1、第二节冷作模具材料及热第二节冷作模具材料及热处理规范处理规范2022-8-11第二节冷作模具材料及热处理规范第1页，共78页。一、低淬透性冷作模具钢一、低淬透性冷作模具钢（一）碳素工具钢（一）碳素工具钢（二）（二）GCr15钢钢第二节冷作模具材料及热处理规范第2页，共78页。（一）碳素工具钢（一）碳素工具钢1、优点：优点：价格便宜，来源方便，较高的硬度，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。一定的耐磨性，易于锻造，易于软化。缺点：缺点：淬透性差，淬火易于变形、开裂淬透性差，淬火易于变形、开裂，模具寿命短。模具寿命短。典型钢种：典型钢种：T7A、T10A、T12A第二
2、节冷作模具材料及热处理规范第3页，共78页。（一）碳素工具钢（一）碳素工具钢2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 锻造工艺见表锻造工艺见表23。工艺要点：工艺要点：终锻温度不能过高，冷却速度不宜过缓（锻后空冷），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。以避免析出二次网状渗碳体。第二节冷作模具材料及热处理规范第4页，共78页。l无粗大或网状碳化物时，采用球化退火。无粗大或网状碳化物时，采用球化退火。l出现粗大或网状碳化物时，先正火再球化退火。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）退火与正火锻后模具毛坯应经预备热处理：锻后模具毛坯应经预备热
3、处理：u球化退火和正火工艺见表球化退火和正火工艺见表2-4、2-5。第二节冷作模具材料及热处理规范第5页，共78页。3）淬火与回火）淬火与回火 碳素工具钢淬火和回火工艺规范见表碳素工具钢淬火和回火工艺规范见表2-6，但对，但对于具体模具应进行选择。于具体模具应进行选择。n淬火温度的选择淬火温度的选择,考虑的因素见图考虑的因素见图2-1、2-2。图图2-1 淬火温度对淬火温度对T10A钢强韧性的影响 图图2-2 淬火温度对淬火温度对T8钢钢淬硬层深度的影响淬硬层深度的影响第二节冷作模具材料及热处理规范第6页，共78页。综合分析如下综合分析如下：提高淬火温度，钢的强韧性下降，变形、开裂的提高淬火温
4、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。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：据此，碳素工具钢制模具的淬火温度选择原则是：l对于小型模具，可采用较低淬火温度（对于小型模具，可采用较低淬火温度（760780）。）。l对于较大型模具，适当提高淬火温度（对于较大型模具，适当提高淬火温度（800850）。）。l对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。n淬火冷却方式的选择淬火冷却方式的选择冷却方式冷却方式水溶液、油冷
5、水溶液、油冷水溶液水溶液油、水溶液油、水溶液硝盐硝盐分级淬火、等温淬火分级淬火、等温淬火具体冷却方法及适用范围见表具体冷却方法及适用范围见表2-7。第二节冷作模具材料及热处理规范第7页，共78页。n 回火温度选择回火温度选择 淬火后应及时回火，回火温度根据淬火后应及时回火，回火温度根据性能要求性能要求而定。而定。图图2-3碳素工具钢的力学性能与碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系回火温度的关系l硬度要求较高时，宜采用硬度要求较高时，宜采用150200回火。回火。l抗弯强度要求较高时，宜采抗弯强度要求较高时，宜采用用220280回火回火n回火时间回火时间 12小时小时n回火冷却回火冷却 油冷或硝
6、盐浴油冷或硝盐浴第二节冷作模具材料及热处理规范第8页，共78页。3、应用范围、应用范围 碳素工具钢只适宜制作尺寸较小、形状简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。单受载轻、生产批量不大的模具。如：如：T7-轻载小型冷作模轻载小型冷作模 T8-拉深模拉深模 T10-冷镦模冷镦模 T12-拉丝、切边模拉丝、切边模第二节冷作模具材料及热处理规范第9页，共78页。（二）（二）GCr15钢钢1、主要性能特点、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：钢是专用轴承钢，冶金质量较高，与碳工钢相比：l硬度高，耐磨性好硬度高，耐磨性好 l接触疲劳强度高接触疲劳
