冷作模具材料及熱處理規(guī)范課件

1、第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范2022/7/29第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第1頁(yè)，共78頁(yè)。一、低淬透性冷作模具鋼（一）碳素工具鋼（二）GCr15鋼第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第2頁(yè)，共78頁(yè)。（一）碳素工具鋼1、 優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，來(lái)源方便，較高的硬度， 一定的耐磨性，易于鍛造，易于軟化。 缺點(diǎn)：淬透性差，淬火易于變形、開裂 ， 模具壽命短。典型鋼種：T7A、T10A、T12A第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第3頁(yè)，共78頁(yè)。（一）碳素工具鋼2、熱加工工藝1）鍛造 鍛造工藝見表23。工藝要點(diǎn)： 終鍛溫度不能過(guò)高，冷卻速度不宜過(guò)緩（鍛后空冷），以避免析出二次網(wǎng)狀滲碳體。第二節(jié)冷作模具材料及熱

2、處理規(guī)范第4頁(yè)，共78頁(yè)。無(wú)粗大或網(wǎng)狀碳化物時(shí)，采用球化退火。出現(xiàn)粗大或網(wǎng)狀碳化物時(shí)，先正火再球化退火。2）退火與正火鍛后模具毛坯應(yīng)經(jīng)預(yù)備熱處理：球化退火和正火工藝見表2-4、2-5。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第5頁(yè)，共78頁(yè)。3）淬火與回火 碳素工具鋼淬火和回火工藝規(guī)范見表2-6，但對(duì)于具體模具應(yīng)進(jìn)行選擇。淬火溫度的選擇,考慮的因素見圖2-1、2-2。 圖2-1 淬火溫度對(duì)T10A鋼強(qiáng)韌性的影響 圖2-2 淬火溫度對(duì)T8鋼淬硬層深度的影響第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第6頁(yè)，共78頁(yè)。 綜合分析如下： 提高淬火溫度，鋼的強(qiáng)韌性下降，變形、開裂的傾向增大。但提高淬火溫度，可提高淬透性，增加

3、硬化層深度，提高模具的承載能力。據(jù)此，碳素工具鋼制模具的淬火溫度選擇原則是：對(duì)于小型模具，可采用較低淬火溫度（760780）。對(duì)于較大型模具，適當(dāng)提高淬火溫度（800850）。對(duì)于形狀復(fù)雜的模具，應(yīng)采用較低淬火溫度。淬火冷卻方式的選擇冷卻方式水溶液、油冷水溶液油、水溶液硝鹽分級(jí)淬火、等溫淬火具體冷卻方法及適用范圍見表2-7。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第7頁(yè)，共78頁(yè)。 回火溫度選擇 淬火后應(yīng)及時(shí)回火，回火溫度根據(jù)性能要求而定。圖2-3碳素工具鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系硬度要求較高時(shí)，宜采用150200回火?？箯潖?qiáng)度要求較高時(shí)，宜采用220280回火回火時(shí)間 12小時(shí)回火冷卻 油冷或硝鹽浴

4、第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第8頁(yè)，共78頁(yè)。3、應(yīng)用范圍 碳素工具鋼只適宜制作尺寸較小、形狀簡(jiǎn)單受載輕、生產(chǎn)批量不大的模具。如：T7-輕載小型冷作模 T8-拉深模 T10-冷鐓模 T12-拉絲、切邊模第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第9頁(yè)，共78頁(yè)。（二）GCr15鋼1、主要性能特點(diǎn)GCr15鋼是專用軸承鋼，冶金質(zhì)量較高，與碳工鋼相比：硬度高，耐磨性好 接觸疲勞強(qiáng)度高淬透性高，淬、回火變形開裂傾向小回火穩(wěn)定性高，有較高的強(qiáng)韌性使用壽命大幅提高第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第10頁(yè)，共78頁(yè)。2、熱加工工藝GCr15鋼的鍛造性能較好，工藝規(guī)程一般是： 加熱溫度：10501100 始鍛溫度：10

5、201080 終鍛溫度：850，鍛后緩冷。鍛造工藝不當(dāng)，碳化物將出現(xiàn)不良分布。1)鍛造第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第11頁(yè)，共78頁(yè)。2)球化退火與正火鍛后采用等溫球化退火：加熱溫度：770790，保溫24h。等溫溫度：690720，等溫46h。退火后硬度：217255HBW。鍛后若出現(xiàn)網(wǎng)狀、條狀碳化物，在退火前必須正火。正火工藝： 加熱溫度 930950。 冷卻方式 小型模塊，空冷；較大模塊，鼓風(fēng)或噴霧；大型模塊，熱油中冷卻。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第12頁(yè)，共78頁(yè)。3）淬火與回火淬火加熱溫度：830860，油冷。尺寸較大或分級(jí)淬火的模具，宜選840860。尺寸較小模具，宜選830

