模具材料與熱處理-課題四

(第四版)《模具材料與熱處理》新世紀(jì)高職高專教材編審委員會(huì)組編主編吳元徽趙利群主審雷勇濤課題四冷作模具材料任務(wù)一冷作模具材料的工作條件與性能要求任務(wù)二冷作模具材料的選用任務(wù)三冷作模具的制造工藝路線任務(wù)四冷作模具材料的熱處理某模具廠使用材質(zhì)為W18Cr4V的冷擠壓模，該模具的生產(chǎn)工藝是:鍛造→機(jī)械加工→熱處理，在擠壓20鋼工件二十幾件后，在凸模的細(xì)圓頭端處發(fā)生斷裂。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求冷作模具是指在常溫下對(duì)材料進(jìn)行壓力加工或其他加工所使用的模具。典型的冷作模具主要有冷沖裁模、冷拉深模、冷擠壓模、冷鐓模等。各類冷作模具都是在常溫下對(duì)工件材料施力，使其產(chǎn)生變形或分離，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的成品件。由于各類冷作模具不同，所以其工作條件也不同。分析任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求工作條件1.冷沖裁模

冷沖裁模的工作對(duì)象是黑色金屬鋼板、有色金屬板材或其他非金屬板材，依靠冷沖裁模的刃口完成冷沖壓加工中的分離工序，主要是對(duì)各種板料進(jìn)行沖切成型。冷沖裁模的主要工作部位是凸模和凹模的刃口，靠它們對(duì)金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生彈性變形、塑性變形和分離的過程。板材沖壓分離過程.MPG沖孔落料復(fù)合模.swf任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求工作條件在彈性變形階段，凸模端面的中間部分與板料脫離，壓力都集中在刃口附近的狹小范圍內(nèi)。在塑性變形和分離階段，凸模切入板料，同時(shí)金屬板料被擠入凹模洞口，使模具的刃口端面和側(cè)面產(chǎn)生擠壓和摩擦，所以對(duì)模具材料要求具有高的耐磨性、沖擊韌性以及耐疲勞斷裂性能。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求

2.冷拉深模冷拉深模是將板材進(jìn)行延伸使之成為一定尺寸和形狀的產(chǎn)品的模具。冷拉深模的工作對(duì)象是黑色金屬鋼板、有色金屬板材或其他非金屬板材。依靠模具使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形而獲得所需的形狀。冷拉深模的凸模、凹模和壓邊圈的工作部位均無鋒利的尖角，模具零件的受力不像冷沖裁模那樣限定在較小的范圍內(nèi)，凸模和凹模之間的間隙一般比板材厚度大，模具較少出現(xiàn)應(yīng)力集中。模具在工作時(shí)不易產(chǎn)生偏載，所承受的沖擊力很小，凸模承受壓力和摩擦力，凹模承受徑向張力和摩擦力。因此對(duì)冷拉深模具材料要求具有高的硬度和耐磨性。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求

3.冷擠壓模

冷擠壓模是使金屬坯料在強(qiáng)大而均勻的近似于靜擠壓力的作用下，產(chǎn)生塑性變形流動(dòng)而形成產(chǎn)品的模具。在進(jìn)行冷擠壓加工時(shí)，金屬坯料承受強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力。在模具的作用下，金屬坯料沿凸、凹模間隙或凹模?？诋a(chǎn)生劇烈流動(dòng)，變形位移大。而模具承受強(qiáng)大的擠壓力（來自金屬坯料的反作用力），同時(shí)產(chǎn)生很大的摩擦力。在擠壓時(shí)形成的摩擦功和變形能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，產(chǎn)生擠壓中的熱效應(yīng)，導(dǎo)致模具的局部表面產(chǎn)生400℃以上的高溫。此外，由于金屬坯料端面不平整、凸模與凹模之間的間隙不均勻和中心線不一致等因素，還會(huì)使凸模在擠壓時(shí)承受很大的偏載或橫向彎曲載荷。因此，冷擠壓模具鋼需要具有高的變形抗力、耐磨性及斷裂抗力，此外還應(yīng)具有高的回火穩(wěn)定性。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求

4.冷鐓模

冷鐓模是在沖擊力的作用下將金屬棒狀坯料鐓成一定形狀和尺寸的產(chǎn)品的冷作模具。在冷鐓加工過程中，沖擊頻率高（60～120次/min），沖擊力大，金屬坯料受到強(qiáng)烈的鐓擊，同時(shí)，模具也同樣受到短周期沖擊載荷的作用。由于是在室溫條件下工作的，塑性變形抗力大，工作環(huán)境差，凸模承受巨大的沖擊壓力和摩擦力，凹模承受沖脹力和摩擦力，產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，因而冷鐓模最常見的失效形式是磨損失效和疲勞斷裂失效。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求一、冷作模具材料使用性能要求使用性能要求

（1）耐磨性

（2）韌性

（3）強(qiáng)度

（4）抗疲勞性（5）抗咬合性

任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求一、冷作模具材料使用性能要求

1.硬度和耐磨性硬度和耐磨性是冷作模具材料的最基本性能之一，模具的硬度應(yīng)高出工件硬度30％～50％，一般為58～64HRC，以保證模具在工作過程中抗壓、耐磨、不變形、抗粘合。

2.強(qiáng)度和韌性模具材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和韌性，以防止模具在沖擊負(fù)荷下發(fā)生脆性斷裂。

3.熱硬性以保證模具在高速?zèng)_壓或重負(fù)荷沖壓工序中不因溫度升高而軟化。

4.抗疲勞性能防止模具在交變載荷作用下發(fā)生疲勞破壞任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求二、冷作模具材料的工藝性能要求2.工藝性能要求

（1）可鍛性

（2）可切削性

（3）可磨削性

（4）熱處理工藝性

任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求二、冷作模具材料的工藝性能要求

1.可鍛性鍛造可以改善材料的內(nèi)部組織，提高其強(qiáng)度和韌性。

2.可切削加工性應(yīng)具有較好的可切削加工性能；球化退火改善冷作模具材料的可切削加工性能；選用含S、Ca等元素的易切削模具材料。

3.可磨削性為了保證模具具有較好的表面粗糙度和尺寸精度，大部分模具都必須經(jīng)過磨削加工。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求二、冷作模具材料的工藝性能要求

4.熱處理工藝性（1）淬硬性與淬透性：淬硬性主要取決于鋼的含碳量，淬透性主要于鋼的化學(xué)成分、合金元素含量和淬火前的組織狀態(tài)。（2）回火穩(wěn)定性：模具鋼在回火時(shí)，抵抗其強(qiáng)度、硬度降低的能力稱為回火穩(wěn)定性，也稱回火抗力或抗回火軟化能力。對(duì)于冷作模具鋼應(yīng)采用低溫回火。（3）過熱敏感性：（4）氧化脫碳傾向（5）淬火變形和開裂傾向：熱處理引起尺寸變化有兩種情況：一種是由材料特性決定的，另一種是由熱處理工藝決定的。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼常用鋼種有T7A、

T8A、T10A、T12A等.

