第二節(jié) 冷作模具材料及熱處理規(guī)范

1、,,,,第二節(jié) 冷作模具材料及熱處理規(guī)范,冷作模具鋼綜合分類：,低淬透性冷作模具鋼低變形冷作模具鋼高耐磨微變形冷作模具鋼高強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼抗沖擊冷作模具鋼高強(qiáng)韌性冷作模具鋼高耐磨、高韌性冷作模具鋼特殊用途冷作模具鋼,一、低淬透性冷作模具鋼,（一）碳素工具鋼（二）GCr15鋼,,（一）碳素工具鋼,1、 優(yōu)點(diǎn)：價(jià)格便宜，來(lái)源方便，較高的硬度， 一定的耐磨性，易于鍛造，易于軟化。

2、 缺點(diǎn)：淬透性差，淬火易于變形、開(kāi)裂 ， 模具壽命短。,典型鋼種：T7A、T10A、T12A,（一）碳素工具鋼,2、熱加工工藝,1）鍛造 鍛造工藝見(jiàn)表2~3。工藝要點(diǎn)： 終鍛溫度不能過(guò)高，冷卻速度不宜過(guò)緩（鍛后空冷），以避免析出二次網(wǎng)狀滲碳體。,無(wú)粗大或網(wǎng)狀碳化物時(shí)，采用球化退火。出現(xiàn)粗大或網(wǎng)狀碳化物時(shí)，先正火再球化退火。,2）退火與正火,鍛后模具毛坯應(yīng)經(jīng)預(yù)備熱處理：,球化退火和正

3、火工藝見(jiàn)表2-4、2-5。,,,,,3）淬火與回火,碳素工具鋼淬火和回火工藝規(guī)范見(jiàn)表2-6，但對(duì)于具體模具應(yīng)進(jìn)行選擇。,淬火溫度的選擇,考慮的因素見(jiàn)圖2-1、2-2。,圖2-1 淬火溫度對(duì)T10A鋼強(qiáng)韌性的影響,圖2-2 淬火溫度對(duì)T8鋼淬硬層深度的影響,,,,,綜合分析如下：,提高淬火溫度，鋼的強(qiáng)韌性下降，變形、開(kāi)裂的傾向增大。但提高淬火溫度，可提高淬透性，增加硬化層深度，提高模具的承載能力。,,據(jù)此，碳素工具鋼制模具的淬火溫度選

4、擇原則是：,對(duì)于小型模具，可采用較低淬火溫度（760~780℃）。對(duì)于較大型模具，適當(dāng)提高淬火溫度（800~850℃）。對(duì)于形狀復(fù)雜的模具，應(yīng)采用較低淬火溫度。,淬火冷卻方式的選擇,冷卻方式,,水溶液、油冷水溶液—油、水溶液—硝鹽分級(jí)淬火、等溫淬火,具體冷卻方法及適用范圍見(jiàn)表2-7。,回火溫度選擇,,淬火后應(yīng)及時(shí)回火，回火溫度根據(jù)性能要求而定。,圖2-3碳素工具鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系,硬度要求較高時(shí)，宜采用150~200℃

5、回火?？箯潖?qiáng)度要求較高時(shí)，宜采用220~280℃回火,回火時(shí)間 1~2小時(shí),回火冷卻 油冷或硝鹽浴,,,,,3、應(yīng)用范圍,碳素工具鋼只適宜制作尺寸較小、形狀簡(jiǎn)單受載輕、生產(chǎn)批量不大的模具。,如：T7-輕載小型冷作模 T8-拉深模 T10-冷鐓模 T12-拉絲、切邊模,,（二）GCr15鋼,1、主要性能特點(diǎn),GCr15鋼是專用軸承鋼，冶金質(zhì)量較高，與碳工鋼相比：,硬度高，耐磨性好 接觸

6、疲勞強(qiáng)度高淬透性高，淬、回火變形開(kāi)裂傾向小回火穩(wěn)定性高，有較高的強(qiáng)韌性使用壽命大幅提高,,,,,,2、熱加工工藝,GCr15鋼的鍛造性能較好，工藝規(guī)程一般是： 加熱溫度：1050~1100℃ 始鍛溫度：1020~1080℃ 終鍛溫度：850℃，鍛后緩冷。,鍛造工藝不當(dāng)，碳化物將出現(xiàn)不良分布。,1)鍛造,,2)球化退火與正火,鍛后采用等溫球化退火：,加熱溫度：770~790℃，保溫2~4h。

7、等溫溫度：690~720℃，等溫4~6h。退火后硬度：217~255HBW。,鍛后若出現(xiàn)網(wǎng)狀、條狀碳化物，在退火前必須正火。,正火工藝： 加熱溫度 930~950℃。 冷卻方式 小型模塊，空冷；較大模塊，鼓風(fēng)或噴霧；大型模塊，熱油中冷卻。,,,,,3）淬火與回火,淬火加熱溫度：830~860℃，油冷。尺寸較大或分級(jí)淬火的模具，宜選840~860℃。尺寸較小模具，宜選830~850℃。箱式爐加熱應(yīng)