6、850。箱式爐加熱應(yīng)比鹽浴爐加熱溫度高。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第13頁(yè)，共78頁(yè)。 3、應(yīng)用 適于制作精度要求較高的小尺寸落料模冷擠壓模搓絲板成型模 第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第14頁(yè)，共78頁(yè)。 二、低變形冷作模具鋼成分特點(diǎn)：碳工鋼+少量Gr、Mn、Si、W、V典型鋼種：CrWMn、9Mn2V、MnCrWV（一） CrWMn1、主要性能特點(diǎn)淬透性良好（4050模具油中可淬透）耐磨性良好（W碳化物作用）淬火變形小易形成網(wǎng)狀碳化物，鍛造不良，韌性差第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第15頁(yè)，共78頁(yè)。終鍛：800850，鍛后空冷至650后緩冷2)退火與正火 退火工藝：加熱790830，等

7、溫700720，保溫12h，爐冷至550出爐。 鍛造不良，出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物或粗大晶粒時(shí)，需正火。 正火工藝：930950保溫后空冷2、熱加工工藝1）鍛造加熱：11001150，始鍛：10501100第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第16頁(yè)，共78頁(yè)。3)淬、回火圖26、27為CrWMn鋼的力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系： 綜合兩圖分析：普通淬火溫度820840油冷適宜，硬度可達(dá)6365HRC。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第17頁(yè)，共78頁(yè)。 圖28為CrWMn鋼兩種淬火方法性能比較。-普通淬火等溫淬火要求高韌性的模具，采用等溫淬火合適。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第18頁(yè)，共78頁(yè)。CrWMn鋼回火

8、溫度與力學(xué)性能的關(guān)系。 由圖可見160200合適第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第19頁(yè)，共78頁(yè)。3、應(yīng)用范圍 主要用于制造要求變形小、形狀復(fù)雜的輕載沖裁模、拉深模、彎曲模、翻邊模 CrWMn鋼碳化物易產(chǎn)生偏析的問(wèn)題，生產(chǎn)中往往難以解決，造成模具使用中脆斷損壞比較嚴(yán)重，建議選用MnCrWV或9CrWMn鋼替代。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第20頁(yè)，共78頁(yè)。（二）9Mn2V鋼1、主要性能特點(diǎn) 與CrWMn鋼相比，二者耐磨性相近，9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開裂的傾向性比CrWMn鋼小淬透性低回火穩(wěn)定稍差。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第21頁(yè)，共78頁(yè)。2、熱加工工藝1）鍛造 始鍛：1

9、1301160，終鍛：800850，空冷至650700轉(zhuǎn)入爐灰中冷卻。 2）退火 加熱750770/35h，等溫0700/46h。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第22頁(yè)，共78頁(yè)。3）淬、回火 圖211、圖212為9Mn2V鋼的力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系。圖211圖212 由圖分析可知： 9Mn2V鋼的淬火溫度范圍較寬，在840以下淬火，力學(xué)性能基本不變，840以上淬火，綜合力學(xué)性能將會(huì)下降。因此合適的淬火溫度為780840，根據(jù)模具的性能要求在此范圍可適當(dāng)調(diào)整。 淬火一般采用油冷，形狀復(fù)雜的模具可用100熱油冷卻或硝鹽浴分級(jí)淬火。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第23頁(yè)，共78頁(yè)。 圖214是回

10、火溫度對(duì)9Mn2V鋼的硬度和沖擊韌性的影響 因此， 9Mn2V鋼適宜的回火溫度為160180。在200250回火，出現(xiàn)明顯的回火脆。在200以上回火，硬度下降速率增大，表明回火穩(wěn)定性差。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第24頁(yè)，共78頁(yè)。（三）其他低變形冷作模具鋼 應(yīng)用較多的低變形冷作模具鋼還有9CrWMn、MnCrWnV、SiMnMo等。往往作為CrWMn和9Mn2V的替代鋼種，使用效果良好。3、應(yīng)用范圍 9Mn2V鋼適用于制作鋼板厚度小于4mm的冷沖模制作精密量具第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第25頁(yè)，共78頁(yè)。從成分特點(diǎn)看屬于高碳高鉻鋼從組織特點(diǎn)看屬于萊氏體鋼從應(yīng)用上看，應(yīng)用廣，用量大。既