主要優(yōu)點(diǎn)：（1）成本低：價(jià)格便宜，來源方便。（2）加工性能好：與其他冷作模具鋼相比，鍛造工藝性較好，易退火軟化，便于加工制成模具。（3）熱處理后有較高的硬度和一定的耐磨性。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼

主要缺點(diǎn)：

(1)淬透性低：模具截面尺寸大于15mm，水冷也不能淬透。屬低淬透性冷作模具鋼。

(2)熱硬性、耐磨性差，淬火變形大，易產(chǎn)生淬火裂紋，使用壽命低。

用途：因此碳素工具鋼只適合制造一些尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、輕負(fù)荷的模具。共析鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼

T10A應(yīng)用最普遍。

T10A、T12A鋼過熱傾向較小，淬火晶粒較細(xì)，并有過剩碳化物，因此經(jīng)熱處理后鋼的強(qiáng)度較高、耐磨性較好。T10A鋼還能保證足夠的韌性，而T12A鋼過剩碳化物過多，顆粒較粗、分布不均，易使鋼的力學(xué)性能降低。

T8A鋼由于沒有過剩碳化物，因此過熱傾向大，淬火加熱時(shí)晶粒易粗化，韌性和耐磨性差，所以冷作模具制造很少采用。

T7A鋼，鋼的耐磨性不如T10A，但有較好的韌性，所以韌性要求較高的冷作模具可以選用。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料碳素工具鋼的力學(xué)性能影響因素：①含碳量的影響：鋼的硬度主要由碳含量決定，含碳量越高硬度越高。鋼的耐磨性取決于硬度，當(dāng)碳素工具鋼硬度在60~62HRC以下時(shí)，耐磨性急劇降低，一般情況下，含碳量越高，耐磨性越好，如T12鋼比T10鋼的耐磨性稍高。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求

1.碳素工具鋼三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼碳素工具鋼的力學(xué)性能影響因素：如圖4-1所示碳素工具鋼隨回火溫度升高而硬度降低，但下降趨勢(shì)與含碳量有關(guān)，含碳量越高，鋼中析出的碳化物顆粒越多，阻止了硬度的下降，因而含碳量高的鋼回火時(shí)硬度降低比含碳低的鋼小。圖4-1T10鋼的硬度、殘余奧氏體量與回火溫度的關(guān)系（780℃淬火、水冷、回火保溫1h）任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼碳素工具鋼的力學(xué)性能影響因素：

②淬火溫度的影響：提高淬火溫度，淬火馬氏體變粗，鋼的強(qiáng)韌性下降，如圖4-2所示。但適當(dāng)提高淬火溫度，可提高碳素工具鋼的淬透性，增加硬化層深度，提高模具的承載能力。如圖4-3所示。所以，對(duì)于容易淬透的小型模具，可采用較低的淬火溫度（760~780℃）；對(duì)于大、中型模具，應(yīng)適當(dāng)提高淬火溫度（800~850℃）或采用高溫快速加熱工藝。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼圖4-2T10鋼的淬火溫度對(duì)強(qiáng)韌性的影響（150℃回火）圖4-3T10鋼的淬火溫度對(duì)淬透性的影響（試樣經(jīng)不同溫度加熱在水中淬火后，沿直徑上的硬度變化）任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼碳素工具鋼的力學(xué)性能影響因素：

③回火溫度的影響：碳素工具鋼的硬度隨回火溫度的升高而下降，如圖4-1所示，但在低溫區(qū)回火（150~200℃），硬度下降不多，當(dāng)回火溫度超過200℃，硬度才明顯下降。碳素工具鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系如圖4-4所示，由圖可知當(dāng)回火溫度在220~250℃之間抗彎強(qiáng)度達(dá)到極大值，可是碳素工具鋼在200~300℃回火時(shí)，會(huì)產(chǎn)生回火脆性，導(dǎo)致韌性下降，因此韌性要求較高的碳素工具鋼應(yīng)避免在此溫度回火。

任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼圖4-4T12鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系（淬火溫度：780℃）任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼碳素工具鋼的工藝性能：①鍛造性能：碳素工具鋼變形抗力小，鍛造溫度范圍寬，鍛造工藝性能好，如表4-2所示。鋼號(hào)始鍛溫度/℃終鍛溫度/℃冷卻方式T7AT8A1130~1160≥800單件空冷或堆放空冷T10AT12A1100~1140800~850空冷到650~后轉(zhuǎn)入干砂、爐灰坑中緩冷任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼碳素工具鋼的工藝性能：

對(duì)于T10A、T12A的終鍛溫度和鍛后冷卻方式必須嚴(yán)格掌握，如果終鍛溫度過高，冷卻速度過緩，容易析出網(wǎng)狀二次滲碳體，它能顯著降低鋼的塑性與強(qiáng)度，增加模具淬火開裂，產(chǎn)生磨削裂紋及使用時(shí)出現(xiàn)脆斷的傾向。一般鍛后采用空冷的方法抑制網(wǎng)狀碳化物的析出。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼碳素工具鋼的工藝性能：②退火和正火：

