一种新型的冷作模具材料DC53的热处理.doc

目 录1. 引言41.1一种新型的冷作模具材料DC5341.2 模具的基本介绍与成分影响81.3.1 工冷作模具钢与热作模具钢区别121.3.2常见模具钢以及用途介绍131.3.3冷却模具钢种分类依据161.3.4充分发挥冷作模具钢性能潜力的途径171.4论文的目的与意义182.设备相关182.1井式炉182.2箱式炉192.3多用炉193.DC53的热处理工艺213.1 DC5的预热处理工艺213.2DC53的工艺曲线273.3SKD11的热处理工艺以及与DC53的比较304回火脆性问题与解决方案325 DC53的拉丝慢裂的相关34结论35致谢37参考文献381. 引言1.1一种新型的冷作模具材料DC53DC53作为一种新型的冷作模具钢种,在国的国牌号为Gr8Mo2SiV,6000C回火硬度下降仅为HRC52.4,所以温度不能过高,5200C左右硬度峰值,5000C冲击韧性差,表性一定的高温回火脆性,6000C冲击韧性很好,但应诉下降.达不到使用要求 DC53〔SLD8〕冷冲模合金钢 其性能有：冲裁模、冷作成形模、深拉模、成形轧辊、冲头〔高温回火后硬度可达HRC60或以上,并有利于线切割加工〕 DC53模具钢材是对SKD11进行改良的新型冷作模具钢,其技术规载于日本工业标准〔JIS〕G4404。

它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点,将在通用及精密模具领域全面取代SKD11 其韧性是SKD11的2倍,DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出特宝金属提供图案 用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂,大大提高了使用寿命与此同时DC53之三个优良特性<1>DC53的热处理硬度比SKD11高: DC53高温<520-530℃> 回火后可达62-63HRC高硬度,因此,DC53的强度及耐磨损性比SKD11更能发挥其性能;<2>韧性比SKD11高二倍:在冷加工用工具钢中,DC53的韧性最高,因此可防止工具、模具之龟裂与崩缺,用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂,大大提高了使用寿命;<3>DC53可改善SKD11之巨大碳化物:DC53巨大碳化物之大小,改善为SKD11的1/3以下,因此可防止造成模具损伤原因之刀口碎裂等 而且DC53具有五种优秀的实用特性<1>DC53的切削性、研磨性良好:切削性、研磨性皆比SKD11优秀,所以加工工具寿命较长,加工工时数较省;<2>在热处理上之优点:DC53淬火硬化能比SKD11高,所以可改善真空热处理时硬度不足之缺陷;<3>DC53切割加工上之优点:高温回火可减轻残留应力及消除残留沃斯田铁,能防止线切割加工产生龟裂、变形之困扰;<4>在表面硬化处理上之优点:表面硬化处理后DC53的表面硬度比SKD11高,因此可提高模具性能;<5>在修补焊接作业上之优点:由于DC53的预热及后热温度均比SKD11低,所以修补焊接作业较简便.正是由于有优于其他材料的优势,所以又有很广泛的作用,,精密冲压模:精打坯冲合加工用模,其它藉线切割放电加工之冲模;难加工材之塑性加工用工具:冷锻造模,深冲加工用模,螺丝滚齿模;其它高速打坯冲头,不锈钢钢板打坯冲头。

表1-1 DC53的主要化学成分元素CMnMoSiCrV含量1.000.322.000.918.000.28 DC53是对SKD11进行改良的新型冷作模具钢,其技术规载于日本工业标准〔JIS〕G4404它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点,将在通用及精密模具领域全面取代SKD11 　　DC53热处理硬度高於SKD11,高温<520-530℃> 回火后可达62-63HRC高硬度,在强度和耐磨性方面DC53超过SKD11.韧性是SKD11的2倍,DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出,用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂,大大提高了使用寿命.线切割加工后的残余应力较小经高温回火减少了残余应力,线切割加工后的裂纹和变形得到抑制.切削性和研磨性超过SKD11,DC53的切削性和研磨性优于SKD11,使用DC53可增加工具模具寿命和减少加工工序 用途精密冲压模 线切割加工的精密冲裁模及各种用途冲压模 难加工材料的塑性变形用工具 冷锻、深拉和搓丝用模 其他 高速冲裁冲头、不锈钢板冲头 出厂状态:HB255实用特性:<1>被切削性,被研磨性良好 被切削性,被研磨性皆比SKD11优秀,所以加工工具寿命较长,加工工时数较省。

