第六章新型模具材料

第六章新型模具材料第一頁，共五十頁，2022年，8月28日第一節(jié)新型模具材料的種類和特性一、冷作模具用于制作工作溫度小于260℃的沖裁、擠壓、鐓鍛以及滾絲和拉深等冷變形工作的模具。性能要求：熱處理后有高的工作硬度、好的韌性。良好的工藝性能以及高的耐磨性。1.1概述第二頁，共五十頁，2022年，8月28日1.冷作模具鋼的基本性能①硬度隨著沖裁速度的提高，沖裁頻率的加快，或者材料變形抗力的增大，冷作模具表面溫度上升很快。模具材料應(yīng)具有工作硬度的保持能力，即組織和性能的穩(wěn)定性。主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理規(guī)范。硬度值范圍54～64HRC1.1概述第三頁，共五十頁，2022年，8月28日②耐磨性對(duì)于一定條件下工作的冷模具鋼而言，為了得到高的磨損抗力，需要在高硬度馬氏體基體上彌散均勻分布細(xì)小合金碳化物，因此含Cr、W、Mo、V等合金元素的高碳鋼，熱處理后有高的耐磨損性能。為了提高模具耐磨性，常采用各種表面強(qiáng)化方法。1.1概述第四頁，共五十頁，2022年，8月28日③韌性冷作模具鋼的韌性要根據(jù)工作條件來考慮。④熱穩(wěn)定性表示模具在使用過程中，工作部位因受熱而保持組織和性能穩(wěn)定的能力。選用一些具有二次硬化能力的高合金鋼。1.1概述第五頁，共五十頁，2022年，8月28日模具鋼的牌號(hào)簡(jiǎn)介

冷作模具用高速工具鋼

W6Mo5Cr4V2：外國近似鋼號(hào)：HS6-5-2(ISO)、SKH9(日本JIS)、M2(美國ASTM)、T11302(美國UNS)、S6-5-2(德國DIN)、1.3343(德國W-Nr.)、BM2(英國BS)、2722(瑞典SS)、P6M5(俄羅斯ГОСТ)等；W6Mo5Cr4V2為鎢鉬系通用高速鋼的代表鋼號(hào)。該鋼具有碳化物細(xì)小均勻、韌性高、熱塑性好等優(yōu)點(diǎn)。

1.1概述第六頁，共五十頁，2022年，8月28日無磁模具用鋼

1Cr18Ni9Ti：外國近似鋼號(hào)：X6CrNiTi1810(ISO)、SUS321(日本JIS)、321(美國ASTM)、S32100(美國UNS)、X12CrNiTi189(德國DIN)、1.4878(德國W-Nr.)、321S20(英國BS)、Z6CNT18.12(法國NF)、2337(瑞典SS)、12X18H10T(俄羅斯ГОСТ)等；1Cr18Ni9Ti屬奧氏體型不銹耐酸鋼。這種鋼經(jīng)過熱處理（1050~1100℃在水中或空氣中淬火）后，呈單相奧氏體組織，因此在強(qiáng)磁場(chǎng)中不產(chǎn)生磁感應(yīng)，該鋼適宜制無磁模具和要求高耐蝕性能的塑料模具。

1.1概述第七頁，共五十頁，2022年，8月28日國產(chǎn)冷作模具鋼

ER5:按國標(biāo)GB表示的鋼號(hào)：Cr8MoWV；高鉻冷作模具鋼，上海材料研究所研制。該鋼號(hào)具有高耐磨性和高沖擊韌性。適于制作冷作模具。

GD：按國標(biāo)GB表示的鋼號(hào)：6CrNiSiMnMoV；高強(qiáng)韌性低合金冷作模具鋼，取“高、低”（Gao、Di）兩個(gè)漢語拼音字頭為其代號(hào)，華中理工大學(xué)研制。適宜制作沖裁切邊復(fù)合模、冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模等。