經(jīng)改鍛后的模具毛坯必須進(jìn)行球化退火（形成粒狀珠光體，降低硬度、均勻組織，改善切削加工性能），以便于切削加工，并為淬火作好組織準(zhǔn)備。當(dāng)鋼坯鍛后出現(xiàn)粗大或嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行正火后再進(jìn)行球化退火。退火溫度：Ac3+(20~30℃）任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼碳素工具鋼的工藝性能：③淬火及回火：淬火溫度的高低對(duì)淬火后模具質(zhì)量有著重要影響。淬火加熱溫度是根據(jù)鋼的臨界點(diǎn)來選擇的，淬火溫度過高，會(huì)使奧氏體晶粒長(zhǎng)大，增加淬火變形開裂的危險(xiǎn)，導(dǎo)致淬火馬氏體粗大，力學(xué)性能惡化，同時(shí)還會(huì)使分散的碳化物量減少，殘余奧氏體量增加，減少耐磨性；淬火溫度過低，則奧氏體不能溶入足夠的碳量，碳的濃度不能充分均勻化，對(duì)模具的力學(xué)性能同樣不利。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

1.碳素工具鋼鋼號(hào)淬火回火加熱溫度/℃冷卻介質(zhì)硬度HRC加熱溫度/℃保溫時(shí)間/h硬度HRCT7780~800鹽或堿水溶液62~64140~160160~1801~262~6458~61800~820油或熔鹽59~61180~2001~256~60T8760~770鹽或堿水溶液63~65140~160160~1801~260~6258~61780~790油或熔鹽60~62180~2001~256~60T10770~790鹽或堿水溶液63~65140~160160~1801~262~6460~62790~810油或熔鹽61~62180~2001~259~61T12770~790鹽或堿水溶液63~65140~160160~1801~262~6461~63790~810油或熔鹽61~62180~2001~260~62表4-4碳素工具鋼的淬火、回火工藝規(guī)范任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

2.高碳低合金鋼常用牌號(hào)有9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCrl5等。該鋼種碳含量在0.8％以上，是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，加入少量合金元素Cr、W、Mn、Si、Mo、V等，提高合金的淬透性，減小淬火變形、開裂，形成特殊碳化物，細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性。這類鋼的韌性、耐磨性、熱硬性都比碳素工具鋼高，使用壽命也較碳素工具鋼長(zhǎng)。淬火變形比碳素工具鋼小，屬低變形冷作模具鋼。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

2.高碳低合金鋼CrWMn（1）化學(xué)成分

CrWMn鋼的化學(xué)成分見表4-5CMnSiCrWSP0.90~1.050.80~1.100.15~0.350.90~1.201.20~1.60≤0.030≤0.030表4-5CrWMn鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）GB/T1299-2000CrWMn鋼的臨界點(diǎn)：Ac1≈750℃，Accm≈940℃，Ar1≈710℃，Ms≈255℃任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

2.高碳低合金鋼CrWMn

（2）力學(xué)性能

CrWMn鋼具有高淬透性，由于鎢形成碳化物，這種鋼在淬火及低溫回火后具有比鉻鋼和9SiCr鋼更多的過剩碳化物和更高的硬度及耐磨性，如圖4-5、4-6、4-7所示。此外，鎢還有助于保存細(xì)小晶粒，使鋼獲得較好的韌性并減少過熱敏感性。在800℃淬火時(shí)，鋼的抗彎強(qiáng)度、韌性最高；在270℃以下回火時(shí)，強(qiáng)度及沖擊韌性隨回火溫度升高而顯著上升。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

2.高碳低合金鋼CrWMn圖4-5CrWMn鋼力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系圖4-6CrWMn鋼硬度與淬火溫度的關(guān)系任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

2.高碳低合金鋼CrWMn圖4-7CrWMn鋼硬度與回火溫度的關(guān)系任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

2.高碳低合金鋼CrWMn（3）工藝性能①鍛造工藝：CrWMn鋼具有良好的鍛造性能，其鍛造工藝規(guī)范見表4-6所示。鍛造溫度范圍在1140～800℃，為了降低或減輕碳化物網(wǎng)的形成，鍛后盡可能快的冷至650～700℃，然后緩冷（坑冷、砂冷或爐冷）。該鋼碳化物偏析比較嚴(yán)重，為了避免碳化物分布不均，有時(shí)需要反復(fù)鐓粗拔長(zhǎng)。項(xiàng)目加熱溫度/℃始鍛溫度/℃終鍛溫度/℃冷卻鋼錠1150~12001100~1150800~880先空冷，在緩冷鋼坯1100~11501050~1100800~850先空冷，在緩冷表4-6CrWMn鋼的鍛造工藝規(guī)范任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

2.高碳低合金鋼CrWMn

②退火工藝：CrWMn鋼鍛后需進(jìn)行等溫球化退火，退火加熱溫度790~830℃，等溫溫度為700~720℃，退火后的組織比較均勻，退火后硬度為207~255HBS。如果鍛造質(zhì)量不高，出現(xiàn)嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物或粗大晶粒時(shí)，必須在球化退火之前進(jìn)行一次正火，正火加熱溫度為930~950℃。③淬透性：CrWMn鋼淬透性較好，淬火變形小。在油中的臨界淬透直徑D0=30~50mm。直徑40~50mm的鋼件在低于200℃的硝鹽浴中冷卻即可淬透。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

3.高耐磨冷作模具鋼低合金冷作模具鋼的性能雖然優(yōu)于碳素工具鋼，但其耐磨性、強(qiáng)韌性、變形要求等仍不能滿足形狀復(fù)雜的重載冷作模具的要求。對(duì)于形狀復(fù)雜的重載冷作模具，必須采用性能更好的模具鋼。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

3.高耐磨冷作模具鋼

1）高碳高鉻鋼典型的鋼號(hào)是Cr12和Cr12MoV，其組織和性能很相似，常統(tǒng)稱為Cr12型鋼。成分特點(diǎn)：高碳(1.3～2.3％)、高鉻(11-13％)。屬于高碳高鉻萊氏體鋼。共晶白口鑄鐵的室溫組織200×任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

3.高耐磨冷作模具鋼高碳高鉻鋼的性能特點(diǎn)：

1）經(jīng)熱處理后，組織中含有大量彌散分布的鉻的碳化物顆粒Cr7C3

，使鋼具有很高的硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度，承載能力僅次于高速鋼；

2）淬透性高，截面尺寸為300-400mm的模具在油中均可淬透。

3）淬火變形小。淬透性高，可采用較緩慢冷卻減少變形；由于含有很高的Cr元素，可降低Ms，增加殘余奧氏體量，減小體積變形，淬火后可達(dá)微變形程度，屬高耐磨微變形冷作模具鋼。