11、有傳統(tǒng)鋼種，也有新型鋼種。典型鋼號(hào)有：Cr12Cr12MoVCr12Mo1V1Cr4W2MoV三、高耐磨微變形冷作模具鋼第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第26頁(yè)，共78頁(yè)。包括 Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1 （一） Cr12 型鋼1、主要性能特點(diǎn)組織中含有大量鉻的碳化物顆粒，耐磨性高。具有高硬度、高抗壓強(qiáng)度和高承載能力。淬火變形小，通過(guò)淬火溫度的調(diào)整可達(dá)微變形程度。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第27頁(yè)，共78頁(yè)。Cr12 型鋼特點(diǎn)比較Cr12碳量高達(dá)2.3%，碳化物不均勻性嚴(yán)重，脆性大；Cr12MoV碳量減少至1.5%，Mo、V加入碳化物細(xì)化，韌性增加；Cr12Mo1V1鋼Mo

12、、V進(jìn)一步增加，碳化物更加細(xì)化，韌性更好，但鍛造性稍差，難退火。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第28頁(yè)，共78頁(yè)。2、熱加工工藝1）鍛造 Cr12型鋼因是萊氏體鋼，軋制后仍殘留明顯的帶狀和網(wǎng)狀碳化物，將造成模具淬火開裂，嚴(yán)重?fù)p害鋼的力學(xué)性能，必須嚴(yán)格鍛造，使碳化物級(jí)別符合要求。 （P24：表211為碳化物級(jí)別與力學(xué)性能的關(guān)系） 鍛造工藝預(yù)熱750850，加熱10501100始鍛10001050，終鍛850900Cr12型鋼鍛造性能差，必須堅(jiān)持多向、多次 鐓拔才能使碳化物碎化并分布合理。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第29頁(yè)，共78頁(yè)。2）退火 鍛后應(yīng)及時(shí)退火。等溫退火工藝加熱850870/24

13、h等溫740760/46h爐冷至550以下出爐空冷退火后的硬度為207255HBW，便于切削加工。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第30頁(yè)，共78頁(yè)。3）淬火與回火 溫度大于1050淬火，奧氏體變粗，抗彎強(qiáng)度、沖擊韌度明顯降低。圖215、216是淬火溫度對(duì)Cr12MoV鋼的組織和性能的影響。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第31頁(yè)，共78頁(yè)。圖217、218、219是回火溫度對(duì)Cr12MoV鋼力學(xué)性能的影響。圖217圖218圖219由圖分析可見：鋼在520左右回火出現(xiàn)明顯的二次硬化。在200左右回火，其抗彎、抗壓強(qiáng)度最高。在400左右回火，斷裂韌度最高。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第32頁(yè)，共7

14、8頁(yè)。 因此，Cr12 型鋼的淬火、回火溫度應(yīng)根據(jù)模具的性能要求而定，一般可選用三種淬回火工藝。 低溫淬火及低溫回火性能特點(diǎn)：具有高的硬度、耐磨性及韌性， 抗壓強(qiáng)度較低 高溫淬火及高溫性能特點(diǎn)：具有高耐磨性、熱硬性及較高抗壓強(qiáng)度。 中溫淬火及中溫回火性能特點(diǎn)：最好的韌性，較高的斷裂韌度。 Cr12 型鋼淬火可采用空冷、油冷、分級(jí)淬火，回火可采用油冷或空冷，回火次數(shù)13次。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第33頁(yè)，共78頁(yè)。3、應(yīng)用范圍 Cr12鋼：只適用于制造沖擊負(fù)荷小、耐磨性要求高的沖切薄硬鋼板的沖裁模。 Cr12MoV和Cr12Mo1V1鋼：廣泛用于制造大截面、形狀復(fù)雜的重載模具，如切邊模、

15、落料模、滾邊模、拉絲模。Cr12Mo1V1脆斷傾向最小，模具壽命是Cr12MoV的幾倍。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第34頁(yè)，共78頁(yè)。（二）Cr4W2MoV鋼是新型中合金冷作模具鋼Cr量比Cr12型鋼減少2/3，性能相近主要特點(diǎn)如下：1、主要性能特點(diǎn)共晶碳化物顆粒細(xì)小，分布均勻。具有較高的淬透性和淬硬性。具有較好的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第35頁(yè)，共78頁(yè)。1、熱加工工藝 Cr4W2MoV鋼鍛造溫度較窄，變形抗力較大，鍛造時(shí)應(yīng)注意這點(diǎn)。加熱：11301150，始鍛：10401060終鍛：850，坑冷或熱砂緩冷。2）退火 采用等溫退火。1）鍛造加熱：860/3h，爐