GM：按國標(biāo)GB表示的鋼號(hào)：9Cr6W3Mo2V2；高耐磨性冷作模具鋼，取“高、磨”（Gao、Mo）兩個(gè)漢語拼音字頭為其代號(hào)，華中科技大學(xué)材料學(xué)院研制。GM鋼與ER5鋼屬于同一類型，具有高硬度，接近高速鋼，優(yōu)于高Cr鋼和基體鋼；其沖擊韌性優(yōu)于高速鋼和高Cr鋼。該鋼適宜制作冷沖模、冷擠壓模和拉深模等。1.1概述第八頁，共五十頁，2022年，8月28日

ICS：高耐磨性冷作模具鋼，上海鋼鐵研究所研制。ICS鋼的硬度高、耐磨性好。適用于翻印模等。

GT35：鋼結(jié)硬質(zhì)合金，具有極高的硬度和耐磨性，用于冷作模具，其使用壽命可比一般模具鋼壽命成10倍的大幅度提高。與普通硬質(zhì)合金相比，又具有韌性好、加工工藝性好、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)。

TLMW50：鋼結(jié)硬質(zhì)合金，其硬度與耐磨性極高，并具有良好的鍛造性能和熱處理的淬硬性。和GT35相比，其淬火回火狀態(tài)的硬度略低于GT35，而其淬火態(tài)的抗彎強(qiáng)度和沖擊值均高于GT35。適于制作冷作模具。1.1概述第九頁，共五十頁，2022年，8月28日2.新型冷作模具鋼的種類和特性（表6-1）①高碳低合金鋼高強(qiáng)韌低合金冷作模具鋼GD、火焰淬火鋼CH和易切削精密模具鋼8Cr2S。含碳量在0.65%～0.85%之間。采用淬火+低溫回火，最終組織回火馬氏體，彌散分布少量碳化物。性能特點(diǎn)：強(qiáng)度高，韌性好，有一定的耐磨損能力。用于冷擠、冷鐓和沖裁模具。1.1概述第十頁，共五十頁，2022年，8月28日②高速鋼基體鋼65Nb、LM1、LM2、CG2(6Cr4Mo3Ni2WV鋼