4）脆性大。Cr12型鋼為萊氏體鋼,鑄態(tài)組織中有粗大的魚骨狀共晶碳化物。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

3.高耐磨冷作模具鋼高碳高鉻鋼的性能特點(diǎn)：淬透性高，截面尺寸為300-400mm的模具在油中均可淬透。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

3.高耐磨冷作模具鋼Cr12①鍛造工藝：

Cr12型鋼為萊氏體鋼，鑄態(tài)組織中有魚骨狀共晶碳化物。鍛造時(shí)，堅(jiān)持多向、多次鐓拔，才能保證擊碎碳化物。鍛后應(yīng)及時(shí)退火。

Cr12型鋼的合金元素含量高，導(dǎo)熱性差，塑性低，變形抗力大，鍛造溫度范圍窄，組織缺陷嚴(yán)重，所以鍛造性能差。合理的鍛造工藝是：預(yù)熱溫度為750-850℃

，始鍛溫溫度為1050-1150℃

，終鍛溫度為850-900℃

，鍛后緩冷。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

3.高耐磨冷作模具鋼Cr12

②

退火工藝：

Cr12型鋼一般采用等溫球化退火工藝，加熱溫度為850-870℃

，保溫3-4h。等溫溫度為720-750℃

，保溫6-8h。退火后的硬度為207-255HBS。退火后組織為索氏體+粒狀合金碳化物，降低硬度，提高切削性能。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

3.高耐磨冷作模具鋼Cr12

Cr12與Cr12MoV的性能比較：

Cr12型鋼是應(yīng)用最廣、數(shù)量最大的冷作模具鋼。

Cr12型鋼中的主要碳化物是Cr7C3型。因Cr12鋼碳含量高達(dá)1.3～2.3％，碳化物不均勻性嚴(yán)重，脆性大，用于制造模具易產(chǎn)生崩刃和脆斷。只適用于制造沖擊負(fù)荷小、耐磨性要求高的模具，如冷沖模及沖頭、冷切剪刃、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉延模以及螺紋滾模等模具。

Cr12MoV的含碳量比Cr12少，并加入了Mo、V，改善了碳化物不均勻性，提高了韌性。鉬和釩還能細(xì)化晶粒，改善韌性。所以，Cr12MoV鋼的脆斷傾向較小，廣泛用于制造大截面、形狀復(fù)雜的重載冷作模具，如切邊模、落料模、滾邊模、拉絲模等。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2典型鋼種W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、6W6Mo5Cr4V、W12Mo3Cr4V3N等

。自20世紀(jì)70年代用于傳統(tǒng)的冷作模具以來，現(xiàn)已成為重載沖頭的主要材料。國(guó)內(nèi)的許多冷擠壓凸模都選用高速鋼制作。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2主要性能特點(diǎn)：含碳量0.7-0.9%，合金總量大于15%。具有高強(qiáng)度、高耐磨性，同時(shí)具有很高的回火穩(wěn)定性和熱硬性。其承載能力位于各種傳統(tǒng)的冷作模具鋼之首。主要缺陷：高速鋼的價(jià)格昂貴，導(dǎo)熱性差，韌性不足。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2

W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2經(jīng)一般熱處理后的主要缺點(diǎn)是韌性不足，所以作為冷作模具使用的高速鋼應(yīng)在工藝上或成分上適當(dāng)調(diào)整。這種調(diào)整有兩個(gè)方向，其一是高速鋼的低溫淬火；其二是應(yīng)用低碳高速鋼或基體鋼。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2（1）化學(xué)成分

W6Mo5Cr4V2鋼為鎢鉬系通用高速鋼的代表，以Mo代表了部分W，使鑄態(tài)萊氏體得到細(xì)化，其化學(xué)成分如表4-10所示。鋼號(hào)化學(xué)成分CSiMnWMoCrVPSW6Mo5Cr4V20.80~0.900.20~0.450.15~0.405.50~6.754.50~5.503.80~4.401.75~2.20≤0.03≤0.03W18Cr4V0.70~0.800.20~0.400.10~0.4017.5~19.0≤0.303.80~4.401.00~1.40≤0.03≤0.03表4-10W6Mo5Cr4V2鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2（2）力學(xué)性能高速鋼具有高強(qiáng)度，高抗壓性、高耐磨性和高熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，與Cr12MoV相比，韌性、扭轉(zhuǎn)性能和耐磨性能稍差，其它性能都優(yōu)于Cr12MoV鋼。表4-11為W6Mo5Cr4V2鋼與Cr12MoV鋼的力學(xué)性能對(duì)比。鋼號(hào)抗彎強(qiáng)度bb/MPa抗彎屈服強(qiáng)度s/MPa抗壓強(qiáng)度b/MPa抗扭強(qiáng)度b/MPa沖擊韌度K/J·cm-2Cr12MoV350020506000185034W6Mo5Cr4V2450036606000174021表4-11Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2鋼在硬度61HRC下的力學(xué)性能任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2（3）工藝性能①鍛造工藝：高速鋼中含有大量的鎢、鉬、鉻、釩等合金元素，鑄造組織中含有大量萊氏體共晶碳化物，這種碳化物不能靠正常的熱處理方法予以清除，即使采用高溫長(zhǎng)時(shí)間擴(kuò)散退火也難以改善碳化物的不均勻分布。鍛造比越大，碳化物分布越均勻，W6Mo5Cr4V2鋼鍛造工藝見表4-12所示。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2鋼種加熱溫度/℃始鍛溫度/℃終鍛溫度/℃冷卻方式W18Cr4V鋼錠1220~12401120~1140≥950砂冷或堆冷鋼坯1180~12201120~1140≥950砂冷或堆冷W6Mo5Cr4V2鋼錠1180~11901080~1100≥950砂冷或堆冷鋼坯1140~11501040~1080≥900砂冷或堆冷表4-12W6Mo5Cr4V2鋼與W18Cr4V鋼的鍛造工藝對(duì)比任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2