　　<2>在热处理上之优点 淬火硬化能比SKD11高,所以可改善真空热处理时硬度不足之缺陷 　　<3>切割加工上之优点 藉高温回火可减轻残留应力及消除残留沃斯田铁,能防止线切割加工产生龟裂、变形之困扰 　　<4>在表面硬化处理上之优点 表面硬化处理后表面硬度比SKD11高,因此可提高模具性能 <5>在修补焊接作业上之优点 由于预热及后热温度均比SKD11低,所以修补焊接作业较简便 特点：通用冷作模具钢,高硬度,高韧性 　硬度 ：退火,255～210HB,淬火,≥62HRCDC53是在SKD11基础上改进的冷作模具钢,常规热处理条件下,残余奥氏体几乎全部分解,一般可省略深冷处理,在较强硬度下仍可保持较高的韧性 与此同时,DC53经1040℃ 淬火和520～530℃高温回火后,硬度HRC可达62～63,韧性为Crl2MoV的两倍,是目前常用的冷作模具钢中最高的,且切削性、磨削性较好,电加工变质层残余应力小,残余奥氏体极少,碳化物细小并分布均匀 因模具受力情况较复杂,有些模具工作零件需具备一些特殊的力学性能,若按标准的热处理工艺往往无法达到理想的工作性能要求,需通过热处理对硬度、韧性和耐磨性等基本特性作适当调整,以达到模具最佳工作状态．淬火温度和回火温度则是热处理的主要工艺参数.故我们可以通过一些实验来更详细地说明实验中,对DC53热处理规略作一些变化,适当调整了淬火温度,回火温度取6档,即100℃ ,200℃ ,300℃ ,400℃ ,500℃ ,600℃。

100℃回火选用101-2型干燥箱进行加热,其余采用 图1-1 101-2型干燥箱SX-25-12型箱式电阻炉加热,每个回火温度取两个试样 硬度测试选用金属洛氏硬度试验,在常温下进行,采用HBRVU-187.5型布洛维光学硬度计 冲击试验采用10mm×10mm×55mm无缺口试样,在30B冲击试验机上进行,冲击能量为0.3 KN/m或0.15 KN/m 实验结果与分析 硬度值 对每个试样各取3个不同位置点测硬度,得出各回火温度下的硬度值,综合各试样的硬度值,DC53在100～500℃回火时,硬度值变化并不大；在400℃中温回火时硬度略高,标准热处理回火后的硬度峰值一般在520℃左右；在600℃ 高温回火后,硬度大幅下降,平均HRC硬度值仅为52．4,故回火温度不宜太高 冲击韧性 回火后,磨去试样表面的氧化脱碳层,测出不同回火温度下各试样的冲击值,综合各试样的冲击值,DC53在200℃回火时,平均冲击值达到60 J/cm2以上．在500℃回火时,冲击韧性较差,表现出一定的高温回火脆性,600℃以上回火冲击韧性很好,但硬度大为下降,达不到使用要求． 实验结果表明,DC53总体回火稳定性较好,在一定回火温度围,硬度和冲击值变化不大；在400～500℃回火时韧性大幅度下降,出现回火脆性现象；在600℃回火时,试样的韧性很高,冲击值达到85 J/cm2,但硬度大幅下降．在生产中,对于一些硬度、耐磨性要求不太高而韧性要求较高的冷作模具可采用高温回火；对硬度要求较高,同时又要具有较高韧性的冷作模具,宜采用200℃左右的低温回火．其他回火温度下的硬度和冲击值可采用合适的计算方法<如插值法、函数逼近等>预测,再用实验验证．淬火态试样中碳化物呈断续细带状分布,200℃回火后碳化物呈均匀分布,且组织几乎不存在大块状碳化物,故韧性较好．从断口形貌看,200℃回火组织断口的解理台阶远少于淬火态试样,5000倍金相中的断口有一些小而浅的韧窝,显示其有一定的韧性,回火后,残余奥氏体转变较充分,碳化物细小并分布均匀,使韧性增加[1]。