)、012Al(５Ｃｒ４Ｍｏ３ＳｉＭｎＶＡｌ

)鋼中共晶碳化物數(shù)量少，尺寸細(xì)小且分布均勻性能特點(diǎn)：高抗壓、紅硬性、高耐磨性、高韌性和抗疲勞能力。主要用于強(qiáng)韌性和耐磨要求高的場(chǎng)合，如加工難變形材料的模具既大型復(fù)雜、受沖擊載荷大的模具。1.1概述第十一頁，共五十頁，2022年，8月28日③高碳中鉻耐磨鋼120(Cr4W2MoV)、301(x10CrNi18-8)、LD(7Cr7Mo2V2Si)、GM、ER5鋼等新型高碳高鉻萊氏體耐磨鋼。通過降低碳和鉻的含量以減少共晶碳化物的含量。添加W、Mo、V、Si和N等元素，以提高鋼的耐磨性熱處理工藝：淬火+高溫回火性能特點(diǎn)：具有較強(qiáng)的二次硬化效應(yīng)和較高的強(qiáng)韌性和耐磨性。用于代替Cr12、Cr12MoV及高速鋼模具。1.1概述第十二頁，共五十頁，2022年，8月28日④改良型高速鋼6W6、W9、M2Al(W6Mo5Cr4V2AI)、V3N(W12Mo3Cr4V3N)保證高速鋼紅硬性和熱硬性的同時(shí)，加入其它合金元素，以改善高速鋼的韌性和塑性。1.1概述第十三頁，共五十頁，2022年，8月28日二、熱作模具用于制造高溫下金屬材料塑性成形的一類模具，如錘鍛模、熱擠壓模、熱沖裁模和液態(tài)金屬結(jié)晶成形的壓鑄模。承受機(jī)械負(fù)荷和熱沖擊的雙重作用。性能要求：高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、熱疲勞抗力、抗氧化性、抗熱熔損性能。1.1概述第十四頁，共五十頁，2022年，8月28日1.熱作模具鋼的基本性能①高溫強(qiáng)度熱作模具鋼的高溫強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性主要由鋼的化學(xué)成分決定。含碳量低、含W、Mo、V和Co元素高的熱作模具鋼具有好的高溫性能。1.1概述第十五頁，共五十頁，2022年，8月28日②熱疲勞性能模具鋼在熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力循環(huán)作用下，組織表面產(chǎn)生裂紋的一種抗力。熱疲勞抗力的高低取決于熱疲勞微裂紋的萌生期長(zhǎng)短及萌生后的裂紋擴(kuò)展速率快慢。提高模具鋼的高溫屈服強(qiáng)度及韌性。1.1概述第十六頁，共五十頁，2022年，8月28日③熱磨損性熱作模具鋼在工作條件下，摩擦表面的抗疲勞磨損、氧化粘著磨損和磨粒磨損的能力。熱磨損抗力與高溫強(qiáng)度與沖擊韌性、以及抗氧化性和熱穩(wěn)定性密切相關(guān)。④抗氧化性抗氧化性和熱磨損性能主要取決于氧化膜的成分和結(jié)構(gòu)。Cr、Si、Al等元素有助于提高抗氧化性。1.1概述第十七頁，共五十頁，2022年，8月28日2.熱作模具鋼的種類和特性（表6-2）①高韌性熱作模具鋼45Cr2NiMoVSi、5Cr2NiMoVSi等成分特點(diǎn)：中碳低合金調(diào)質(zhì)類型鋼經(jīng)淬火和高溫回火后，在大截面上具有均勻一致的強(qiáng)韌性能，常用語錘鍛模及壓力機(jī)用大截面模具。1.1概述第十八頁，共五十頁，2022年，8月28日②高強(qiáng)韌性熱作模具鋼HM3(2Cr3Mo3VNb)、H10、HD(4Cr3Mo2NiVNb)、TM、Y4、H13、H11成分特點(diǎn)：含碳量降低，Cr、Mo、V等元素增加經(jīng)淬火和高溫回火后，具有明顯的二次硬化效應(yīng)，熱穩(wěn)定性高，高溫強(qiáng)韌性好，適用于制作熱擠壓、精鍛和有色金屬壓鑄模1.1概述第十九頁，共五十頁，2022年，8月28日③高耐熱性熱作模具鋼HM1、RM2、012Al、GR等成分特點(diǎn)：鋼中增加了熱強(qiáng)性元素W、Mo等具有更高的熱穩(wěn)定性及高溫強(qiáng)度，并保持了一定的韌性和熱疲勞性能，常用語制造告訴錘鍛模、精密鍛造模和熱擠壓模具。1.1概述第二十頁，共五十頁，2022年，8月28日④析出硬化型熱作模具鋼P(yáng)H、YHD3等成分特點(diǎn)：鋼中含碳量較低，添加碳化物形成元素Cr、Mo和V，即可提高淬透性，又可增加析出強(qiáng)化效果。