8、比鹽浴爐加熱溫度高。,,3、應(yīng)用 適于制作精度要求較高的小尺寸落料模冷擠壓模搓絲板成型模,,,二、低變形冷作模具鋼,成分特點(diǎn)：碳工鋼+少量Gr、Mn、Si、W、V,典型鋼種：CrWMn、9Mn2V、MnCrWV,（一） CrWMn,1、主要性能特點(diǎn),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）淬火變形小易形成網(wǎng)狀碳化物，鍛造不良，韌性差,,終鍛：800~850℃，鍛后空冷至650℃后

9、緩冷,2)退火與正火,退火工藝：加熱790~830℃，等溫700~720℃，保溫1~2h，爐冷至550℃出爐。,鍛造不良，出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物或粗大晶粒時(shí)，需正火。,正火工藝：930~950℃保溫后空冷,,,,,2、熱加工工藝,1）鍛造加熱：1100~1150℃，始鍛：1050~1100℃,3)淬、回火,圖2~6、2~7為CrWMn鋼的力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系：,綜合兩圖分析：普通淬火溫度820~840℃油冷適宜，硬度可達(dá)63~65HRC。

10、,圖2~8為CrWMn鋼兩種淬火方法性能比較。---普通淬火—等溫淬火,要求高韌性的模具，采用等溫淬火合適。,CrWMn鋼回火溫度與力學(xué)性能的關(guān)系。,由圖可見(jiàn)160~200℃合適,3、應(yīng)用范圍,主要用于制造要求變形小、形狀復(fù)雜的輕載沖裁模、拉深模、彎曲模、翻邊模,CrWMn鋼碳化物易產(chǎn)生偏析的問(wèn)題，生產(chǎn)中往往難以解決，造成模具使用中脆斷損壞比較嚴(yán)重，建議選用MnCrWV或9CrWMn鋼替代。,（二）9Mn2V鋼,1、主要性能特點(diǎn),與

11、CrWMn鋼相比，二者耐磨性相近，9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開(kāi)裂的傾向性比CrWMn鋼小淬透性低回火穩(wěn)定稍差。,2、熱加工工藝,1）鍛造 始鍛：1130~1160℃，終鍛：800~850℃，,空冷至650~700℃轉(zhuǎn)入爐灰中冷卻。,2）退火 加熱750~770℃/3~5h，等溫0~700℃/4~6h。,3）淬、回火,圖2~11、圖2~12為9Mn2V鋼的力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系。,圖2~11,圖2~12,由圖分析可知

12、： 9Mn2V鋼的淬火溫度范圍較寬，在840℃以下淬火，力學(xué)性能基本不變，840℃以上淬火，綜合力學(xué)性能將會(huì)下降。因此合適的淬火溫度為780~840℃，根據(jù)模具的性能要求在此范圍可適當(dāng)調(diào)整。,淬火一般采用油冷，形狀復(fù)雜的模具可用100℃熱油冷卻或硝鹽浴分級(jí)淬火。,,,圖2~14是回火溫度對(duì)9Mn2V鋼的硬度和沖擊韌性的影響,因此， 9Mn2V鋼適宜的回火溫度為160~180℃。,在200~250℃回火，出現(xiàn)明顯的回火脆。在200℃以上

13、回火，硬度下降速率增大，表明回火穩(wěn)定性差。,,（三）其他低變形冷作模具鋼,應(yīng)用較多的低變形冷作模具鋼還有9CrWMn、MnCrWnV、SiMnMo等。往往作為CrWMn和9Mn2V的替代鋼種，使用效果良好。,3、應(yīng)用范圍,9Mn2V鋼適用于制作鋼板厚度小于4mm的冷沖模制作精密量具,,從成分特點(diǎn)看屬于高碳高鉻鋼從組織特點(diǎn)看屬于萊氏體鋼從應(yīng)用上看，應(yīng)用廣，用量大。既有傳統(tǒng)鋼種，也有新型鋼種。典型鋼號(hào)有：Cr12Cr12Mo

14、VCr12Mo1V1Cr4W2MoV,三、高耐磨微變形冷作模具鋼,包括 Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1,（一） Cr12 型鋼,1、主要性能特點(diǎn),組織中含有大量鉻的碳化物顆粒，耐磨性高。具有高硬度、高抗壓強(qiáng)度和高承載能力。淬火變形小，通過(guò)淬火溫度的調(diào)整可達(dá)微變形程度。,Cr12 型鋼特點(diǎn)比較,Cr12碳量高達(dá)2.3%，碳化物不均勻性嚴(yán)重，脆性大；Cr12MoV碳量減少至1.5%，Mo、V加入碳化物細(xì)化，韌性增加