②退火工藝：高速鋼退火是為了降低硬度，以利于切削加工，也是為淬火作組織準(zhǔn)備和消除鍛造加工中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。W6Mo5Cr4V2鋼易氧化、脫碳，應(yīng)采用裝箱或在保護(hù)氣氛下退火。鍛后退火：加熱溫度為840~860℃，保溫2~4h，緩慢冷卻到500℃以下出爐空冷或爐冷到室溫，硬度≤285HBS。鍛后等溫退火：加熱溫度為840~860℃，保溫2~4h；爐冷至740~760℃，保溫4~6h，在爐冷到500℃以下出爐空冷，硬度≤255HBS。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2③淬火工藝：W6Mo5Cr4V2鋼淬火工藝規(guī)范見表4-13。類型預(yù)熱溫度/℃淬火溫度/℃冷卻硬度HRC工具800~8501200~1240油冷62~64冷作模具800~8501150~1200油冷62~64表4-13W6Mo5Cr4V2鋼淬火工藝規(guī)范任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2

④回火工藝：高速鋼必須經(jīng)過三次以上的回火，其原因主要因?yàn)榍按位鼗鹄鋮s過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成“淬火”馬氏體，必須經(jīng)再次回火才能消除前次回火時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力，經(jīng)三次回火后殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)才降到2%~3%，硬度達(dá)64HRC以上。推薦回火規(guī)范：回火溫度為560℃，回火3次，硬度為62~66HRC。與W18Cr4V鋼一樣，W6Mo5Cr4V2鋼也出現(xiàn)回火二次硬化現(xiàn)象，回火硬化峰在560℃左右。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

4.冷作模具用高速鋼W6Mo5Cr4V2（4）使用范圍W6Mo5Cr4V2鋼為鎢鉬系通用高速鋼的代表，以Mo代替了部分W，使鑄態(tài)萊氏體得到細(xì)化，軋制后碳化物不均勻程度較輕，粒度也細(xì)，因此該鋼具有碳化物細(xì)小均勻、韌性高、熱塑性好等優(yōu)點(diǎn)。由于強(qiáng)度高、耐磨性好，因而還可以制作高負(fù)荷下的耐磨損零件，如冷擠壓模具，但必須適當(dāng)降低淬火溫度以滿足強(qiáng)度及韌性的要求。W6Mo5Cr4V2高速鋼易于氧化脫碳，在熱加工及熱處理時(shí)應(yīng)加以注意。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

5．基體鋼6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）基體鋼又稱高強(qiáng)韌性冷作模具鋼，對(duì)要求高耐磨性的模具也有采用高速鋼來制造的，但往往由于其韌性低而發(fā)生早期失效。為提高其韌性而研究發(fā)展了基體鋼，其化學(xué)成分相當(dāng)于高速鋼淬火后的基體組織成分，因基體鋼中共晶碳化物的數(shù)量少且細(xì)小均勻，韌性得到一定提高。常用的基體鋼有65Nb、LD、012Al、LMI、LM2鋼等。下面以65Nb為例介紹一下任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料（1）化學(xué)成分65Nb鋼與W6Mo5Cr4V2鋼淬火基體成分相比，碳鎢含量稍高，鉬含量稍低，并加入少量的鈮。這種合金化特點(diǎn)，既保證了該鋼具有高速鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，又具有較高韌性和抗疲勞強(qiáng)度，鋼的工藝性能也得到極大改善。6Cr4W3Mo2VNb鋼的化學(xué)成分如表4-14所示。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求

5．基體鋼6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）三、常用冷作模具材料

5．基體鋼6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）CSiMnCrMoWVNbPS0.60~0.70≤0.40≤0.403.80~4.401.80~2.502.50~3.500.80~1.200.20~0.35≤0.03≤0.03表4-1465Nb鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

5．基體鋼6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）（2）力學(xué)性能65Nb鋼隨著淬火溫度的升高，由于碳化物不斷溶解，殘余奧氏體隨之增加，奧氏體晶粒緩緩長(zhǎng)大，當(dāng)淬火加熱溫度大于1160℃時(shí)，才開始明顯長(zhǎng)大；65Nb鋼經(jīng)不同溫度淬火，在回火過程中均有二次硬化現(xiàn)象，其硬度峰值、抗彎強(qiáng)度峰值均出現(xiàn)在520~540℃處；65Nb鋼淬火溫度為1080~1180℃，回火溫度為520~600℃，一般采用兩次回火，由于淬火溫度范圍寬，選擇不同的淬火溫度可滿足不同模具的強(qiáng)度和韌性要求。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

5．基體鋼6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）（3）工藝性能

65Nb鋼的變形抗力較高鉻鋼、高速鋼低，碳化物均勻性好，因而具有良好的鍛造性能，但該鋼的導(dǎo)熱性較差，鍛時(shí)必須緩慢加熱，鍛造溫度范圍為1120~850℃，鍛后緩冷。鍛坯要及時(shí)退火，退火工藝為：加熱860℃，等溫溫度730~740℃，退火硬度為183~207HBS。由于該鋼退火易軟化，延長(zhǎng)等溫時(shí)間，硬度可降低至180HBS左右，這就為模具本身的冷擠壓成型提供了條件，因此對(duì)65Nb鋼模具可以采用冷擠壓成形，這是65Nb鋼的最大優(yōu)點(diǎn)。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求三、常用冷作模具材料

5．基體鋼6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）（4）應(yīng)用范圍

65Nb鋼是以W6Mo5Cr4V2高速鋼為母體，在其淬火基體成分的基礎(chǔ)適當(dāng)增加含碳量，并加入適量鈮合金的改型基體鋼。它具有高速鋼的高硬度和高強(qiáng)度，又因無過剩的碳化物，所以比高速鋼具有更高的韌性和疲勞強(qiáng)度。由于65Nb鋼中加入適量鈮，能起到細(xì)化晶粒的作用，并能提高韌性和改善工藝性能，因此可以用來制造各類冷作模具，適于制造復(fù)雜、大型或加工難變金屬的冷擠壓模具以及受沖擊負(fù)荷較大的冷鐓模具，模具的使用壽命有明顯提高。任務(wù)一冷作模具材料的工作條件及性能要求一、冷沖裁模具材料的選用沖裁模工作零件材料的選用考慮以下因素：①模具壽命的高低；

