl2MoV、Crl2Mo1V1。Crl2鋼的C高達(dá)2.02.3，屬萊氏體鋼。它具有優(yōu)良的淬透性和耐磨性，但韌性較差，多用于小動(dòng)載條件又要求高耐磨或形狀簡(jiǎn)單的拉伸模和沖裁模拉伸模和沖裁模，在正確設(shè)計(jì)的情況下可以沖壓厚度小于6mm的鋼板。Crl2MoV和Crl2Mo1V1的C降至1.451.70和1.401.60。它們有相似的性能和較好的淬透性，在保持Crl2鋼優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，其韌性得以改善，具有一定的熱硬性，在用于對(duì)韌性不足而易于開(kāi)裂、崩刃的模具上，已取代Crl2鋼；若要求具有好的抗回

17、火穩(wěn)定性時(shí)，則宜選擇鉬和釩質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的Crl2Mo1V1鋼。 高碳高鉻型鋼是一種萊氏體鋼，鍛造與預(yù)備熱處理方式與高速鋼相似，退火后的硬度低于255HBW。 1.1.冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 （3 3）常用冷作模具鋼及其熱處理）常用冷作模具鋼及其熱處理 熱處理工藝：熱處理工藝： a.a.一次硬化法：一次硬化法：采用較低的溫度淬火，再低溫回火。Crl2MoV鋼導(dǎo)熱性差，淬火前通常進(jìn)行兩次預(yù)熱。溫度分別為：400500和800850，淬火溫度為：10301050。Crl2鋼只采用一次硬化法，淬火溫度為950980，回火溫度為180200，保溫時(shí)間為23h。一次硬化處理使鋼具有高的硬

18、度和耐磨性，較小的熱處理變形。大多數(shù)Crl2鋼制冷作模具均使用此工藝。 b.b.二次硬化法：二次硬化法：高溫下淬火，再多次高溫回火高溫下淬火，再多次高溫回火，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，達(dá)到二次硬化。Crl2MoV鋼的淬火溫度為10801120，回火溫度為500520，每次1h，回火次數(shù)為34次。這樣能獲得高硬度和高熱硬性，但韌性降低，尺寸會(huì)漲大。 中鉻模具鋼是針對(duì)Crl2型高鉻模具鋼中碳化物多而粗大，且分布不均勻的缺點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的鋼種。典型的牌號(hào)有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MolV，其中Cr4W2MoV使用較多。此類(lèi)鋼的C進(jìn)一步降至1.01.25，突出的優(yōu)點(diǎn)是形成的碳化物細(xì)小且呈均勻分

19、布狀態(tài)，韌性明顯改善，熱處理變形小，綜合力學(xué)性能較佳?？捎糜诖鍯rl2型鋼制造易崩刃、開(kāi)裂與折斷的冷作模具，其壽命大幅度提高。 Cr6WV鋼的淬火溫度為960980，熱油淬火。由于這種鋼的淬火開(kāi)裂傾向比高碳高鉻鋼大，所以在熱處理時(shí)應(yīng)注意預(yù)熱和熱介質(zhì)淬火，并及時(shí)回火?；鼗饻囟仍?60200，保溫時(shí)間為1.53h。 1.1.冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 （3 3）常用冷作模具鋼及其熱處理）常用冷作模具鋼及其熱處理 基體鋼和低碳高速鋼類(lèi)冷作模具鋼基體鋼和低碳高速鋼類(lèi)冷作模具鋼: :對(duì)要求高耐磨性的模具(如某些冷擠壓的沖頭)也有采用高速鋼來(lái)制造的，為提高它的韌性而研究發(fā)展了基體鋼，。近年

20、來(lái)研制的基體鋼是以W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2鋼的基體成分為基礎(chǔ)發(fā)展改性的。其中含鎳基體鋼6Cr4Mo3Ni2WV的強(qiáng)度和斷裂韌度都較高，但其熱加工時(shí)易產(chǎn)生內(nèi)裂而報(bào)廢，生產(chǎn)成本高。含鈦基體鋼中6W8Cr4VTi有較高的硬度、強(qiáng)度和高溫性能以及回火穩(wěn)定性，多用于冷沖切邊模具等。而6Cr5Mo3W2VSiTi則相對(duì)有較好的強(qiáng)韌性，多用于承受沖擊載荷較大的冷擠壓冷沖壓模具。6Cr4W3Mo2VNb和6W6Mo5Cr4V鋼有較好的加工工藝性、高強(qiáng)度及較好的韌性，且耐磨性也好，一般多用于要求高強(qiáng)韌性的冷擠壓模和冷沖模?；w鋼具有更加優(yōu)良的強(qiáng)韌性，不僅可用做冷作模具鋼，也可用做熱作模具鋼。 由于低