15、；Cr12Mo1V1鋼Mo、V進(jìn)一步增加，碳化物更加細(xì)化，韌性更好，但鍛造性稍差，難退火。,2、熱加工工藝,1）鍛造 Cr12型鋼因是萊氏體鋼，軋制后仍殘留明顯的帶狀和網(wǎng)狀碳化物，將造成模具淬火開(kāi)裂，嚴(yán)重?fù)p害鋼的力學(xué)性能，必須嚴(yán)格鍛造，使碳化物級(jí)別符合要求。 （P24：表2~11為碳化物級(jí)別與力學(xué)性能的關(guān)系）,鍛造工藝,,預(yù)熱750~850℃，加熱1050~1100℃始鍛1000~1050℃，終鍛850~900℃,Cr12型

16、鋼鍛造性能差，必須堅(jiān)持多向、多次 鐓拔才能使碳化物碎化并分布合理。,2）退火 鍛后應(yīng)及時(shí)退火。,等溫退火工藝,,加熱850870℃/2~4h,等溫740~760℃/4~6h爐冷至550℃以下出爐空冷,退火后的硬度為207~255HBW，便于切削加工。,3）淬火與回火,溫度大于1050℃淬火，奧氏體變粗，抗彎強(qiáng)度、沖擊韌度明顯降低。,圖2~15、2~16是淬火溫度對(duì)Cr12MoV鋼的組織和性能的影響。,圖2~17、2~18

17、、2~19是回火溫度對(duì)Cr12MoV鋼力學(xué)性能的影響。,圖2~17,圖2~18,圖2~19,由圖分析可見(jiàn)：,鋼在520℃左右回火出現(xiàn)明顯的二次硬化。在200℃左右回火，其抗彎、抗壓強(qiáng)度最高。在400℃左右回火，斷裂韌度最高。,因此，Cr12 型鋼的淬火、回火溫度應(yīng)根據(jù)模具的性能要求而定，一般可選用三種淬回火工藝。,①低溫淬火及低溫回火,性能特點(diǎn)：具有高的硬度、耐磨性及韌性， 抗壓強(qiáng)度較低,②高溫淬火及高

18、溫,性能特點(diǎn)：具有高耐磨性、熱硬性及較高抗壓強(qiáng)度。,③中溫淬火及中溫回火,性能特點(diǎn)：最好的韌性，較高的斷裂韌度。,Cr12 型鋼淬火可采用空冷、油冷、分級(jí)淬火，回火可采用油冷或空冷，回火次數(shù)1~3次。,3、應(yīng)用范圍,Cr12鋼：只適用于制造沖擊負(fù)荷小、耐磨性要求高的沖切薄硬鋼板的沖裁模。,Cr12MoV和Cr12Mo1V1鋼：廣泛用于制造大截面、形狀復(fù)雜的重載模具，如切邊模、落料模、滾邊模、拉絲模。,Cr12Mo1V1脆斷傾向最小，

19、模具壽命是Cr12MoV的幾倍。,（二）Cr4W2MoV鋼,是新型中合金冷作模具鋼Cr量比Cr12型鋼減少2/3，性能相近主要特點(diǎn)如下：,1、主要性能特點(diǎn),①共晶碳化物顆粒細(xì)小，分布均勻。②具有較高的淬透性和淬硬性。③具有較好的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。,1、熱加工工藝,,Cr4W2MoV鋼鍛造溫度較窄，變形抗力較大，鍛造時(shí)應(yīng)注意這點(diǎn)。,加熱：1130~1150℃，始鍛：1040~1060℃終鍛：≥850℃，坑冷或熱砂緩冷。,2）退

20、火 采用等溫退火。,1）鍛造,加熱：860℃/3h，爐冷至760℃等溫4~6h出爐緩冷。（球化效果良好，硬度小于241HBW）,3）淬火與回火,根據(jù)模具工作條件可采用兩種淬回火工藝：,① 要求耐磨性和熱硬性高的模具：1020~1040℃淬火，520~540℃三次回火。,②要求韌性好、變形小的模具：960~980℃分級(jí)淬火，270~290℃回火二次。,Cr4W2MoV鋼主要用于制造各種沖模、冷鐓模、落料模、冷擠凹模及搓絲板，可替代C

21、r12 型鋼。,3、應(yīng)用范圍,三、其他高耐磨微變形冷作模具鋼,中合金冷作模具鋼Cr6WV：具有較好的耐磨性和韌性的配合，碳化物分布均勻，淬火變形小。主要用于制造高強(qiáng)度、高耐磨和承受一定沖擊載荷的模具，如鉆套、冷沖模及沖頭等。,中合金空冷模具鋼Cr5Mo1V：引自美國(guó)的A2開(kāi)發(fā)的新鋼種，具有良好的空冷硬化性能，這對(duì)制造形狀復(fù)雜的冷沖模是極為有利，特別適于制造要求高耐性又要求好的韌性的模具，如下料模、沖頭、滾絲模、剪刀片等。,（以上兩只鋼的