16、冷至760等溫46h出爐緩冷。（球化效果良好，硬度小于241HBW）3）淬火與回火根據(jù)模具工作條件可采用兩種淬回火工藝： 要求耐磨性和熱硬性高的模具：10201040淬火，520540三次回火。 要求韌性好、變形小的模具：960980分級(jí)淬火，270290回火二次。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第36頁(yè)，共78頁(yè)。 Cr4W2MoV鋼主要用于制造各種沖模、冷鐓模、落料模、冷擠凹模及搓絲板，可替代Cr12 型鋼。3、應(yīng)用范圍三、其他高耐磨微變形冷作模具鋼 中合金冷作模具鋼Cr6WV：具有較好的耐磨性和韌性的配合，碳化物分布均勻，淬火變形小。主要用于制造高強(qiáng)度、高耐磨和承受一定沖擊載荷的模具，如鉆

17、套、冷沖模及沖頭等。 中合金空冷模具鋼Cr5Mo1V：引自美國(guó)的A2開發(fā)的新鋼種，具有良好的空冷硬化性能，這對(duì)制造形狀復(fù)雜的冷沖模是極為有利，特別適于制造要求高耐性又要求好的韌性的模具，如下料模、沖頭、滾絲模、剪刀片等。（以上兩只鋼的熱處理工藝見教材表214）第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第37頁(yè)，共78頁(yè)。四、高強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼典型鋼種：即高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V21、主要性能特點(diǎn)成分特點(diǎn)：Wc：0.7%0.9% 性能特點(diǎn)：具有高屈服強(qiáng)度、高抗壓強(qiáng)度、高抗彎強(qiáng)度，高耐磨性，同時(shí)具有很高的回火穩(wěn)定性和熱硬性。承載能力位于各傳統(tǒng)冷作模具鋼之首。（與Cr12MoV的性能比較見教

18、材表215） 主要缺陷：軋材中存在大量的合金碳化物，并且成帶狀、網(wǎng)狀、塊狀分布，只能用改鍛的方法使之細(xì)化。其次，導(dǎo)熱性差、韌性不足，易脫碳氧化。耐磨性比較見圖220圖220第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第38頁(yè)，共78頁(yè)。2、熱加工工藝1）鍛造 鎢系高速鋼：加熱11201150，始鍛10401050，終鍛900950，鍛后坑冷、砂冷或爐冷。鉬系高速鋼：始鍛10001020，終鍛850工藝要點(diǎn)：應(yīng)反復(fù)鐓粗與拔長(zhǎng)，鍛造比一般為10左右2）退火 常采用等溫退火 W18Cr4V鋼：加熱870880/24h，等溫720750 /46h，隨爐冷至600650 出爐空冷。 W6Mo5Cr4V2鋼：加熱850

19、860 ，其余工藝參數(shù)同上。3）淬回火 高速鋼傳統(tǒng)的用途主要用制造高速切削的各類刀具，為了滿足刀具的熱硬性和耐磨性的要求，常采用高淬高回的熱處理工藝，這種處理對(duì)于刀具雖然滿足了熱硬性和耐磨性的要求，但韌性不足。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第39頁(yè)，共78頁(yè)。 W6Mo5Cr4V2鋼經(jīng)不同淬火溫度和回火溫度的處理，其硬度和韌性的變化見圖221。圖221 由圖可見，如要求較高的韌性，采用低溫淬火工藝較合理。 因此，高速鋼用于重載模具常采用低淬低回或低淬高回的工藝。具體工藝如下： W18Cr4V鋼：11001250加熱淬火，560 回火三次或150250 回火一次。 W6Mo5Cr4V2鋼：105