②沖壓件的材質(zhì)不同材質(zhì)的沖壓件，其沖壓的難易程度相差很大；

③沖壓件的產(chǎn)量如批量不大，就沒有必要選用高性能的模具材料；④材料價(jià)格。任務(wù)二冷作模具材料的選用一、冷沖裁模具材料的選用

(1)薄板沖裁模具用鋼:

薄板沖裁模國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期以來主要用材有T10A，CrWMn，9Mn2V，Cr12及Cr12MoV鋼等。

(2)厚板沖裁模具用鋼:

一般批量較小時(shí)，可選T8A鋼，用T8A鋼制作模具壽命不高。對(duì)于批量較大的厚板沖裁模可選用W18Cr4V鋼或W6Mo5Cr4V2鋼制作凸模，用Cr12MoV鋼制作凹模。任務(wù)二冷作模具材料的選用二、冷拉深模具材料的選用

對(duì)于小批量生產(chǎn)，可選用表面淬火鋼或鑄鐵;

對(duì)于輕載拉深模，宜選用碳素鋼T10A鋼，高碳低合金鋼9Mn2V，CrWMn，GD鋼，基體鋼（65Nb鋼）等;

對(duì)于重載拉深模，可選用高耐磨冷作模具鋼Cr12，Cr12MoV，Cr12Mo1V1，Cr5Mo1V，GM鋼等。任務(wù)二冷作模具材料的選用三、冷擠壓模具材料的選用傳統(tǒng)的冷擠壓模具材料有碳素工具鋼T10A，高碳低合金鋼CrWMn、60Si2Mn，高耐磨冷作模具鋼Cr12、Cr12MoV，冷作模具用高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V等。這些材料在使用過程都發(fā)現(xiàn)凸模易折斷，凹模易脹裂，模具的使用壽命不高，這表明了模具材料的強(qiáng)韌性較差。新型模具鋼如冷作模具用高速鋼6W6Mo5Cr4V1，高耐磨冷作模具鋼LD，基體鋼65Nb、012Al、LM2、GD，硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金等可大大提高強(qiáng)韌性，提高模具的使用壽命。任務(wù)二冷作模具材料的選用四、冷鐓模具材料的選用

用于生產(chǎn)工件批量不大的冷鐓模具，一般選擇碳素工具鋼或低合金冷作模具鋼，對(duì)模具型腔表面進(jìn)行局部淬火，使型腔表面硬度達(dá)到HRC60左右，而模具心部硬度為HRC35~45左右。應(yīng)根據(jù)模具的截面尺寸，選擇具有一定淬透性的模具鋼，以得到比較理想的淬硬層深度。淬硬層過淺，可能造成使用中型腔塌陷；硬化層過深，可能使模具在使用過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。任務(wù)二冷作模具材料的選用四、冷鐓模具材料的選用對(duì)于要求使用壽命長(zhǎng)的冷鐓模具，則采用高合金模具鋼（如Cr5Mo1V，Cr12，Cr12MoV，7CrMo2V2Si等）、高速鋼（如W6Mo5Cr4V2，W18Cr4V，粉末高速鋼等）、鋼結(jié)硬質(zhì)合金或鈷含量較高韌性好的硬質(zhì)合金制造。為了使模具能承受較高的沖擊載荷，一般采用鑲塊式模具結(jié)構(gòu)。模具外套采用高韌性的合金結(jié)構(gòu)鋼或4Cr5MoSiV1等熱作模具鋼制造，熱處理后的硬度為HRC45左右。高硬度冷鐓模具鑲塊采用高合金模具材料制造，用冷壓或熱壓法鑲?cè)胪馓祝怪o密接觸，外套對(duì)內(nèi)套造成一定的壓應(yīng)力，以改善模具的服役條件，延長(zhǎng)模具的使用壽命。任務(wù)二冷作模具材料的選用四、冷鐓模具材料的選用

凸模必須承受強(qiáng)烈的沖擊力，對(duì)模具壽命要求不高或輕載的冷鐓模：

凸模――可采9SiCr，T10A，Cr12MoV，GCr15，60Si2Mn鋼制造；

凹模――可采用T10A，Cr12MoV，GCr15鋼制造;對(duì)于重載、高壽命冷鐓模，應(yīng)采用高強(qiáng)韌性、高耐磨性新型模具鋼，如012Al，65Nb，LD，LM，18Ni，GM，6W6Mo5Cr4V鋼。任務(wù)二冷作模具材料的選用用Cr12MoV鋼制作的硅鋼片冷沖裁模

具，其設(shè)計(jì)硬度為58~62HRC，正常的使用壽命為每模20萬件以上。

1.該模具的制造工藝路線：下料→鍛造→球化退火→機(jī)械加工→淬火+低溫回火→平磨→線切割加工→成型組裝。其中鍛造工藝為:始鍛溫度1000～1100℃，終鍛溫度800～850℃，鍛造方法為，多向反復(fù)鐓粗—拔長(zhǎng)—鐓粗；球化退火工藝如圖4-11所示：淬火和回火工藝如圖4-12所示任務(wù)三冷作模具的制造工藝路線圖4-11Cr12MoV鋼的球化退火工藝曲線圖4-12Cr12MoV鋼的淬火和回火工藝曲線分析

1.材料選擇：Cr12MoV鋼屬于高耐磨微變形冷作模具鋼，其特點(diǎn)是具有高的耐磨性、淬透性、微變形、高熱穩(wěn)定性、高抗彎強(qiáng)度，僅次于高速鋼，是冷沖裁模、冷鐓模等冷作模具的重要材料。

2.鍛造工藝：Crl2MoV屬于高碳高鉻鋼，其特點(diǎn)是升溫速度慢，鍛造溫度范圍窄，一般始鍛溫度為1050～1100℃，終鍛溫度為840～880℃。在鍛造方法上，對(duì)于Crl2MoV這樣的高碳高鉻鋼，一般應(yīng)采用變向鍛造法，即多向反復(fù)鐓粗—拔長(zhǎng)—鐓粗，而且要嚴(yán)格按照正確的鍛造操作規(guī)程進(jìn)行，以使材料組織中粗大的條狀和塊狀碳化物充分破碎，消除帶狀組織的存在，以獲得均勻的顯微組織和力學(xué)性能。任務(wù)三冷作模具的制造工藝路線