适当调整淬火温度后,DC53在200℃回火时硬度和冲击韧性都较高；在400～500℃ 回火时硬度较高,韧性大幅度下降；在600℃ 回火时冲击韧性很高,硬度显著下降,且形状复杂的精密冲模、修整模、冷轧辊轮等工模具宜采用低温回火工艺,以使模具工作零件获得高硬度、高韧性、耐磨性好、强度高,可有效延长模具寿命,防止过度磨损、变形、开裂等早期失效现象,受冲击载荷较大的复杂模具可采用低淬高回工艺,以得到较高的冲击韧性,防止模具产生脆性断裂现象 1.2 模具的基本介绍与成分影响模具在现代制造业中占据重要地位,特别是汽车和电器制造业中70％以上的零件采用模具制造加工但目前我国高质量的模具大量依赖进口,分析其主要原因,不在于我们的优质钢炼钢水平,而是没有认识到整个模具钢质量的提高是一个系统控制过程除冶金质量外,制造过程中的锻压加工、预备热处理、机械加工和最终热处理都将影响模具的部组织和应力状态,从而决定模具的最终使用性能模具钢的特性主要包括使用性能、工艺性能和冶金质量等三个方面 1.2.1模具钢在工作性能方面的要求 〔1〕硬度 模具在工作时受力状态是复杂的,冷作模具的硬度一般选择在58HRC以上,而热作模具尤其是要求高的抗热疲劳性能的模具,通常硬度在45HRC左右。

对于普通使用的塑料模具,一般硬度要求在35HRC左右 〔2〕强度与韧性 零件在成形使模具承受着巨大的的冲击、扭曲等负荷,尤其是现代高速冲压、高速精密锻造和液态成形等技术以及一次成形技术的发展,模具承受着更大的负 荷,往往由于钢材的强度和韧度不够,造成型腔边缘或局部塌陷、崩刃或断裂而早期失效,因此模具热处理后应具有较高的硬度和韧度 〔3〕耐磨性 零件成形时材料与模具型腔表面发生相对运动,使型腔表面产生了磨损,从而使得模具的尺寸精度、形状和表面的粗糙度发生变化而失效磨损是一种复杂的过 程,影响因素很多,除取决于作用于模具的外界条件外,还在很大程度上取决于采用钢材的化学成分不均匀性、组织状态、力学性能等 〔4〕疲劳性能 模具工作时承受着机械冲击和热冲击的交变应力,热作模具在工作的过程中,热交变应力更明显地导致模具热裂受应力和温度梯度的影响而引起裂纹,往往是 在型腔表面形成浅而细的裂纹,它的迅速传播和扩展导致模具失效另外,钢的化学成分及组织的不均匀,钢中存在的冶金缺陷如非金属夹杂物,气孔、显微裂纹等 均可导致钢的疲劳强度降低,因为在交变应力的作用下,首先在这些薄弱地区产生疲劳裂纹并发展为疲劳破坏。

〔5〕粘着性 工模具零件的表面由于两金属原子相互摭用或单相扩散的作用,往往会有一些被加工金属粘附着,尤其是一些切削、剪切工具和冲压工具的表面会产生粘附或结 疤现象,这会影响刃口的锋利程度和局部组织、化学成分的改变,使刃口部分崩裂或粘附金属的脱落划伤模具,使工件表面粗糙因此良好的抗粘着性也是很重要的 〔6〕抛光和蚀刻性能 随着模具,特别是塑料模具的广泛使用,低的表面粗糙度值影响到模具的寿命和生产效率及产品的质量高的表面质量可以减轻腐蚀；减小开裂的危险,抛光钢材的化学成分、组织结构、硬度及碳化物分布必须均匀特别重要的是,钢中不能含有没有发生变形的大的氧化物夹杂或偏析,因而必须严格控制冶炼和脱氧工艺[2][5]1.2.2模具钢在工艺性能方面的要求 〔1〕可加工性 钢材的可加工性主要包括被切削加工性和冷热。