浅论热作模具汇报材料.doc

. • 第三节 热作模具材料• 1、热处理: 是指将金属材料(钢)在固态下加热、保温和冷却, 以改变钢的组织结构, 获得所需要性能的一种工艺.• 2、热处理特点: 热处理区别于其他加工工艺如铸造、压力加工等的特点是只通过改变工件的组织来改变性能，而不改变其形状• 3、热处理适用围:只适用于固态下发生相变的材料，不发生固态相变的材料不能用热处理强化2.热处理的主要目的:改变钢的性能一、热作模具工作条件、失效形式与性能要求1、热作模具分类☆热作模具：用于热变形加工和压力铸造的模具☆分类：根据工作条件，分为热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等 热作模具在工作中既有力的作用又有温度的作用，模具的工作条件差、失效形式复杂，性能要求高.2、热锻模--包括锤锻模、压力机锻模、热镦模和高速锻模等其中锤锻模最有代表性1）工作条件与主要失效形式 工作时受很大的压应力和冲击载荷的作用，冲击频率很高； 模具型腔表面和炽热金属接触，使模具升温到300-400℃，局部温度达到500-600℃；工作时，锻完一个零件后，用水或油冷却模具，产生急冷急热作用；坯料对模具型腔有强烈的摩擦作用。

☆锤锻模的主要失效形式： 氧化；磨损；断裂；产生热疲劳裂纹，形成龟裂；塑性变形造成型腔面塌陷2）主要性能要求：(1)较高强度和良好的韧性；(2)良好的耐磨性和耐冷热疲劳性；(3)模具尺寸较大时，应具有高的淬透性3、热挤压模1）工作条件与主要失效形式：■受力复杂：承受压应力和弯曲应力，脱模时有拉应力；有冲击载荷作用；■模具温升较高，承受急冷急热的热疲劳作用 模具与炽热金属接触时间较长，温度比锤锻模温度更高，尤其是挤压钢件和难熔金属时，温度高达600-800℃■主要失效形式：模腔过量塑性变形、开裂、冷热疲劳、热磨损与表面氧化腐蚀2）主要性能要求：(1)高的热稳定性；(2)良好的冷热疲劳抗力和高耐磨性；(3)较高的高温强度和足够的韧性4、压铸模具1）工作条件与主要失效形式：■模具温升高、有热疲劳作用：工作时与高温液态金属接触，受热时间长，受热温度高(压铸有色金属时,温度达400-800℃；压铸黑色金属时,温度可达1000℃以上)，同时模具有冷却.■高的压力(20-120MPa)与金属液流的高速冲刷作用；■主要失效形式：热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀低温合金的压铸，以磨损失效为主v 2）主要性能要求：v (1)较高的耐热性和良好的高温力学性能；v (2)优良的耐冷热疲劳性和高的导热性；v (3)良好的抗氧化性和耐蚀性；v (4)较高的淬透性。

4、热冲切模 由切边凹模和凸模组成，切边时凸模无刃口，只起传力作用，由凹模切除飞边、连皮1）工作条件与主要失效形式： 凹模刃口与毛坯有摩擦，同时有一定的冲击载荷；刃口受热而温度升高■失效的主要形式是：刃口磨损、崩刃、卷边等2）主要性能要求：(1)高耐磨性，高硬度与热硬性；(2) 具有一定的强韧性（避免崩刃）；(3)具有良好的工艺性二、热作模具用钢 根据工作温度、性能和用途常用材料见表1、锤锻模用钢 主要采用中碳、多元低合金热作模具钢传统钢种有：5CrMnMo、5CrNiMo；近年来研制的新钢种有：4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVS、3Cr2MoWVNi（一）5CrNiMo钢(1)主要性能特点与应用：■良好的综合力学性能和淬透性；（硬度40-48HRC，抗拉强度1200-1400MPa，冲击韧度40-70J／cm2，第二类回火脆性不敏感） ■不足之处是工作温度稍低，锻坯中易产生白点■适合于制造形状复杂、冲击负荷较大，要求高强度和韧性较高的中、大型锤锻模如高度尺寸>375mm的大型锤锻模2)热加工工艺：锻造→退火（完全退火或等温退火）→淬火和回火■淬火预热温度：600-650℃，加热温度：830-860 ℃、油淬；■回火温度根据模具尺寸和部位确定（500-660℃）；■锻模燕尾部分回火温度较其它部位高100℃左右，保证燕尾部分的韧性、降低燕尾开裂失效）。