經(jīng)淬火+低溫回火，獲得低碳馬氏體。適用于壓力機(jī)鍛模。1.1概述第二十一頁，共五十頁，2022年，8月28日三、塑料模具鋼*1.1概述第二十二頁，共五十頁，2022年，8月28日四、粉末燒結(jié)模具材料具有硬度高、耐磨、耐腐蝕等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于拉絲、冷鐓、冷沖、冷擠壓等模具，可適應(yīng)高強(qiáng)度、高應(yīng)力負(fù)荷、高摩擦、有腐蝕介質(zhì)及高溫工作條件。1.1概述第二十三頁，共五十頁，2022年，8月28日第二節(jié)新型冷作模具鋼一、高碳低合金模具鋼（一）GD鋼6CrNiSiMnMoV碳含量比一般工具鋼低，加入Cr、Mn以保證鋼的淬透性，同時(shí)加入兩種強(qiáng)韌性元素Si和Ni，并引入少量細(xì)化晶粒元素Mo和V，所形成特殊碳化物可以細(xì)化晶粒也能提高耐磨性。適用于細(xì)長(zhǎng)、薄片凸模，形狀復(fù)雜、大型薄壁凸凹模，中厚板沖裁模及剪刀片等1.1概述第二十四頁，共五十頁，2022年，8月28日2.GD鋼的鍛造工藝采用加熱溫度1080～1120℃，始鍛溫度≧850℃鍛后空冷生成馬氏體，鍛造后需緩慢冷卻或立即退火，以防出現(xiàn)裂紋。3.GD鋼的熱處理工藝退火工藝見表6-4淬火回火工藝見表6-51.1概述第二十五頁，共五十頁，2022年，8月28日（二）CH鋼專用火焰淬火模具鋼?？绽浯阌残院茫冃涡?，使用壽命較高，淬火后不需加工?？蛇m用于修邊。落料、沖孔和成型等冷作模具2.CH鋼的熱處理工藝火焰淬火+火焰加熱回火淬透層深度與淬火工藝參數(shù)見表6-81.1概述第二十六頁，共五十頁，2022年，8月28日二、高速鋼基體鋼（65Nb、LM2）（一）65Nb鋼用于制作冷擠壓、溫?zé)釘D壓、厚板冷沖、冷鐓等模具，特別適用于制作難變形材料用得大型復(fù)雜模具。特別加入的元素Nb能顯著提高鋼的強(qiáng)韌性，對(duì)改善其工藝性能有重要作用。1.1概述第二十七頁，共五十頁，2022年，8月28日2.65Nb鋼的鍛造工藝65Nb鋼屬于高合金鋼，鍛造性能良好，變形抗力比高速鋼、高鉻工具鋼要低，而高溫韌性好，抗氧化能力良好，導(dǎo)熱性差，鍛造時(shí)必須緩慢加熱，鍛造工藝見表6-103.65Nb鋼的熱處理工藝前處理退火后處理淬火+回火熱處理工藝對(duì)性能的影響見表6-126-131.1概述第二十八頁，共五十頁，2022年，8月28日（二）LM2鋼具有強(qiáng)韌性好、耐磨性高的特點(diǎn)，可適用于承受沖擊力和壓應(yīng)力較大的冷作模具既刀具，并可兼做熱作模具鋼使用。2.LM2鋼的鍛造工藝見表6-143.LM2鋼的熱處理工藝退火淬火+回火1.1概述第二十九頁，共五十頁，2022年，8月28日（三）高碳中鉻耐磨鋼（GM、LD）（一）GM鋼GM鋼的冷、熱加工和電加工性能良好，熱處理工藝范圍比較寬。GM鋼的硬化能力接近高速鋼而強(qiáng)韌性優(yōu)于高速鋼和高鉻工具鋼。GM鋼市制作精密、高效、耐磨模具的理想材料2.GM鋼的鍛造工藝表6-173.GM鋼的熱處理工藝圖6-5～圖6-91.1概述第三十頁，共五十頁，2022年，8月28日（二）LD鋼含碳量在0.7%～0.8%，加入一定量的Cr、Mo、V等元素，LD鋼有較高的強(qiáng)韌性和較高的硬度和耐磨性。適用于多種冷鐓、冷擠壓模具，如鋼球、滾子、螺釘、套筒頭模具等。2.LD鋼的鍛造工藝3.LD鋼的熱處理工藝表6-18圖6-11圖6-121.1概述第三十一頁，共五十頁，2022年，8月28日四、改良型高速鋼（6W6）淬透性好，并且有類似高速鋼的高硬度、高耐磨性、高強(qiáng)度等綜合性能，又有比高速鋼好的韌性。通常用于制造冷擠壓凹模、上下沖頭等工具。2.6W6的鍛造工藝表6-193.6W6的熱處理工藝圖6-13～圖6-181.1概述第三十二頁，共五十頁，2022年，8月28日第三節(jié)新型熱作模具鋼一、高韌性低合金熱作模具鋼（5Cr2）1.