20、01200 加熱淬火，560 回火三次或150250 回火一次。經(jīng)此處理硬度約為5864HRC，韌性良好。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第40頁(yè)，共78頁(yè)。3、應(yīng)用范圍 高速鋼主要用來(lái)制作重負(fù)荷沖頭，如冷擠壓鋼鐵材料的凸模，冷鐓沖頭，中厚鋼板沖孔沖頭（1025），直徑56mm的小凸模以及用于沖裁奧氏體鋼、彈簧鋼、高強(qiáng)度鋼板的中、小凸模和粉末冶金壓模等。 W6Mo5Cr4V2鋼的綜合性能優(yōu)于W18Cr4V鋼，制作重載沖頭的使用效果更好。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第41頁(yè)，共78頁(yè)。五、抗沖擊冷作模具鋼 這類鋼化學(xué)成分接近合金調(diào)質(zhì)鋼，主加元素Mn、Si、Cr、W、Mo（見教材表217）。（一）

21、鉻鎢硅系鋼典型鋼種：4CrW2Si、5CrW2Si、 6CrW2Si（均已納入國(guó)標(biāo)）1、主要性能特點(diǎn)淬透性良好，碳化物少，組織均勻，淬火組織以板條狀馬氏體為主。具有高抗彎強(qiáng)度，高沖擊疲勞抗力高韌性和一的耐磨性?？箟簭?qiáng)度低，熱穩(wěn)定性差。淬火變形難以控制，脫碳敏感性較大。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第42頁(yè)，共78頁(yè)。2、熱加工工藝1）鍛造 始鍛：11501180，終鍛：800850 ，鍛后緩冷。2）退火 普通退火：加熱800820/35h，爐冷至550出爐空冷。為了改善切削加工性可采用軟化退火（高溫回火）。 工藝：加熱710740/36h，爐冷或空冷。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第43頁(yè)，共

22、78頁(yè)。圖222為鉻鎢硅系鋼的熱處理特性：a）淬火溫度對(duì)6CrW2Si鋼的硬度和沖擊韌度的影響b） 5CrW2Si鋼的淬火工藝、回火溫度對(duì)硬度的影響c） 5CrW2Si鋼的淬硬層曲線d）回火溫度對(duì)6CrW2Si鋼硬度、沖擊韌度的影響3）淬火與回火第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第44頁(yè)，共78頁(yè)。 綜合分析可知： 鉻鎢硅系鋼具有較好的淬透性及明顯的強(qiáng)韌性峰值。淬硬性低的4CrW2Si鋼進(jìn)行滲碳淬火，可以獲得良好的綜合力學(xué)性能。 鉻鎢硅系鋼在300350回火有輕微的回火脆，450左右回火可以獲得較高的沖擊韌度。因此回火工藝有兩種選擇，即20250低回和430470中回。鉻鎢硅系鋼適宜的淬回火工藝為

23、：淬火加熱：860900油冷，淬火硬度5357HRC回火加熱消除應(yīng)力，穩(wěn)定組織：200250，5358HRC良好韌性：430470，4550HRC第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第45頁(yè)，共78頁(yè)。3、應(yīng)用范圍4CrW2Si鋼：主要制造大中型重載冷鐓沖頭及精壓模 5CrW2Si鋼：主要制造重載冷剪刀片、中厚鋼板穿孔沖頭及風(fēng)動(dòng)工具等。 6CrW2Si鋼：常用于耐磨和強(qiáng)度要求較高的重載沖模、壓模。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第46頁(yè)，共78頁(yè)。主要性能特點(diǎn)：具有較好的淬透性和回火穩(wěn)定性。碳化物顆粒細(xì)小，組織均勻。淬火變形較小。脫碳傾向大。（二）9SiCr 該鋼是傳統(tǒng)的低合金工具鋼，廣泛用于制造薄刃

24、具，也多用于制造形狀復(fù)雜的輕載冷沖模。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第47頁(yè)，共78頁(yè)。淬回火工藝： 圖223為淬、回火溫度對(duì)9SiCr鋼的力學(xué)性能的影響第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第48頁(yè)，共78頁(yè)。淬火工藝：加熱860880油冷、分級(jí)。回火工藝：硬度要求為6264HRC時(shí)，取180220回火。硬度要求為5658HRC時(shí)，取280320回火。硬度要求為5456HRC時(shí)，取350400回火。應(yīng)用范圍： 主要用于制造形狀復(fù)雜、變形小，耐磨性要求較高的冷作模具，如沖模、打印模、搓絲板、冷軋輥等。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第49頁(yè)，共78頁(yè)。（三）其他抗沖擊冷作模具鋼 典型的合金彈簧鋼60Si