22、熱處理工藝見(jiàn)教材表2~14）,四、高強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼,典型鋼種：即高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2,1、主要性能特點(diǎn),成分特點(diǎn)：Wc：0.7%~0.9%,性能特點(diǎn)：具有高屈服強(qiáng)度、高抗壓強(qiáng)度、高抗彎強(qiáng)度，高耐磨性，同時(shí)具有很高的回火穩(wěn)定性和熱硬性。承載能力位于各傳統(tǒng)冷作模具鋼之首。（與Cr12MoV的性能比較見(jiàn)教材表2~15）,主要缺陷：軋材中存在大量的合金碳化物，并且成帶狀、網(wǎng)狀、塊狀分布，只能用改鍛的方法使之細(xì)化。

23、其次，導(dǎo)熱性差、韌性不足，易脫碳氧化。,耐磨性比較見(jiàn)圖2~20,圖2~20,2、熱加工工藝,1）鍛造,鎢系高速鋼：加熱1120~1150℃，始鍛1040~1050℃，終鍛900~950℃，鍛后坑冷、砂冷或爐冷。,鉬系高速鋼：始鍛1000~1020℃，終鍛≥850℃,工藝要點(diǎn)：應(yīng)反復(fù)鐓粗與拔長(zhǎng)，鍛造比一般為10左右,2）退火 常采用等溫退火,W18Cr4V鋼：加熱870~880℃/2~4h，等溫720~750 ℃/4~6h，隨爐冷

24、至600~650 ℃出爐空冷。,W6Mo5Cr4V2鋼：加熱850~860 ℃，其余工藝參數(shù)同上。,3）淬回火,高速鋼傳統(tǒng)的用途主要用制造高速切削的各類刀具，為了滿足刀具的熱硬性和耐磨性的要求，常采用高淬高回的熱處理工藝，這種處理對(duì)于刀具雖然滿足了熱硬性和耐磨性的要求，但韌性不足。,W6Mo5Cr4V2鋼經(jīng)不同淬火溫度和回火溫度的處理，其硬度和韌性的變化見(jiàn)圖2~21。,圖2~21,由圖可見(jiàn)，如要求較高的韌性，采用低溫淬火工藝較合理。,因

25、此，高速鋼用于重載模具常采用低淬低回或低淬高回的工藝。,具體工藝如下：,W18Cr4V鋼：1100~1250℃加熱淬火，560 ℃回火三次或150~250 ℃回火一次。,W6Mo5Cr4V2鋼：1050~1200 ℃加熱淬火，560 ℃回火三次或150~250 ℃回火一次。,經(jīng)此處理硬度約為58~64HRC，韌性良好。,3、應(yīng)用范圍,高速鋼主要用來(lái)制作重負(fù)荷沖頭，如冷擠壓鋼鐵材料的凸模，冷鐓沖頭，中厚鋼板沖孔沖頭（φ10~25），直

26、徑<5~6mm的小凸模以及用于沖裁奧氏體鋼、彈簧鋼、高強(qiáng)度鋼板的中、小凸模和粉末冶金壓模等。,W6Mo5Cr4V2鋼的綜合性能優(yōu)于W18Cr4V鋼，制作重載沖頭的使用效果更好。,五、抗沖擊冷作模具鋼,這類鋼化學(xué)成分接近合金調(diào)質(zhì)鋼，主加元素Mn、Si、Cr、W、Mo（見(jiàn)教材表2~17）。,（一）鉻鎢硅系鋼,典型鋼種：4CrW2Si、5CrW2Si、 6CrW2Si,（均已納入國(guó)標(biāo)）,1、主要性能特點(diǎn),淬透性良好，碳化物少，組織均勻，

27、淬火組織以板條狀馬氏體為主。,具有高抗彎強(qiáng)度，高沖擊疲勞抗力高韌性和一的耐磨性。,抗壓強(qiáng)度低，熱穩(wěn)定性差。,淬火變形難以控制，脫碳敏感性較大。,2、熱加工工藝,1）鍛造,始鍛：1150~1180℃，終鍛：800~850 ℃，鍛后緩冷。,2）退火,普通退火：加熱800~820℃/3~5h，爐冷至550℃出爐空冷。,為了改善切削加工性可采用軟化退火（高溫回火）。,工藝：加熱710~740℃/3~6h，爐冷或空冷。,圖2~22為鉻鎢硅系

28、鋼的熱處理特性：,a）淬火溫度對(duì)6CrW2Si鋼的硬度和沖擊韌度的影響b） 5CrW2Si鋼的淬火工藝、回火溫度對(duì)硬度的影響c） 5CrW2Si鋼的淬硬層曲線d）回火溫度對(duì)6CrW2Si鋼硬度、沖擊韌度的影響,3）淬火與回火,綜合分析可知： ①鉻鎢硅系鋼具有較好的淬透性及明顯的強(qiáng)韌性峰值。淬硬性低的4CrW2Si鋼進(jìn)行滲碳淬火，可以獲得良好的綜合力學(xué)性能。,②鉻鎢硅系鋼在300~350℃回火有輕微的回火脆，450℃左右回

