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书名：模具材料及表面处理 ISBN： 978-7-111-07622-3 作者：吴兆祥 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,第二章 冷作模具材料,,第一节 冷作模具对材料性能的要求,一、使用性能要求,冷作模具的受载形式,,拉伸、弯曲、压缩 冲击、疲劳、摩擦,冷作模具的失效形式,,磨损、开裂 断裂、变形、咬合、,使用性能的基本要求：,良好的耐磨性,,模具硬度应高于工件的30%~50% 模具组织应为M回或B下加细小碳化物,高强度 σS、σ压应满足模具受载要求,,足够的韧性（受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具）,模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,良好的抗疲劳性：σ-1应满足模具的要求 良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质,二、工艺性能要求,锻造性,,热锻变形抗力低、塑性好 锻造温度范围宽 锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小,切削加工性,,切削力小、切削用量大 刀具磨损小、加工表面光洁,磨削加工性,对砂轮质量及冷却条件不敏感 不易发生磨伤与磨裂,,热处理工艺性,①淬透性 ：获得淬硬层深度 ②回火稳定性：模具钢受热软化的能力 ③脱碳倾向、过热敏感性 ④淬火变形开裂倾向,模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,三、冷作模具材料的成分特点,1、钢的含量,,对高耐磨的冷作模具：0.7%~2.3%C,对高强韧性冷作模具：0.5%~0.7%C,2、合金化特点,加入强碳化物形成元素和增加淬透性的元素,,主要合金元素的作用：,锰,,淬透性 减小变形 有回火脆,,硅,,淬透性 回火稳定性 屈服强度 过热脱碳倾向大,,,,铬,淬透性 抗氧化性 耐磨性 有回火脆性,,,,,镍,强度和韧性 淬透性 耐蚀性 有回火脆,,,,,,,,模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,,,,,钼、钨、钒：属强碳化物形成元素，具有二次硬化效果，对提高钢的回火稳定性、耐磨性、耐热性都具有显著作用。

第二节 冷作模具材料及热处理规范,冷作模具钢综合分类：,① 低淬透性冷作模具钢 ② 低变形冷作模具钢 ③ 高耐磨微变形冷作模具钢 ④ 抗冲击冷作模具钢 ⑤ 高强韧性冷作模具钢 ⑥ 高耐磨、高韧性冷作模具钢 ⑦ 特殊用途冷作模具钢,模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,,,,,一、低淬透性冷作模具钢,（一）碳素工具钢,1、主要性能特点 优点：价格便宜，来源方便，较高的硬度，一定的耐磨性，易于锻造，易于软化 缺点：淬透性差，淬火易于变形、开裂 ，模具寿命短典型钢种：T7A、T10A、T12A,2、热加工工艺,1）锻造 锻造工艺见表2~3 工艺要点： 终锻温度不能过高，冷却速度不宜过缓（锻后空冷），以避免析出二次网状渗碳体模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,无粗大或网状碳化物时，采用球化退火 出现粗大或网状碳化物时，先正火再球化退火2）退火与正火,锻后模具毛坯应经预备热处理：,球化退火和正火工艺见表2-4、2-53）淬火与回火,碳素工具钢淬火和回火工艺规范见表2-6，但对于具体模具应进行选择淬火温度的选择,考虑的因素见图2-1、2-2图2-1 淬火温度对T10A钢强韧性的影响,图2-2 淬火温度对T8钢淬硬层深度的影响,模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,,,,,综合分析如下：,提高淬火温度，钢的强韧性下降，变形、开裂的倾向增大。