25、2Mn常作為抗沖擊工具、模具使用，如標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)中的冷鐓模沖頭、螺母冷鐓模具等。（抗沖擊冷作模具鋼的常規(guī)熱處理工藝見教材表218）第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第50頁(yè)，共78頁(yè)。六、高強(qiáng)韌性冷作模具鋼 低合金鋼、不銹鋼和軸承鋼冷擠壓技術(shù)的發(fā)展對(duì)冷作模具鋼擔(dān)出了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且還要有高韌性。能夠滿足這些性能要求的只有近年來(lái)研制的降碳高速鋼、基體鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、馬氏體時(shí)效鋼等。其典型鋼種的牌號(hào)及成分見教材表229。（一）降碳高速鋼6W6Mo5Cr4V（6W6）1、主要性能特點(diǎn) 與高速鋼比較碳、釩含量減少較多，使得碳化物總量減少，碳化物不均勻性得到改善。 淬火硬化狀態(tài)的

26、抗彎強(qiáng)度和塑性提高了30%50%，沖擊韌度提高了50%100%，硬度降低了23HC。易脫碳，耐磨性稍差。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第51頁(yè)，共78頁(yè)。2、熱加工工藝 1）鍛造 始鍛溫度：10501100，終鍛溫度：850900，鍛后緩冷。2）退火 可按高速鋼進(jìn)行。 3）淬回火 圖224是淬、回火溫度對(duì)6W6鋼的力學(xué)性能的影響：圖 224 由圖分析可知：為了獲得良好的韌性和較高的耐磨性，可采用較低溫度淬火和較高的回火溫度，即： 加熱11801200油淬，560580/1.5h回火三次。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第52頁(yè)，共78頁(yè)。3、應(yīng)用范圍 6W6鋼主要用于取代高速鋼或Cr12型鋼制作

27、易于脆斷或開裂的冷擠壓凸?；蚶溏吥?，壽命可提高210倍；用于大規(guī)格的圓鋼下料剪刀壽命可提高10倍。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第53頁(yè)，共78頁(yè)。（二）基體鋼是指具有高速鋼正常淬火時(shí)基體成分的鋼。典型鋼種：65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）7Cr7Mo2V2Si（LD）5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)1、65Nb鋼 （1）主要性能特點(diǎn)具有高速鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，又有較好的韌性。鋼的工藝性能得到很大改善，直徑小于50mm的鋼軋材坯料不需改鍛，仍可獲得滿意的性能和壽命。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第54頁(yè)，共78頁(yè)。（2）熱加工工藝 1）鍛造 始鍛：10801120，終鍛：9

28、00850，鍛后緩冷。2）退火 加熱860/730740等溫。 該鋼退火易軟化，延長(zhǎng)等溫時(shí)間，硬度可降至180HBW，為模具的冷擠壓成型提供了條件。 3）淬火與回火 圖225是淬火溫度對(duì)65Nb鋼力學(xué)性能的影響 由圖可見，當(dāng)淬火溫度大于1180，晶粒粗化，殘余奧氏體增加，硬度、強(qiáng)度下降。適宜淬火溫度為：10801180回火溫度與力學(xué)性能的關(guān)系見教材表220。由于有二次硬化現(xiàn)象，65Nb鋼一般采用高溫回火，回火溫度為520580/12h，二次。圖225第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第55頁(yè)，共78頁(yè)。 生產(chǎn)中常根據(jù)模具的不同用途，采用不同的淬、回火工藝，具體工藝方案及性能見教材表221。（3）應(yīng)

29、用范圍 65Nb鋼適于制作形狀復(fù)雜的非鐵金屬擠壓模、冷沖模、冷剪模及單位壓力為2500MPa左右的鋼鐵材料冷擠壓模具，也可用于軸承、標(biāo)準(zhǔn)件、汽車行業(yè)中的鍛模、沖模及剪切模具可獲得高的使用壽命。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第56頁(yè)，共78頁(yè)。2、7Cr7Mo2V2Si（LD） 該鋼不含鎢，鉻、鉬、釩含量都高于高速鋼基體，二 次硬化強(qiáng)烈，淬透性提高，晶粒細(xì)化。 所以，該鋼性能優(yōu)于Cr12型鋼、高速鋼、，具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性。 其次是冷熱加工工藝性良好，通用性強(qiáng)。（1）主要性能特點(diǎn)第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第57頁(yè)，共78頁(yè)。（2）熱加工工藝 1）鍛造 宜緩慢加熱，鍛造溫度嚴(yán)格控制在1