29、火可以獲得較高的沖擊韌度。因此回火工藝有兩種選擇，即20~250℃低回和430~470℃中回。,鉻鎢硅系鋼適宜的淬回火工藝為：,淬火加熱：860~900℃油冷，淬火硬度53~57HRC,回火加熱,,消除應(yīng)力，穩(wěn)定組織：200~250℃，53~58HRC,良好韌性：430~470℃，45~50HRC,3、應(yīng)用范圍,4CrW2Si鋼：主要制造大中型重載冷鐓沖頭及精壓模,5CrW2Si鋼：主要制造重載冷剪刀片、中厚鋼板穿孔沖頭及風(fēng)動(dòng)工具等。

30、,6CrW2Si鋼：常用于耐磨和強(qiáng)度要求較高的重載沖模、壓模。,主要性能特點(diǎn)：,具有較好的淬透性和回火穩(wěn)定性。,碳化物顆粒細(xì)小，組織均勻。,淬火變形較小。脫碳傾向大。,（二）9SiCr,該鋼是傳統(tǒng)的低合金工具鋼，廣泛用于制造薄刃具，也多用于制造形狀復(fù)雜的輕載冷沖模。,淬回火工藝：,圖2~23為淬、回火溫度對(duì)9SiCr鋼的力學(xué)性能的影響,淬火工藝：加熱860~880℃油冷、分級(jí)。,回火工藝：,①硬度要求為62~64HRC時(shí)，取180~

31、220℃回火。②硬度要求為56~58HRC時(shí)，取280~320℃回火。③硬度要求為54~56HRC時(shí)，取350~400℃回火。,應(yīng)用范圍：,主要用于制造形狀復(fù)雜、變形小，耐磨性要求較高的冷作模具，如沖模、打印模、搓絲板、冷軋輥等。,（三）其他抗沖擊冷作模具鋼,典型的合金彈簧鋼60Si2Mn常作為抗沖擊工具、模具使用，如標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)中的冷鐓模沖頭、螺母冷鐓模具等。,（抗沖擊冷作模具鋼的常規(guī)熱處理工藝見(jiàn)教材表2~18）,六、高強(qiáng)韌性冷

32、作模具鋼,低合金鋼、不銹鋼和軸承鋼冷擠壓技術(shù)的發(fā)展對(duì)冷作模具鋼擔(dān)出了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且還要有高韌性。能夠滿足這些性能要求的只有近年來(lái)研制的降碳高速鋼、基體鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、馬氏體時(shí)效鋼等。其典型鋼種的牌號(hào)及成分見(jiàn)教材表2~29。,（一）降碳高速鋼6W6Mo5Cr4V（6W6）,1、主要性能特點(diǎn),與高速鋼比較碳、釩含量減少較多，使得碳化物總量減少，碳化物不均勻性得到改善。,淬火硬化狀態(tài)的抗彎強(qiáng)度和塑性提高了30%

33、~50%，沖擊韌度提高了50%~100%，硬度降低了2~3HC。,易脫碳，耐磨性稍差。,2、熱加工工藝,1）鍛造 始鍛溫度：1050~1100℃，終鍛溫度：850~900℃，鍛后緩冷。,2）退火 可按高速鋼進(jìn)行。,3）淬回火 圖2~24是淬、回火溫度對(duì)6W6鋼的力學(xué)性能的影響：,圖 2~24,由圖分析可知：為了獲得良好的韌性和較高的耐磨性，可采用較低溫度淬火和較高的回火溫度，即：,加熱1180~1200℃油淬，560~580℃

34、/1.5h回火三次。,3、應(yīng)用范圍,6W6鋼主要用于取代高速鋼或Cr12型鋼制作易于脆斷或開(kāi)裂的冷擠壓凸?；蚶溏吥?，壽命可提高2~10倍；用于大規(guī)格的圓鋼下料剪刀壽命可提高10倍。,（二）基體鋼,是指具有高速鋼正常淬火時(shí)基體成分的鋼。,典型鋼種：65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）,7Cr7Mo2V2Si（LD）,5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al),1、65Nb鋼,（1）主要性能特點(diǎn),具有高速鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，又有

35、較好的韌性。,鋼的工藝性能得到很大改善，直徑小于50mm的鋼,軋材坯料不需改鍛，仍可獲得滿意的性能和壽命。,（2）熱加工工藝,1）鍛造 始鍛：1080~1120℃，終鍛：900~850℃，鍛后緩冷。,2）退火 加熱860℃/730~740℃等溫。,該鋼退火易軟化，延長(zhǎng)等溫時(shí)間，硬度可降至180HBW，為模具的冷擠壓成型提供了條件。,3）淬火與回火 圖2~25是淬火溫度對(duì)65Nb鋼力學(xué)性能的影響,由圖可見(jiàn)，當(dāng)淬火溫度大于1180