3.熱處理工藝：Crl2MoV鋼熱導(dǎo)性較差，因而在淬火加熱時(shí)需要根據(jù)模具的尺寸大小復(fù)雜程度進(jìn)行兩次以上的預(yù)熱，以減少模具內(nèi)外的溫差，降低材料的內(nèi)應(yīng)力；有效地改善碳化物的分布形態(tài)，為淬火時(shí)組織和性能的最佳配合創(chuàng)造先決條件，有效地提高模具使用壽命。適當(dāng)提高回火溫度，可保證模具在硬度降低不多的情況下獲得較好的韌性，減小模具的內(nèi)應(yīng)力，均勻熱處理后的顯微組織，獲得所需的力學(xué)性能。任務(wù)三冷作模具的制造工藝路線分析常用冷作模具的制造工藝路線如下:

(1)一般成型冷作模具

鍛造→球化退火→機(jī)械加工成型→淬火與回火→鉗修裝配;

(2)成型磨削及電加工冷作模具

鍛造→球化退火→機(jī)械粗加工→淬火與回火→精加工成型（凸模成型磨削，凹模電加工）→鉗修裝配;

(3)復(fù)雜冷作模具

鍛造→球化退火→機(jī)械粗加工→高溫回火或調(diào)質(zhì)→機(jī)械加工成型→

鉗修裝配。任務(wù)三冷作模具的制造工藝路線由上述工藝路線可知，模具在制造過程中，為改善切削加工性能及獲得最終的綜合機(jī)械性能，一般都要經(jīng)過預(yù)先熱處理和最終熱處理。機(jī)加工前的熱處理稱為第一熱處理或預(yù)備熱處理。機(jī)加工后，為達(dá)到模具的使用性能要求，需要進(jìn)行熱處理，稱為最終熱處理或第二熱處理。在生產(chǎn)中，熱處理工藝的安排是根據(jù)模具的材料和技術(shù)要求而定的，同時(shí)對(duì)模具的最終機(jī)械性能起著決定性的作用。因此，合理安排熱處理工序?qū)档彤a(chǎn)品成本、減少?gòu)U品、提高模具質(zhì)量尤為重要。任務(wù)三冷作模具的制造工藝路線

常用冷作模具的制造工藝路線如下:

熱處理工序在安排上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)于位置公差和尺寸公差要求嚴(yán)格的模具，為減少熱處理變形，常在機(jī)加工之后安排高溫回火或調(diào)質(zhì)處理；（2）對(duì)于線切割加工模具，由于線切割加工破壞了淬硬層，增加淬硬層脆性和變形開裂的危險(xiǎn)性，因而線切割加工之前的淬回火，常采用分級(jí)淬火或多次回火和高溫回火，以使淬火應(yīng)力處于最低狀態(tài)，避免模具線切割時(shí)變形、開裂；（3）對(duì)于線切割加工后的模具，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行再回火，回火溫度不高于淬火后的回火溫度，這樣是為了穩(wěn)定模具尺寸，并使表層組織有所改善。任務(wù)三冷作模具的制造工藝路線

熱處理工序在安排上應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：總之，模具制造工藝路線應(yīng)根據(jù)材質(zhì)及使用性能，選擇合理的熱處理工藝方案，并根據(jù)模具具體情況在工藝路線中合理安排。但這也不是一成不變的，對(duì)于同一材質(zhì)的不同模具，又可采用不同的熱處理方法、不同的工藝路線，因而獲得的組織及機(jī)械性能也不相同。在生產(chǎn)中應(yīng)針對(duì)滿足模具的要求適當(dāng)安排，這樣才能獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。任務(wù)三冷作模具的制造工藝路線不銹鋼表殼形狀較復(fù)雜，其材料為0Cr18Ni9。原來用于表殼冷擠壓成形的凸、凹模均采用W18Cr4V鋼，但擠壓300件左右就會(huì)在凸模表帶銷成形部位根部產(chǎn)生裂紋，模具的其他部位無明顯磨損現(xiàn)象。對(duì)裂紋處進(jìn)行斷面分析，沒有發(fā)現(xiàn)原始裂紋存在，鋼的碳化物不均勻性級(jí)別小于3級(jí)，晶粒度為10級(jí)，硬度為63HRC。分析結(jié)果表明，鋼材質(zhì)量沒有問題，而是W18Cr4V鋼的抗彎強(qiáng)度、韌性不能滿足工作要求而使模具產(chǎn)生裂紋。要解決這個(gè)問題，可從兩方面考慮，即修改模具結(jié)構(gòu)或選用強(qiáng)韌性更高的鋼來制凸模。但是修改模具結(jié)構(gòu)會(huì)給擠壓后的表殼加工帶來很大困難，因此應(yīng)選用高強(qiáng)韌性鋼來制凸模而保留原模具結(jié)構(gòu)。任務(wù)四冷作模具材料的熱處理分析

高強(qiáng)韌性鋼6W6Mo5Cr4V與7Cr7Mo2V2Si的抗彎強(qiáng)度都可達(dá)5000MPa以上，高于W18Cr4鋼。但在此強(qiáng)度下7Cr7Mo2V2Si鋼的沖擊韌度值比6W6Mo5Cr4V鋼高出近一倍，因此選用7Cr7Mo2V2Si鋼作凸模。凸模毛坯尺寸為45mm×50mm×80mm，采用?50mm棒料下料，反復(fù)鐓拔3次，要求成品毛坯的鋼材流線方向與凸模長(zhǎng)軸方向垂直，與尺寸50mm方向平行，以保證凸模在工作狀態(tài)時(shí)具有更高的強(qiáng)韌性。鍛造加熱過程要緩慢，保證充分燒透，始鍛溫度為1120℃，終鍛溫度為850℃，鍛后砂冷。7Cr7Mo2V2Si鋼凸模鍛后退火工藝如圖4-13所示，淬火、回火工藝如圖4-14所示。任務(wù)四冷作模具材料的熱處理分析圖4-137Cr7Mo2V2Si鋼凸模鍛后退火工藝任務(wù)四冷作模具材料的熱處理圖4-147Cr7Mo2V2Si鋼凸模淬火、回火工藝一、模具材料熱處理綜述模具在金屬切削加工過程中，為改善切削加工性能及獲得最終的綜合力學(xué)性能，一般都要經(jīng)過預(yù)先熱處理和最終熱處理。金屬切削加工前的熱處理稱為第一熱處理或預(yù)備熱處理。金屬切削加工后，為達(dá)到模具的使用性能要求，需要進(jìn)行熱處理，稱為最終熱處理或第二熱處理。在生產(chǎn)中，熱處理工藝的安排是根據(jù)模具的材料和技術(shù)要求而定的，同時(shí)對(duì)模具的最終力學(xué)性能起著決定性的作用。因此合理安排熱處理工序?qū)档彤a(chǎn)品成本，減少?gòu)U品，提高模具質(zhì)量尤為重要。任務(wù)四冷作模具材料的熱處理一、模具材料熱處理綜述