但提高淬火温度，可提高淬透性，增加硬化层深度，提高模具的承载能力据此，碳素工具钢制模具的淬火温度选择原则是：,对于小型模具，可采用较低淬火温度（760~780℃） 对于较大型模具，适当提高淬火温度（800~850℃） 对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度淬火冷却方式的选择,冷却方式,,水溶液、油冷 水溶液—油、水溶液—硝盐 分级淬火、等温淬火,具体冷却方法及适用范围见表2-7模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,,,,,回火温度选择,,淬火后应及时回火，回火温度根据性能要求而定图2-3所示为碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系图2-3,综合分析，回火温度确定如下：,硬度要求较高时，宜采用150~200℃回火 抗弯强度要求较高时，宜采用220~280℃回火,回火时间 1~2小时,回火冷却 油冷或硝盐浴,3、应用范围,碳素工具钢只适宜制作尺寸较小、形状简单受载轻、生产批量不大的模具如：T7-轻载小型冷作模，T8-拉深模，T10-冷镦模，T12-拉丝、切边模,模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,,,,,,（二）GCr15钢,1、主要性能特点,GCr15钢是专用轴承钢，冶金质量较高，与碳工钢相比：,硬度高，耐磨性好 接触疲劳强度高 淬透性高，淬、回火变形开裂倾向小 回火稳定性高，有较高的强韧性 使用寿命大幅提高,2、热加工工艺,GCr15钢的锻造性能较好，工艺规程一般是： 加热温度：1050~1100℃ 始锻温度：1020~1080℃ 终锻温度：850℃，锻后缓冷。

锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布1)锻造,模具材料及表面处理 高职高专 ppt 课件,,,,,,2)球化退火与正火,锻后采用等温球化退火：,加热温度：770~790℃，保温2~4h 等温温度：690~720℃，等温4~6h 退火后硬度：217~255HBW锻后若出现网状、条状碳化物，在退火前必须正火正火工艺： 加热温度 930~950℃ 冷却方式 小型模块，空冷；较大模块，鼓风或喷雾；大型模块，热油中冷却3）淬火与回火,淬火加热温度：830~860℃，油冷 尺寸较大或分级淬火的模具，宜选840~860℃ 尺寸较小模具，宜选830~850℃ 箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高3、应用 适于制作精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝板和成型模二、低变形冷作模具钢,成分特点：碳工钢+少量Gr、Mn、Si、W、V,典型钢种：CrWMn、9Mn2V、MnCrWV,（一） CrWMn,1、主要性能特点,淬透性良好（φ40~φ50模具油中可淬透） 耐磨性良好（W碳化物作用） 淬火变形小 易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差,2、热加工工艺,1）锻造 加热：1100~1150℃，始锻：1050~1100℃,,终锻：800~850℃，锻后空冷至650℃后缓冷,2)退火与正火,退火工艺：加热790~830℃，等温700~720℃，保温1~2h，炉冷至550℃出炉。

锻造不良，出现网状碳化物或粗大晶粒时，需正火正火工艺：930~950℃保温后空冷,3)淬、回火,图2~6、2~7为CrWMn钢的力学性能与淬火温度的关系：,综合两图分析：普通淬火温度820~840℃油冷适宜，硬度可达63~65HRC图2~8为CrWMn钢普通淬火与等温淬火的力学性能比较由图可见：要求高韧性的模具，采用等温淬火合适图2~8,图2~9、2~10、2~11为CrWMn钢回火温度与力学性能的关系由图可见CrWMn 钢回火温度160~200℃合适,图2~9,图2~10,图2~11,3、应用范围,主要用于制造要求变形小、形状复杂的轻载冲裁模，轻载拉深、弯曲、翻边模CrWMn钢碳化物易产生偏析的问题，生产中往往难以解决，造成模具使用中脆断损坏比较严重，建议选用MnCrWV或9CrWMn钢替代二）9Mn2V钢,1、主要性能特点,与CrWMn钢相比，二者耐磨性相近，9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比CrWMn钢小，但淬透性低，回火稳定稍差2、热加工工艺,1）锻造 始锻：1130~1160℃，终锻：800~850℃，,空冷至650~700℃转入炉灰中冷却2）退火 加热750~770℃/3~5h，等温0~700℃/ 4~6h。