36、℃，晶粒粗化，殘余奧氏體增加，硬度、強(qiáng)度下降。,適宜淬火溫度為：1080~1180℃,回火溫度與力學(xué)性能的關(guān)系見(jiàn)教材表2~20。,由于有二次硬化現(xiàn)象，65Nb鋼一般,采用高溫回火，回火溫度為520~580℃/1~2h，二次。,圖2~25,生產(chǎn)中常根據(jù)模具的不同用途，采用不同的淬、回火工藝，具體工藝方案及性能見(jiàn)教材表2~21。,（3）應(yīng)用范圍,65Nb鋼適于制作形狀復(fù)雜的非鐵金屬擠壓模、冷沖模、冷剪模及單位壓力為2500MPa左右的鋼鐵材

37、料冷擠壓模具，也可用于軸承、標(biāo)準(zhǔn)件、汽車行業(yè)中的鍛模、沖模及剪切模具可獲得高的使用壽命。,2、7Cr7Mo2V2Si（LD）,該鋼不含鎢，鉻、鉬、釩含量都高于高速鋼基體，二 次硬化強(qiáng)烈，淬透性提高，晶粒細(xì)化。 所以，該鋼性能優(yōu)于Cr12型鋼、高速鋼、，具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性。 其次是冷熱加工工藝性良好，通用性強(qiáng)。,（1）主要性能特點(diǎn),（2）熱加工工藝,1）鍛造 宜緩慢加熱，鍛造溫度嚴(yán)格控制在1130

38、~1150℃，終鍛溫度為850℃，鍛后砂冷。,2）退火 采用球化退火。加熱840~860℃/2h，等溫700~720℃/4~6h，緩冷至400℃以下出爐空冷。,3）淬火與回火 LD鋼淬火溫度與硬度、晶粒度、殘留奧氏體量的關(guān)系及回火硬度見(jiàn)教材表2~22、2~23。,綜合分析：淬火溫度為1100~1150℃。淬后有34%的殘留奧氏體。,回火溫度540~570℃/1~2h，回火2~3次。,高韌性要求的模具，也可以采用低淬低回工藝。,（3

39、）應(yīng)用范圍,廣泛用于冷擠、冷鐓、沖壓和彎曲等冷作模具的制造，其壽命可比高鉻鋼、高速鋼提高幾倍到幾十倍。,3、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al),（1）主要性能特點(diǎn),碳量較低，為0.47%~0.57%。強(qiáng)韌性高，熱疲勞性好。是冷、熱兼用型模具鋼。滲碳性能良好，可通過(guò)滲氮進(jìn)一步提高耐磨性。,（2）熱加工工藝,該鋼導(dǎo)熱性差，變形抗力大，鍛造較為困難。,鍛造工藝：加熱1100~1140℃， 始鍛10

40、50~1100℃ 終鍛850℃以上，鍛后砂冷。,退火工藝：加熱850~870℃/4h，爐冷至710~720℃/6h，保溫結(jié)束爐冷至550℃出爐空冷。,淬火工藝：用于冷作模具最佳工藝為500℃和800℃二次預(yù)熱，鹽浴加熱1090~1120℃油淬。,回火工藝：510℃回火二次，每次2h油冷?；鼗鹩捕葹?0~62HRC。,（3）應(yīng)用范圍,,012Al用于冷作模具，主要替代Cr12MoV鋼制作冷鐓模、中厚鋼板凸

41、模、搓絲板、內(nèi)六角凸模、切邊模等，使用壽命比Cr12MoV鋼大幅提高。,（三）6CrNiSiMnMoV（GD）,基體鋼的缺陷是：合金化程度高，鋼材成本較大。淬火溫度區(qū)間都較窄，一般不能用箱式電阻爐加熱，限制了該項(xiàng)鋼在中小企業(yè)的推廣使用。GD鋼就是針對(duì)上述缺陷研制的新鋼種。,,,,主要性能特點(diǎn)：,①鋼的韌性、抗壓強(qiáng)度等性能顯著優(yōu)于CrWMn和Cr12MoV鋼，但耐磨性略低于Cr12MoV。 ②碳化物偏析小，可以不改鍛，下料后直接

42、使用。,③ 淬透性良好，空冷可以淬硬，淬火變形小。 ④淬火加熱溫度低，區(qū)間寬，可采用油淬、風(fēng)冷及火焰加熱淬火，回火溫度也低，利于節(jié)能。 ⑤淬硬性良好　，油淬硬度可達(dá)64~65HRC，空淬硬度可達(dá)60~61HRC,最佳熱處理工藝：,淬火加熱870~930℃，回火175~230℃/2h一次。,應(yīng)用范圍：GD鋼主要替代CrWMn、Cr12型鋼、9Mn2V、6CrW2Si鋼制造各種異形、細(xì)長(zhǎng)薄片冷沖凸模，形狀復(fù)雜的大型凸凹模，中厚