21、碳高速鋼(如6W6Mo5Cr4V等)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)或合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降，碳化物數(shù)量減少且均勻性提高，使鋼的強(qiáng)韌性明顯改善，常用于高沖擊載荷下要求耐磨損的模具。 1.1.冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 1.1.冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 1.1.冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 （4 4）典型冷作模具的選材與熱處理工藝）典型冷作模具的選材與熱處理工藝 沖制硅鋼片凹模的工作條件、性能要求沖制硅鋼片凹模的工作條件、性能要求 、選材、熱處理工藝、選材、熱處理工藝 工作條件及性能要求：工作時(shí)要承受強(qiáng)大的剪切力、壓力、沖擊力及摩擦力，其表面應(yīng)有高硬度、高耐磨性、良好的疲勞強(qiáng)度

22、和足夠的韌性。為保證凹、凸模的刃口部分配合精確，熱處理變形要小。碳鋼的耐磨性及熱處理變形性能無(wú)法滿(mǎn)足上述要求。低合金鋼雖能滿(mǎn)足變形小的要求，但耐磨性欠缺。高碳高鉻鋼Crl2MoV具有耐磨性高、熱處理變形小的特點(diǎn)，故選用制造凹模。 加工路線(xiàn)：鍛造、球化退火、粗加工、淬火、回火、電加工成形。 熱處理工藝 a.預(yù)熱工藝：為減少變形，縮短高溫淬火加熱時(shí)間，進(jìn)行兩次預(yù)熱。第一次加熱溫度650680，保溫時(shí)間1.52h，然后空冷。第二次加熱溫度500550， 保溫時(shí)間1h，隨后進(jìn)行淬火加熱。 b.淬火工藝：加熱溫度10201040，保溫時(shí)間10min，出爐預(yù)冷片刻，淬入140150熱油中，待凹模冷至300

23、時(shí)，出油空冷。 c.回火工藝：回火溫度200220，保溫時(shí)間2h，進(jìn)行兩次回火。 1.1.冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理 熱作模具鋼用于制造加熱到再結(jié)晶溫度以上的金屬或液態(tài)金屬壓制成工件的模具。如鍛壓模、熱擠壓模、壓鑄模等，工作溫度可達(dá)600。 （1 1）熱作模具鋼的性能要求：）熱作模具鋼的性能要求：在受熱和冷卻條件下工作，同時(shí)承受熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力的作用，因此熱作模具鋼需滿(mǎn)足以下性能要求。 在使用溫度下具有良好的硬度、強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，防止模具變形。 較高的韌性。很多熱作模具，特別是鍛錘用模具，要承受較高的沖擊載荷，為防止模具開(kāi)裂和裂紋擴(kuò)展造成事故，要求具有較高的沖擊韌度和斷裂韌度。

24、良好的抗熱疲勞性能：很多熱作模具鋼都是在周期性的溫度急劇變化下服役的，在模具表面產(chǎn)生應(yīng)力。為了防止模具表面產(chǎn)生熱疲勞裂紋，要求模具鋼具有良好的抗熱疲勞能力。 化學(xué)穩(wěn)定性：熱作模具在較高的溫度下工作，和空氣、液態(tài)金屬或其他介質(zhì)接觸，要求模具鋼具有良好的抗氧化性能或抗液態(tài)金屬?zèng)_蝕性能。 較好的工藝性：為便于制造模具，要求熱作模具鋼具有良好的鍛造性、切削加工性、焊接性和熱處理變形小等性能。 2.2.熱作模具鋼及其熱處理熱作模具鋼及其熱處理 （2 2）化學(xué)成分特點(diǎn)）化學(xué)成分特點(diǎn) 合金熱作模具鋼C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30.6之間，屬中碳合金工具鋼。這樣C的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可保證經(jīng)中、高溫回火后獲得優(yōu)良的強(qiáng)度與韌度。