其韧性在所有的热作模具钢中最好二）5CrMnMo钢(1)主要性能特点与应用（和5CrNiMo钢相比）■强度、硬度相当，但冲击韧性稍差；■淬透性、耐热疲劳性稍差；■热处理过热倾向较大；■适合制作受力较轻的中小型锤锻模2)热加工工艺：锻造→等温退火(加热温度850-870℃，等温温度680 ℃) →淬火和回火■等温退火加热温度：850-870℃，等温温度680 ℃ ■淬火加热温度840-860℃，油淬，冷却到150-180 ℃左右出油立即回火； 为减少变形，防止开裂，淬火时最好延时冷却，可空冷到740-780℃入油；■回火温度根据模具尺寸和部位确定（500-660℃） 锻模燕尾部分回火温度较其它部位高100℃左右，保证燕尾部分的韧性、降低燕尾开裂失效）三）4CrMnSiMoV钢（1）主要性能特点与应用：■具有较高强度、耐磨性和冲击韧性；■高温性能、热疲劳抗力和淬透性优于5CrNiMo■制作小、中、大型锤锻模，模具寿命比5CrNiMo高2）热加工工艺：锻造→等温退火→淬火和回火■等温退火：加热温度为840-860 ℃，等温温度为700-720℃■大型锤锻模淬火温度870-900℃、油淬；■中小型锤锻模淬火温度900-930℃、油淬。

■大型锤锻模回火温度：620-660℃，回火硬度为38-42HRC；■中型锤锻模回火温度610-630℃，回火硬度41-44HRC；■小型锤锻模回火温度为470-610℃，回火硬度44-49HRC该钢用于压力机椴模生产汽车用连杆、前梁和齿轮等四）5Cr2NiMoVSi和45Cr2NiMoVSi-新型锤锻模具钢(1)主要性能特点与应用：（与5CrNiMo钢相比） 高温强度提高了64％，热稳定性提高(温度提高了150-170 ℃)500X 500mm截面的锻模，其心部硬度较5CrNiMo钢高13HRC，使用寿命提高1倍 5Cr2NiMoVSi钢主要用于制造各类压力机模具和3t以上锤锻模； 45Cr2NiMoVSi钢适合制作各类锤锻模，特别是10t以下的大截面锤锻模具2)热加工工艺： 锻造→退火→淬火和回火■等温退火：800℃→720℃等温；■完全退火：850-870℃，缓冷至500℃出炉空冷■淬火：（大截面锤锻模）5Cr2NiMoVSi钢，淬火温度：960-980℃， 回火温度：620-660℃；45Cr2NiMoVSi钢，淬火温度：960-980℃，型腔回火温度：630-670℃，■燕尾回火温度：680-700℃。

1、如图是一齿轮高速锤锻模具，其工作条件和技术要求为：齿轮毛坯尺寸Φ58mm43mm，锻锤吨位，4吨，大批生产，凹模通循环水冷却；凹模硬度要求为46-50HRC，冲头硬度要求为44-48HRC要求：1、对凹模、冲头进行选材分析，选择合适的材料，制定热处理工艺 2、为模具辅助零件：下顶料杆、M1245螺栓进行选材分析，选择合适的材料，制定热处理工艺2、热挤压模具用钢--包括机锻模、高速锻模用钢， 主要有钨系、铬系、铬钼系热作模具钢与基体钢一) 铬系： 代表钢种 4Cr5MoSiV1（H13），4Cr5MoSiV（H 11 ） 4Cr5W2VSi（H12），属于中碳中铬钢 成分特点:碳的质量分数较低 约为0.3%～0.4%合金元素含量中等，有较高的Cr、Mo、V、W等碳化物形成元素， Cr的含量为5%，俗称5% Cr型热模钢 Cr 和 Mo使该钢的淬透性大大提高，含V有利于提高钢的热硬性和热强性2)主要性能特点与应用：■淬透性好，几乎都采用空冷淬火(属空冷硬化钢，厚度150mm钢件在油中可淬透）；■冲击韧度和断裂韧度较高；■良好的耐热疲劳性能和抗氧化性，能适应急冷急热的工作条件。