43、鋼板沖裁模、剪刀片及精密淬硬型塑料模具等。,（四）7CrSiMnMoV（CH-1）,CH-1鋼又稱火焰淬火鋼，也稱低合金空淬模具鋼。是為適應(yīng)大型、特大型模具的熱處理要求、縮短制造周期、節(jié)約生產(chǎn)成本而研制的新鋼種。,主要性能特點(diǎn)：,①具有高強(qiáng)韌性（參見(jiàn)教材表2~26）。,②耐磨性良好（見(jiàn)下圖）。,CH-1鋼耐磨性比較,③淬火溫度范圍很寬，在860~960℃范圍內(nèi)變化，利于火焰加熱淬火。,④淬透性好，淬硬性高，熱處理變形小，空冷后硬度可

44、達(dá)60HRC以上。,⑤碳化物偏析小，塑性變形抗力低，鍛造性能良好。,⑥焊接工藝性好，能滿足沖模的焊補(bǔ)要求。,應(yīng)用范圍：,主要用于大型、形狀復(fù)雜的多孔位薄板冷沖模，如汽車覆蓋件冷沖模，也可以替代Cr12MoV鋼制造強(qiáng)韌性要求高的冷作模具。,（五）8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）,8Cr2S鋼又稱易切削精密冷作模具鋼，主要性能特點(diǎn)如下：,①淬透性、淬硬性良好，100mm的圓鋼空淬或硝鹽分級(jí)淬火，硬度可達(dá)61~64HRC。,②熱處

45、理工藝簡(jiǎn)單，作為預(yù)硬鋼的熱處理工藝為：（860~880）℃×2min/mm空冷，（550~620）℃×2h回火。作為高硬態(tài)模具的熱處理工藝為：860~900℃空淬，160~250℃回火。,③具有較高的強(qiáng)韌性（見(jiàn)教材表2~28）。,④切削加工性良好，退火態(tài)可比一般工模具鋼縮短加工工時(shí)30%以上，硬度為40~45HRC的調(diào)質(zhì)狀態(tài)仍可采用高速鋼刀具順利地進(jìn)行車、銑、刨、鉆、鏜 攻螺紋等常規(guī)加工。,⑤熱處理變形小。,⑥

46、具有良好的表面熱處理性能。,應(yīng)用范圍：,①作為預(yù)硬鋼，適于制作精密的塑料模、膠木模和印刷電路板沖孔模，與其他模具鋼相比，配合精度提高，使用壽命提高。,②作為高硬態(tài)鋼，主要制作精密零件的沖裁模，如手表零件、電子零件的沖裁模，壽命較傳統(tǒng)模具鋼都有大幅提高。,（高強(qiáng)韌性冷作模具鋼的熱處理規(guī)范見(jiàn)教材表2~29）,七、高耐磨高韌性冷作模具鋼,高強(qiáng)韌性冷作模具鋼由于鋼中含碳量的減少，耐磨性不如高鉻鋼和高速鋼，高耐磨、高強(qiáng)韌性冷作模具鋼彌補(bǔ)了這類鋼不

47、足。,典型鋼種： 9Cr6W3Mo2V2（GM）,Cr8MoWV3（ER5）,（一）GM鋼,1、主要性能特點(diǎn),與高鉻鋼、高速鋼相比，碳化物不均勻程度大大降低，晶粒細(xì)化，強(qiáng)度、韌性提高，具有最佳的耐磨性和強(qiáng)韌性配合。（見(jiàn)教材表2~31）,2、熱加工工藝,（1）鍛造 加熱1100~1150℃，始鍛1100℃，終鍛850~900℃，鍛后緩冷并及時(shí)退火。,（加熱要緩，錘擊時(shí)應(yīng)按輕—重—輕法則操作）,（2）退火

48、采用球化退火。加熱850~870℃/3h，爐冷至730~750℃/4~6h，爐冷至500℃出爐。,（3）淬火與回火,圖2~27,淬火溫度對(duì)GM鋼硬度的影響見(jiàn)圖2~27。,淬火溫度對(duì)GM鋼殘留奧氏體量的影響見(jiàn)圖2~28。,淬火溫度對(duì)GM鋼奧氏體晶粒尺寸的影響見(jiàn)圖2~29。,圖2~28,圖2~29,由圖分析可知：GM鋼有較寬的淬火溫度，淬火后晶粒細(xì)小，殘留奧氏體量少。,通常淬火溫度為：1080~1120℃，油淬。,淬火硬度為：64~66