25、主加合金元素有Cr、Ni、Si、Mn等，其主要作用是提高鋼的淬透性淬透性和強(qiáng)化鐵素體鐵素體，以提高強(qiáng)度及抗熱疲勞性能強(qiáng)度及抗熱疲勞性能；輔加元素有W、V等，主要作用是細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒，提高鋼的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性；Mo主要用來(lái)防止產(chǎn)生第第二類(lèi)回火脆性二類(lèi)回火脆性及提高回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性。 2.2.熱作模具鋼及其熱處理熱作模具鋼及其熱處理 （3 3）常用熱作模具鋼及其熱處理）常用熱作模具鋼及其熱處理 a.按模具的用途可分為：熱鍛模用鋼、熱擠壓模用鋼和壓鑄模用鋼。 b.熱鍛模對(duì)韌度要求高而對(duì)熱硬性要求不太高，典型鋼種有5CrMnMo和5CrNiMo鋼。這兩種鋼的性能基本相同，但Mn在改善韌度方面

26、比Ni差，因此5CrMnMo鋼只適于制造中小型熱鍛模，而5CrNiMo鋼則適用于制造大型熱鍛模。 c.熱壓模受的沖擊載荷較小，但對(duì)熱硬性要求高，常用鋼種有3Cr2W8V鋼等。 d.預(yù)先熱處理是鍛造后的球化退火，目的是為了消除鍛造應(yīng)力、降低硬度、改善切削加工性，以及改善組織、細(xì)化晶粒等。 e.最終熱處理是淬火后進(jìn)行高溫回火，以使基體獲得回火托氏體或回火索氏體組織而保證有較高的韌度。此外，鋼中W、Mo、V等合金元素使在回火時(shí)析出細(xì)小的合金碳化物而產(chǎn)生二次硬化，使熱作模具鋼在較高溫度下保持較高的硬度。 f.3Cr2W8V鋼的熱處理與高速鋼相似，為達(dá)到二次硬化效果，采用較高的淬火溫度，經(jīng)34次回火，析

27、出彌散分布的特殊碳化物，并使殘余奧氏體充分轉(zhuǎn)變。 g.熱作模具鋼球化退火組織為：球狀珠光體和粒狀碳化物，硬度在190250HBS之間。淬火、回火后的組織為：回火托氏體或索氏體組織和均勻分布的細(xì)小碳化物，硬度一般在30HRC以上，有的鋼種(如3Cr2W8V鋼)可達(dá)到50HRC以上。 2.2.熱作模具鋼及其熱處理熱作模具鋼及其熱處理 2.2.熱作模具鋼及其熱處理熱作模具鋼及其熱處理 2.2.熱作模具鋼及其熱處理熱作模具鋼及其熱處理 （4 4）典型熱作模具的熱處理工藝）典型熱作模具的熱處理工藝 熱鍛模具的熱處理工藝熱鍛模具的熱處理工藝 小熱鍛模一般先切削加工后淬火、回火，這是由于其形狀簡(jiǎn)單，冷卻快，

28、硬度高，因而不擬淬火、回火后再切削加工。大、中型熱鍛模一般先粗加工，再淬、回火及精加工。熱鍛模的加工工藝路線(xiàn)一般為：鍛造、退火、機(jī)械加工、淬火、回火。 a.鍛造：為消除軋材組織的方向性，使其性能盡可能均勻，模具坯料要進(jìn)行至少23次的拔長(zhǎng)和鐓粗。5CrNiMo和5CrMnMo鋼的鍛造加熱溫度為11501180，終鍛溫度為850880。鍛造后緩冷，以防產(chǎn)生白點(diǎn)和形成馬氏體。大型模具應(yīng)放入600爐內(nèi)，等溫均勻后，再冷至150200，然后空冷。 b.退火：為細(xì)化組織，消除鍛造應(yīng)力，降低硬度，便于加工，可進(jìn)行退火處理或高溫回火。5CrNiMo和5CrMnMo的退火加熱溫度為830850，保溫時(shí)間為46h