1．冷作模具鋼含合金元素量多且品種多，合金化較復(fù)雜。鋼的導(dǎo)熱性差，而奧氏體化溫度又高，因此加熱過程宜緩慢，多采用預(yù)熱或階梯式升溫。

2．為保護(hù)鋼的表面質(zhì)量，加熱介質(zhì)應(yīng)予重視，所以控制氣氛爐、真空爐等先進(jìn)加熱設(shè)備和方法普遍采用，鹽浴加熱應(yīng)充分凈化。

3．在達(dá)到淬火目的的前提下，應(yīng)采用較緩和的冷卻方式。等溫淬火、分級(jí)淬火、高壓氣淬、空冷淬火等是優(yōu)先的方法。

4．為了進(jìn)一步強(qiáng)化，采用冷處理、滲氮等表面處理方式有顯著效果。

5．鹽浴處理后應(yīng)及時(shí)清理，工序間的防護(hù)工作很重要。

6．冷作模具鋼價(jià)格昂貴，冷作模具零件加工復(fù)雜周期長(zhǎng)，制造成本高，不宜返修。所以工藝制訂和操作應(yīng)十分慎重，避免質(zhì)量事故，以保證生產(chǎn)全過程的安全。任務(wù)四冷作模具材料的熱處理二、冷沖裁模的熱處理

冷沖裁模的熱處理特點(diǎn)

（1）薄板沖裁模的熱處理特點(diǎn):對(duì)于薄板沖裁模，應(yīng)具有高的精度和耐磨性，因此在工藝上應(yīng)保證模具熱處理變形小、不開裂和高硬度。通常根據(jù)模具材料類型的不同采用不同的減少變形的熱處理方法。任務(wù)四冷作模具材料的熱處理二、冷沖裁模的熱處理

（2）厚板沖裁模的熱處理特點(diǎn)：由厚板沖裁模失效分析表明，崩刃、折斷往往是厚板沖裁模最早出現(xiàn)的失效形式。那么厚板沖裁模熱處理的出發(fā)點(diǎn)就應(yīng)該保證模具有較高的強(qiáng)韌性和耐磨性。從熱處理的角度提高強(qiáng)韌性主要是通過細(xì)化奧氏體晶粒、細(xì)化碳化物、獲得板條馬氏體、下貝氏體及復(fù)相組織，合理選擇回火工藝，生產(chǎn)中制定熱處理工藝時(shí)可參考如下方法:

●高碳鋼低溫、短時(shí)、快速加熱工藝:

●等溫淬火工藝:

●利用多次相變重結(jié)晶，促使奧氏體晶粒細(xì)化:

●細(xì)化碳化物處理任務(wù)四冷作模具材料的熱處理二、冷沖裁模的熱處理（3）線切割加工影響模具的熱處理：對(duì)有線切割加工的模具，線切割工序安排在淬火和回火之后，因?yàn)樗茐牧斯ぜ崽幚砗蟮膽?yīng)力狀態(tài)，并在表層產(chǎn)生了600~900MPa的拉應(yīng)力，造成了局部應(yīng)力的疊加，導(dǎo)致在線切割加工過程中的變形和開裂。這種變形和開裂即和被切割工件的尺寸大小有關(guān)，又和被切除部分的體積有關(guān)。這是因?yàn)槌叽缭酱螅瑑?nèi)應(yīng)力就要大些；切去部位越多，造成內(nèi)應(yīng)力的局部疊加的機(jī)率增加，變形和開裂的可能性越大。

任務(wù)四冷作模具材料的熱處理二、冷沖裁模的熱處理對(duì)于成型后，不再經(jīng)機(jī)加工而直接淬火的冷沖裁模熱處理應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①熱處理變形要小。②表面不允許有脫碳層或強(qiáng)滲碳層。③在熱處理時(shí)通常采用下限淬火溫度加熱④為提高沖裁模的使用壽命，常采用周期回火，這可減少?zèng)_裁工藝形成的拉應(yīng)力。任務(wù)四冷作模具材料的熱處理二、冷沖裁模的熱處理對(duì)于成型后，需要進(jìn)行線切割的沖裁模熱處理時(shí)應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：①要求淬透性高，淬硬層深②熱處理后的內(nèi)應(yīng)力應(yīng)處于最小狀態(tài)。③為使線切割模具尺寸相對(duì)穩(wěn)定，并使表層組織有所改善，工件經(jīng)線切割后必須及時(shí)進(jìn)行再回火，回火溫度不高于淬火后的回火溫度。任務(wù)四冷作模具材料的熱處理三、冷拉深模的熱處理

1、冷拉深模的性能要求

在冷拉深時(shí)，沖擊力很小，主要要求模具具有高的強(qiáng)度和耐磨性，在工作時(shí)不發(fā)生粘附和劃傷，具有一定韌性及較好的切削加工性能，并要求熱處理時(shí)模具變形小。對(duì)模具用鋼的強(qiáng)度要求可以根據(jù)被拉深材料的強(qiáng)度和板材的厚度來決定，拉深件批量的大小及形狀也應(yīng)予以考慮。任務(wù)四冷作模具材料的熱處理三、冷拉深模的熱處理

2、冷拉深模的熱處理特點(diǎn)

制定和實(shí)施熱處理工藝時(shí)主要注意以下幾點(diǎn):

①避免模具表面產(chǎn)生氧化、脫碳

②避免模具表面產(chǎn)生硬化接點(diǎn)

③對(duì)被拉深材料進(jìn)行良好