30、1301150，終鍛溫度為850，鍛后砂冷。 2）退火 采用球化退火。加熱840860/2h，等溫700720/46h，緩冷至400以下出爐空冷。 3）淬火與回火 LD鋼淬火溫度與硬度、晶粒度、殘留奧氏體量的關(guān)系及回火硬度見教材表222、223。 綜合分析：淬火溫度為11001150。淬后有34%的殘留奧氏體。 回火溫度540570/12h，回火23次。高韌性要求的模具，也可以采用低淬低回工藝。 （3）應(yīng)用范圍 廣泛用于冷擠、冷鐓、沖壓和彎曲等冷作模具的制造，其壽命可比高鉻鋼、高速鋼提高幾倍到幾十倍。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第58頁(yè)，共78頁(yè)。3、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al

31、)（1）主要性能特點(diǎn)碳量較低，為0.47%0.57%。強(qiáng)韌性高，熱疲勞性好。是冷、熱兼用型模具鋼。滲碳性能良好，可通過(guò)滲氮進(jìn)一步提高耐磨性。（2）熱加工工藝該鋼導(dǎo)熱性差，變形抗力大，鍛造較為困難。鍛造工藝：加熱11001140， 始鍛10501100 終鍛850以上，鍛后砂冷。 退火工藝：加熱850870/4h，爐冷至710720/6h，保溫結(jié)束爐冷至550出爐空冷。 淬火工藝：用于冷作模具最佳工藝為500和800二次預(yù)熱，鹽浴加熱10901120油淬。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第59頁(yè)，共78頁(yè)。 回火工藝：510回火二次，每次2h油冷?；鼗鹩捕葹?062HRC。（3）應(yīng)用范圍 012A

32、l用于冷作模具，主要替代Cr12MoV鋼制作冷鐓模、中厚鋼板凸模、搓絲板、內(nèi)六角凸模、切邊模等，使用壽命比Cr12MoV鋼大幅提高。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第60頁(yè)，共78頁(yè)。（三）6CrNiSiMnMoV（GD） 基體鋼的缺陷是：合金化程度高，鋼材成本較大。淬火溫度區(qū)間都較窄，一般不能用箱式電阻爐加熱，限制了該項(xiàng)鋼在中小企業(yè)的推廣使用。GD鋼就是針對(duì)上述缺陷研制的新鋼種。 主要性能特點(diǎn)： 鋼的韌性、抗壓強(qiáng)度等性能顯著優(yōu)于CrWMn和Cr12MoV鋼，但耐磨性略低于Cr12MoV。 碳化物偏析小，可以不改鍛，下料后直接使用。 淬透性良好，空冷可以淬硬，淬火變形小。 淬火加熱溫度低，區(qū)間寬

33、，可采用油淬、風(fēng)冷及火焰加熱淬火，回火溫度也低，利于節(jié)能。 淬硬性良好，油淬硬度可達(dá)6465HRC，空淬硬度可達(dá)6061HRC第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第61頁(yè)，共78頁(yè)。最佳熱處理工藝： 淬火加熱870930，回火175230/2h一次。 應(yīng)用范圍：GD鋼主要替代CrWMn、Cr12型鋼、9Mn2V、6CrW2Si鋼制造各種異形、細(xì)長(zhǎng)薄片冷沖凸模，形狀復(fù)雜的大型凸凹模，中厚鋼板沖裁模、剪刀片及精密淬硬型塑料模具等。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第62頁(yè)，共78頁(yè)。（四）7CrSiMnMoV（CH-1） CH-1鋼又稱火焰淬火鋼，也稱低合金空淬模具鋼。是為適應(yīng)大型、特大型模具的熱處理要求、

34、縮短制造周期、節(jié)約生產(chǎn)成本而研制的新鋼種。主要性能特點(diǎn)： 具有高強(qiáng)韌性（參見教材表226）。耐磨性良好（見下圖）。CH-1鋼耐磨性比較 淬火溫度范圍很寬，在860960范圍內(nèi)變化，利于火焰加熱淬火。 淬透性好，淬硬性高，熱處理變形小，空冷后硬度可達(dá)60HRC以上。碳化物偏析小，塑性變形抗力低，鍛造性能良好。焊接工藝性好，能滿足沖模的焊補(bǔ)要求。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第63頁(yè)，共78頁(yè)。應(yīng)用范圍： 主要用于大型、形狀復(fù)雜的多孔位薄板冷沖模，如汽車覆蓋件冷沖模，也可以替代Cr12MoV鋼制造強(qiáng)韌性要求高的冷作模具。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第64頁(yè)，共78頁(yè)。（五）8Cr2MnWMoVS