29、，退火后硬度為197241HBS。 2.2.熱作模具鋼及其熱處理熱作模具鋼及其熱處理 （4 4）典型熱作模具的熱處理工藝）典型熱作模具的熱處理工藝 熱鍛模具的熱處理工藝熱鍛模具的熱處理工藝 c.淬火：預(yù)熱溫度為500600，時(shí)間為6min/mm。 5CrNiMo的常用淬火溫度是840860，5CrMnMo鋼是830850。 由于熱鍛模具鋼淬透性好，可采用油冷、硝鹽分級(jí)或等溫淬火，最常用的是油冷。為減少淬火內(nèi)應(yīng)力和變形，鍛模從爐內(nèi)取出后，在空氣中預(yù)冷至750780，然后淬油。中、小型模具預(yù)冷約515min；大型鍛模約2040min。為保證淬火質(zhì)量，淬火油采用循環(huán)冷卻，油溫不超過(guò)70。冷至1502

30、00，立即回火，絕不允許冷至室溫。 d.回火：回火溫度根據(jù)其性能要求來(lái)確定。鍛模淬火后的應(yīng)力很大，直接裝入回火爐加熱，容易引起開(kāi)裂，所以經(jīng)常先在350400加熱后，再緩慢升溫到回火溫度?；鼗饡r(shí)間一般不小于2h。 2.2.熱作模具鋼及其熱處理熱作模具鋼及其熱處理 （4 4）典型熱作模具的熱處理工藝）典型熱作模具的熱處理工藝 壓鑄模的熱處理工藝壓鑄模的熱處理工藝 壓鑄模具鋼分為兩類(lèi)：一類(lèi)是壓鑄較低熔點(diǎn)較低熔點(diǎn)金屬的模具用鋼，如：鋅合金壓鑄模通常選用30CrMnSi、40Cr、50CrMnMo等低合金鋼制造，鎂合金壓鑄模通常選用3Cr2W8V鋼制造；另一類(lèi)是壓鑄高熔點(diǎn)金屬高熔點(diǎn)金屬的模具用鋼，如銅合

31、金、黑色金屬的壓鑄模具常用3Cr2W8V鋼制造。 3Cr2W8V鋼是常用于制造鋁合金和銅合金的壓鑄模。鋼含碳量不高，導(dǎo)熱性好、韌性高。W的加入可提高回火穩(wěn)定性，使鋼具有較高的熱硬性和熱強(qiáng)性。Cr可以提高淬透性和抗氧化性。V可以細(xì)化晶粒、改善韌性，增強(qiáng)二次硬化的效果。 a.預(yù)備熱處理：3Cr2W8V鋼鍛造后采用等溫退火，加熱溫度為830850，保溫后冷至720740，等溫34h，然后冷至550出爐，退火后組織為：珠光體+碳化物。 對(duì)于形狀復(fù)雜、變形不容易控制的壓鑄模，在粗加工后、精加工前需進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以達(dá)到細(xì)化晶粒，改善性能，為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。 b.最終熱處理：采用10501100的淬

32、火加熱溫度。為減少變形，一般采用400500及800850兩次預(yù)熱。用于壓鑄高熔點(diǎn)金屬的模具，可以選用11001050進(jìn)行淬火。3Cr2W8V鋼淬透性好，一般用油冷。對(duì)于形狀復(fù)雜的模具必須采用分級(jí)或等溫淬火?；鼗饻囟瓤筛鶕?jù)硬度要求來(lái)確定，保溫時(shí)間為23h，次數(shù)為23次。 2.2.熱作模具鋼及其熱處理熱作模具鋼及其熱處理 2.2.熱作模具鋼及其熱處理熱作模具鋼及其熱處理 （1 1）塑料模具鋼的性能要求）塑料模具鋼的性能要求 良好的綜合力學(xué)性能良好的綜合力學(xué)性能：熱固性塑料模具工作溫度：200250，并在制品中添加云母、石英等抗磨損材料，要求模具保持力學(xué)性能不變，具有足夠的抗磨損性能。而塑料成形模具在工作過(guò)程中要受到不同的溫度、壓力、侵蝕和磨損作用，因此要求模具材料組織均勻、無(wú)網(wǎng)狀及帶狀碳化物出現(xiàn)，熱處理過(guò)程應(yīng)具有較小的氧化脫碳及畸變傾向，熱處理后應(yīng)具有一定強(qiáng)度。 良好的切削加工性能良好的切削加工性能：由于塑料模具形狀較復(fù)雜，在制造過(guò)程