49、HRC。,回火溫度對(duì)GM鋼硬度的影響見(jiàn)圖2~30。,圖2~30,由圖可見(jiàn)，GM鋼二次硬化能力顯著高于Cr12型鋼，接近高速鋼水平，硬化峰值范圍寬，說(shuō)明回火穩(wěn)定性高。,GM鋼適宜的回火溫度為：,520~540℃/2h，回火2次.,3、應(yīng)用范圍,主要用于多工位級(jí)進(jìn)模、高強(qiáng)度螺栓滾絲模和電機(jī) 轉(zhuǎn)子片復(fù)式?jīng)_模等，其壽命比65Nb鋼和Cr12MoV鋼提高2~6倍以上。,（二）ER5鋼,1、主要性能特點(diǎn),與基體鋼相比，ER5鋼提高了C、V、Cr、M

50、o、W等碳化物元素的含量，因此，在保持高韌性的同時(shí)，耐磨性比基體鋼、GM鋼好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)Cr12MoV（見(jiàn)教材表2~32、2~33）。,2、熱加工工藝,鍛造：鍛造性能良好，始鍛1150℃，終鍛≥900℃。,退火：860℃/2h，冷至760℃/4h，爐冷至500℃以下出爐空冷，硬度為220~240HBW。,,淬火與回火：淬火溫度寬，二次硬化效果好，熱處理變形小。一般工工藝為1120℃加熱，550℃三次回火。,應(yīng)用范圍：適于制作大型重載冷鐓模

51、、精密冷沖模等。如用ER5制作的電動(dòng)機(jī)硅鋼片沖模，總壽命達(dá)500萬(wàn)次。,該鋼錳含量高，在使用狀態(tài)呈穩(wěn)定的奧氏體組織，所以導(dǎo)磁率非常低，在磁場(chǎng)中不被磁化，主要用來(lái)制造磁性材料的成型模具和無(wú)磁軸承。,熱處理工藝：1170℃固溶淬火，650~750℃時(shí)效15h，可獲得較高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但切削加工性較差。,八、特殊用途冷作模具鋼,耐蝕冷作模鋼：9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo等。,這類鋼的成分特點(diǎn)是高碳高鉻，淬火后馬氏體中含鉻量高

52、達(dá)12%，所以，既有高的耐磨性又有良好的耐蝕性能，主要用來(lái)制作耐蝕塑料模具。,無(wú)磁模具鋼：7Mn15Cr2Al3V2WMo,九、硬質(zhì)合金,種類：金屬陶瓷硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金,1、金屬陶瓷硬質(zhì)合金,成分：碳化物粉末（WC、TiC)+粘結(jié)劑（Co、Ni）,性能特點(diǎn)：具有高硬度、高抗壓強(qiáng)度和高耐磨性，脆性大，不能進(jìn)行鍛造、熱處理及切削加工。,應(yīng)用：用于冷沖模的硬質(zhì)合金一般是鎢鈷類（ Co+ WC），主要用于制作多工位級(jí)進(jìn)模、大直徑拉深凹模的

53、鑲塊。（鎢鈷類硬質(zhì)合金的力學(xué)性能見(jiàn)教材表2~34）,2、鋼結(jié)硬質(zhì)合金,鋼結(jié)硬質(zhì)合金與金屬陶瓷硬質(zhì)合金比較：,①粘結(jié)劑為合金鋼粉末。 ②力學(xué)性能特點(diǎn)相同，但鋼結(jié)硬質(zhì)合金具有可加工性和熱處理性。,典型牌號(hào)：GT35、TLMW50、DT,其中DT合金是較理想的有代表性的工模具材料,（1）DT合金的力學(xué)性能（見(jiàn)教材表2~35）,具有高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度，又有一定的韌性，還具有較好的抗熱裂能力，不易出現(xiàn)崩刃、碎裂等。,（2）DT合

54、金的熱加工特性,等溫球化退火工藝：860~880℃/2~3h，爐冷，700~720℃/6h，爐冷至550℃以下出爐空冷。,淬火、回火工藝： 預(yù)熱800~850℃，加熱1000~1020℃油淬。,回火溫度取決于合金鋼基體的成分，一般采用低溫回火或高溫回火，回火時(shí)間為2h。,鍛造工藝：,經(jīng)燒結(jié)態(tài)的合金必須經(jīng)過(guò)鍛造成形，提高合金密度，降低碳化物偏析。DT合金導(dǎo)熱性差，預(yù)熱要充分，加熱要緩慢均勻，要防止氧化脫碳，變形量控制在5%，采用

55、輕錘快打，防止鍛裂。鍛后要緩冷，嚴(yán)禁水冷、空冷。,工藝為：預(yù)熱700~800℃，始鍛1150~1200℃，終鍛880~900℃。,（3）DT合金的切削加工,① DT合金退火后能夠進(jìn)行各種切削加工，但加工難易與加工工藝參數(shù)有很大的關(guān)系。,②磨削加工時(shí)，應(yīng)采用高轉(zhuǎn)速，小磨削量，并供給充足的冷卻液，磨削退火工件，采用干磨合適。,③電加工后，一般要采用二次回火來(lái)消除硬化層，并仔細(xì)研磨電加工面。,（4）DT合金的應(yīng)用,DT合金性能優(yōu)越，現(xiàn)已越來(lái)