与5CrNiMo钢相比，有更高的硬度、热强性和耐磨性. ■钢的综合性能好，在最佳淬火回火热处理工艺状况下具有高的强度、高硬度和良好的韧性和塑性的配合在所有的热作模具中这种钢具有最高的疲劳强度，在热处理时尺寸变形都比较小■这类钢的工作温度一般不超过600℃广泛用于铝型材挤压模具；汽车、拖拉机、五金工具等行业机锻模具、辊锻模具；轴承行业挤压模与辗压辊；压铸模等2)热处理工艺： 锻造→等温退火：860-890℃，700-720℃等温，缓冷至500℃出炉→淬火：1000-1050℃、油冷+540-600℃回火（回火温度根据硬度要求确定）二)钨系： 3Cr2W8V、 4Cr3Mo3W2V 、 5Cr4Mo2W2VSi，代表钢种 3Cr2W8V耐热疲劳性较差，在压铸模中的应用较多具有以下特点： 1）成分上：含碳并不高，但接近共析或过共析成分；合金元素含量高或中等，普遍含合金元素的质量分数为8%～10% 2）性能上：该钢具有高的耐热性，即有较高的高温强度和高温硬度可在600～700高温下工作具有高的耐磨性3Cr2W8V纲是广泛应用的热作模具钢用于压铸模、热挤压模、精锻模等。

它又叫半“高速钢”由于含有较多的易形成碳化物的元素Cr、W，高耐热强性最好三) 铬钼钢与钨钼钢: 包括4Cr3Mo3SiV(H10)、4Cr3Mo2NiVNbB(HD)、3Cr3Mo3W2V(HM1)、25Cr3Mo3VNb(HM3)、4Cr3Mo3W4VNb(GR)v 1、25Cr3Mo3VNb(HM3) : v 含碳量较低；加入少量的铌，具有较高的耐热疲劳性、热强性和回火稳定性v （1）加工工艺： 锻造，锻后缓冷→等温退火（温度860℃、等温温度710℃，炉冷至550℃出炉空冷→淬火（温度1 080℃，油冷或水冷）+回火（温度根据模具硬度要求在560-630℃围选择），回火二次v 2）应用：v 热锻成形凹模、连杆辊锻模，小型机锻模、铝合金压铸模等工作寿命比5CrNiMo、4CrSW2VSi、3Cr2W8V 钢等模具提高2-10倍v 2、4Cr3Mo2NiVNbB(HD)--新钢种v ■综合了3Cr2W8V和H13的优点其高温强度、回火稳定性、断裂韧性、耐热疲劳性和耐磨性优于3Cr2W8V ；而耐热性优于H13钢，可在700℃下工作1）加工工艺：锻造→退火（加热温度850℃、4h，随炉缓冷到550 ℃出炉空冷）→淬火（1130 ℃、油淬）+回火（温度根据硬度要求可在650-700 ℃围选择），回火二次。

2）应用： 主要替代3Cr2W8V钢制作热挤压凸模与凹模，工作寿命可提高1倍3、3Cr3Mo3W2V(HMl)： 冲击韧度与断裂韧度与3Cr2W8V钢相近，但回火抗力比3Cr2W8V钢高，在保持高强度和热稳定性的同时，耐冷热疲劳性能比3Cr2W8V钢高得多1）加工工艺： 锻造，锻后缓冷→等温退火（温度870℃，等温温度730℃，随炉缓冷到550 ℃出炉空冷），硬度为207-225 HBS →淬火（1030-1120 ℃、油淬）+回火（温度5。