應(yīng)用范圍5Cr2NiMoVSi淬透性好、熱穩(wěn)定性高、冷熱疲勞性能優(yōu)良、等向性能高，適合于制造大截面壓力機(jī)模具和錘鍛模模具。2.鍛造工藝始鍛溫度1200℃終鍛溫度900℃1.1概述第三十三頁，共五十頁，2022年，8月28日3.熱處理工藝（1）退火工藝（圖6-19）退火組織為粒狀珠光體+少量未溶碳化物（2）淬火回火工藝①硬度（圖6-20）②室溫的強(qiáng)度、塑性和沖擊功（圖6-21）③室溫?cái)嗔秧g性（圖6-22）④高溫硬度（表6-22）⑤高溫強(qiáng)度和塑性（圖6-23）⑥冷熱疲勞性能（表6-23）⑦抗回火穩(wěn)定性（表6-24）1.1概述第三十四頁，共五十頁，2022年，8月28日二、高強(qiáng)韌性熱作模具鋼（一）HD鋼4Cr3Mo2NiVNb1.應(yīng)用范圍具有高溫強(qiáng)度較高、熱穩(wěn)定性及塑韌性較好的特點(diǎn)，適用于制造700℃或更高溫度下的熱作模具，如銅和鋼的熱擠壓模具及銅合金的壓鑄模等。1.1概述第三十五頁，共五十頁，2022年，8月28日2.鍛造工藝加熱溫度1150℃，始鍛溫度1130℃，終鍛溫度≥900℃，鍛后采用灰冷或砂冷。3.熱處理工藝（1）退火工藝（圖6-24）（2）淬火、回火工藝1.1概述第三十六頁，共五十頁，2022年，8月28日①淬火實(shí)驗(yàn)鹽浴加熱（表6-25）②回火實(shí)驗(yàn)（表6-26）③穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)（圖6-25圖6-26）④室溫強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性（圖6-27圖6-28）⑤室溫?cái)嗔秧g度（表6-27）⑥高溫強(qiáng)度、塑性和沖擊韌度（圖6-29圖6-30）1.1概述第三十七頁，共五十頁，2022年，8月28日（二）H13鋼（美）4Cr5MoSiV11.應(yīng)用范圍中溫下具有高的耐磨性和韌性，具有較好的耐冷熱疲勞性能?？蓮V泛應(yīng)用于制造錘鍛模的鍛模，熱擠壓模具與芯棒，鍛造壓力機(jī)模具，精鍛機(jī)用模具鑲塊以及鋁、銅、鋅及合金的壓鑄模。1.1概述第三十八頁，共五十頁，2022年，8月28日2.熱處理工藝①退火工藝（圖6-31）②淬火、回火工藝（表6-28表6-29圖6-32～圖6-39）1.1概述第三十九頁，共五十頁，2022年，8月28日（二）012Al鋼5Cr4Mo3SiMnVAl1.性能特點(diǎn)及應(yīng)用范圍碳化物數(shù)量很少且較細(xì)小，均勻，具有較好的韌性及較高的抗熱疲勞性能。不僅適用于高耐熱性熱作模具，而且由于有較好的綜合性能，也可用于冷作模具。2.熱處理工藝①退火工藝加熱溫度860～880℃②淬火、回火工藝淬火加熱溫度1090～1120℃回火加熱溫度580～620℃1.1概述第四十頁，共五十頁，2022年，8月28日四、析出硬化型熱作模具鋼（PH）PH鋼2Cr3Mo2NiVSi1.特點(diǎn)及應(yīng)用范圍預(yù)硬化狀態(tài)（淬火+低溫回火）表層受熱產(chǎn)生析出硬化（48HRC），心部主要為奧氏體，保證了較高的塑、韌性，達(dá)到2.熱處理工藝①退火工藝（圖6-40圖6-41）②淬火、回火工藝（表6-30～表6-35圖6-42～圖6-45）1.1概述第四十一頁，共五十頁，2022年，8月28日第五節(jié)粉末燒結(jié)模具材料一、鈷結(jié)硬質(zhì)合金以難溶金屬的碳化物為硬質(zhì)相，以金屬鈷為粘結(jié)相，用粉末冶金的方法制造的合金材料。性能特點(diǎn)：高硬度、高耐磨性、耐腐蝕、耐高溫、線膨脹系數(shù)小，韌性和可加工性差。廣泛應(yīng)用于制造拉絲模、沖壓模等。1.1概述第四十二頁，共五十頁，2022年，8月28日牌號(hào)說明：Y-表示硬質(zhì)合金：Y－“硬”的漢語拼音第一個(gè)字母硬質(zhì)合金成份特性：YG6－鎢鈷合金及鈷含量YT14－鎢鈷鈦合金及鈦含量YW1－鎢鈷鈦鉭合金YN10－鎢鈷鎳鉬合金附加字母分別表示：X－細(xì)顆粒C－粗顆粒N－加鈮元素A－加鉭元素W-通用合金如：Y