35、（8Cr2S） 8Cr2S鋼又稱易切削精密冷作模具鋼，主要性能特點(diǎn)如下： 淬透性、淬硬性良好，100mm的圓鋼空淬或硝鹽分級(jí)淬火，硬度可達(dá)6164HRC。 熱處理工藝簡(jiǎn)單，作為預(yù)硬鋼的熱處理工藝為：（860880）2min/mm空冷，（550620）2h回火。作為高硬態(tài)模具的熱處理工藝為：860900空淬，160250回火。具有較高的強(qiáng)韌性（見教材表228）。 切削加工性良好，退火態(tài)可比一般工模具鋼縮短加工工時(shí)30%以上，硬度為4045HRC的調(diào)質(zhì)狀態(tài)仍可采用高速鋼刀具順利地進(jìn)行車、銑、刨、鉆、鏜 攻螺紋等常規(guī)加工。熱處理變形小。 具有良好的表面熱處理性能。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第65

36、頁(yè)，共78頁(yè)。應(yīng)用范圍： 作為預(yù)硬鋼，適于制作精密的塑料模、膠木模和印刷電路板沖孔模，與其他模具鋼相比，配合精度提高，使用壽命提高。 作為高硬態(tài)鋼，主要制作精密零件的沖裁模，如手表零件、電子零件的沖裁模，壽命較傳統(tǒng)模具鋼都有大幅提高。（高強(qiáng)韌性冷作模具鋼的熱處理規(guī)范見教材表229）第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第66頁(yè)，共78頁(yè)。七、高耐磨高韌性冷作模具鋼 高強(qiáng)韌性冷作模具鋼由于鋼中含碳量的減少，耐磨性不如高鉻鋼和高速鋼，高耐磨、高強(qiáng)韌性冷作模具鋼彌補(bǔ)了這類鋼不足。典型鋼種： 9Cr6W3Mo2V2（GM）Cr8MoWV3（ER5）第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第67頁(yè)，共78頁(yè)。（一）GM鋼

37、1、主要性能特點(diǎn) 與高鉻鋼、高速鋼相比，碳化物不均勻程度大大降低，晶粒細(xì)化，強(qiáng)度、韌性提高，具有最佳的耐磨性和強(qiáng)韌性配合。（見教材表231）2、熱加工工藝 （1）鍛造 加熱11001150，始鍛1100，終鍛850900，鍛后緩冷并及時(shí)退火。 （加熱要緩，錘擊時(shí)應(yīng)按輕重輕法則操作） （2）退火 采用球化退火。加熱850870/3h，爐冷至730750/46h，爐冷至500出爐。（3）淬火與回火 圖227 淬火溫度對(duì)GM鋼硬度的影響見圖227。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第68頁(yè)，共78頁(yè)。淬火溫度對(duì)GM鋼殘留奧氏體量的影響見圖228。 淬火溫度對(duì)GM鋼奧氏體晶粒尺寸的影響見圖229。 圖22

38、8 圖229 由圖分析可知：GM鋼有較寬的淬火溫度，淬火后晶粒細(xì)小，殘留奧氏體量少。通常淬火溫度為：10801120，油淬。 淬火硬度為：6466HRC。回火溫度對(duì)GM鋼硬度的影響見圖230。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第69頁(yè)，共78頁(yè)。 圖230 由圖可見，GM鋼二次硬化能力顯著高于Cr12型鋼，接近高速鋼水平，硬化峰值范圍寬，說(shuō)明回火穩(wěn)定性高。GM鋼適宜的回火溫度為：520540/2h，回火2次.3、應(yīng)用范圍 主要用于多工位級(jí)進(jìn)模、高強(qiáng)度螺栓滾絲模和電機(jī) 轉(zhuǎn)子片復(fù)式?jīng)_模等，其壽命比65Nb鋼和Cr12MoV鋼提高26倍以上。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第70頁(yè)，共78頁(yè)。（二）ER5鋼1、主要性能特點(diǎn) 與基體鋼相比，ER5鋼提高了C、V、Cr、Mo、W等碳化物元素的含量，因此，在保持高韌性的同時(shí)，耐磨性比基體鋼、GM鋼好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)Cr12MoV（見教材表232、233）。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范第71頁(yè)，共78頁(yè)。2、熱加工工藝 鍛造：鍛造性能良好，始鍛1150，終鍛900。 退火：860/2h，冷至760/4h，爐冷至500以下出爐空冷，硬度為220240HBW。 淬火與回火：淬火溫度寬