3）淬、回火,图2~11、图2~12为9Mn2V钢的力学性能与淬火温度的关系图2~11,图2~12,由图分析可知： 9Mn2V钢的淬火温度范围较宽，在840℃以下淬火，力学性能基本不变，840℃以上淬火，综合力学性能将会下降因此合适的淬火温度为780~840℃，根据模具的性能要求在此范围可适当调整淬火一般采用油冷，形状复杂的模具可用100℃热油冷却或硝盐浴分级淬火图2~14是回火温度对9Mn2V钢的硬度和冲击韧性的影响，分析可知：,因此， 9Mn2V钢适宜的回火温度为160~180℃在200~250℃回火，出现明显的回火脆 在200℃以上回火，硬度下降速率增大，表明回火稳定性差3、应用范围,9Mn2V钢适用于制作钢板厚度小于4mm的冷冲模，还适合制作精密量具图2~14,（三）其他低变形冷作模具钢,应用较多的低变形冷作模具钢还有9CrWMn、MnCrWnV、SiMnMo等往往作为CrWMn和9Mn2V的替代钢种，使用效果良好Cr12 型钢包括 Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1其中Cr12Mo1V1属于新型钢种此类钢从成分特点看属于高碳高铬钢，从组织特点看属于莱氏体钢，从应用上看，应用广，用量大。

既有传统钢种，也有新型钢种，典型钢号有：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr4W2MoV.,（一） Cr12 型钢,三、高耐磨微变形冷作模具钢,1、主要性能特点,应用状态，组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性很高 具有高硬度、高抗压强度和高承载能力 淬火变形小，通过淬火温度的调整可达微变形程度Cr12 型钢特点比较：,Cr12碳量高达2.3%，碳化物不均匀性严重，脆性大； Cr12MoV碳量减少至1.5%，Mo、V加入碳化物细化，韧性增加； Cr12Mo1V1钢Mo、V进一步增加，碳化物更加细化，韧性更好，但锻造性稍差，难退火2、热加工工艺,1）锻造 Cr12型钢因是莱氏体钢，轧制后仍残留明,显的带状和网状碳化物，将造成模具淬火开裂，严重损害钢的力学性能，必须严格锻造，使碳化物级别符合要求 （P24：表2~11为碳化物级别与力学性能的关系）,锻造工艺,,预热750~850℃，加热1050~1100℃ 始锻1000~1050℃，终锻850~900℃,Cr12型钢锻造性能差，必须坚持多向、多次镦拔才能使碳化物碎化并分布合理2）退火 锻后应及时退火等温退火工艺,,加热850870℃/2~4h,等温740~760℃/4~6h炉冷至550℃以下出炉空冷,退火后的硬度为207~255HBW，便于切削加工。

3）淬火与回火 图2~15、2~16是淬火温度对Cr12MoV钢的组织和性能的影响图2~15,图2~16,由图分析可知：,随着淬火温度升高，淬火硬度相应增加 淬火温度大于1050℃若再提高淬火温度，残留奥氏体大幅增加导致硬度急剧下降 淬火温度大于1050℃淬火，奥氏体变粗，抗弯强度、冲击韧度明显降低图2~17、2~18、2~19是回火温度对Cr12MoV钢力学性能的影响图2~17,图2~18,图2~19,由图分析可见：,钢在520℃左右回火出现明显的二次硬化 在200℃左右回火，其抗弯、抗压强度最高 在400℃左右回火，断裂韧度最高因此，Cr12 型钢的淬火、回火温度应根据模具的性能要求而定，一般可选用三种淬回火工艺①低温淬火及低温回火淬火温度分别为Cr12 钢950~980℃， Cr12MoV钢为1000~1020℃， Cr12Mo1V1钢为980~1040℃，回火都为180~200℃性能特点：具有高的硬度、耐磨性及韧性，但抗压强度较低,②高温淬火及高温回火 淬火温度分别为： Cr12 钢为1000~1100℃， Cr12MoV钢为1115~1130℃， Cr12Mo1V1钢为1060~1100℃，回火都为500~520℃。

性能特点：具有高耐磨性、热硬性及较高抗压强度③中温淬火及中温回火 主要用于Cr12MoV钢，淬火温度为1020~1040℃，回火400~425℃性能特点：最好的韧性，较高的断裂韧度Cr12 型钢淬火可采用空冷、油冷、分级淬火，回火可采用油冷或空冷，回火次数1~3次。