7、强度高l淬透性高，淬、回火变形开裂倾向小淬透性高，淬、回火变形开裂倾向小l回火稳定性高，有较高的强韧性回火稳定性高，有较高的强韧性l使用寿命大幅提高使用寿命大幅提高第二节冷作模具材料及热处理规范第10页，共78页。2、热加工工艺、热加工工艺GCr15钢的锻造性能较好，工艺规程一般钢的锻造性能较好，工艺规程一般是：是：加热温度：加热温度：10501100 始锻温度：始锻温度：10201080 终锻温度：终锻温度：850，锻后缓冷。，锻后缓冷。l锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。1)锻造锻造第二节冷作模具材料及热处理规范第11页，共78页。2)球化退火与正火球
8、化退火与正火锻后采用等温球化退火：锻后采用等温球化退火：加热温度：加热温度：770790，保温，保温24h。等温温度：等温温度：690720，等温，等温46h。退火后硬度：退火后硬度：217255HBW。l锻后若出现网状、条状碳化物，在退火前必须正火。锻后若出现网状、条状碳化物，在退火前必须正火。正火工艺：正火工艺：加热温度加热温度 930950。冷却方式冷却方式 小型模块，空冷；较大模块，小型模块，空冷；较大模块，鼓风或喷雾；大型模块，热油中冷却。鼓风或喷雾；大型模块，热油中冷却。第二节冷作模具材料及热处理规范第12页，共78页。3）淬火与回火）淬火与回火淬火加热温度：淬火加热温度：8308
9、60，油冷。，油冷。l尺寸较大或分级淬火的模具，宜选尺寸较大或分级淬火的模具，宜选840860。l尺寸较小模具，宜选尺寸较小模具，宜选830850。l箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。第二节冷作模具材料及热处理规范第13页，共78页。3、应用、应用 适于制作精度要求较高的适于制作精度要求较高的小尺寸落料模小尺寸落料模冷挤压模冷挤压模搓丝板搓丝板成型模成型模 第二节冷作模具材料及热处理规范第14页，共78页。二、低变形冷作模具钢二、低变形冷作模具钢成分特点：成分特点：碳工钢碳工钢+少量少量Gr、Mn、Si、W、V典型钢种：典型钢种：CrWMn、9Mn2V、MnCrW
10、V（一）（一）CrWMn1、主要性能特点、主要性能特点l淬透性良好（淬透性良好（4050模具油中可淬透）模具油中可淬透）l耐磨性良好（耐磨性良好（W碳化物作用）碳化物作用）l淬火变形小淬火变形小l易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差第二节冷作模具材料及热处理规范第15页，共78页。终锻：终锻：800850，锻后空冷至，锻后空冷至650后缓冷后缓冷2)退火与正火退火与正火 退火工艺：退火工艺：加热加热790830，等温，等温700720，保温，保温12h，炉冷至，炉冷至550出炉。出炉。锻造不良，出现网状碳化物或粗大晶粒时，需正火。锻造不良，出现网状碳化物或粗大晶
11、粒时，需正火。正火工艺：正火工艺：930950保温后空冷保温后空冷2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造加热：加热：11001150，始锻：，始锻：10501100第二节冷作模具材料及热处理规范第16页，共78页。3)淬、回火淬、回火图图26、27为为CrWMn钢的力学性能与淬火温度的关系：钢的力学性能与淬火温度的关系：综合两图分析：综合两图分析：普通淬火温度普通淬火温度820840油冷适宜，硬油冷适宜，硬度可达度可达6365HRC。第二节冷作模具材料及热处理规范第17页，共78页。图图28为为CrWMn钢两种淬钢两种淬火方法性能比较。火方法性能比较。-普通淬火普通淬火等温淬火等温淬火要求高
12、韧性的模具，要求高韧性的模具，采用等温淬火合适。采用等温淬火合适。第二节冷作模具材料及热处理规范第18页，共78页。CrWMn钢回火温度钢回火温度与力学性能的关系。与力学性能的关系。由图可见由图可见160200合适合适第二节冷作模具材料及热处理规范第19页，共78页。3、应用范围、应用范围 主要用于制造要求主要用于制造要求变形小、形状复杂变形小、形状复杂的轻的轻载冲裁模、拉深模、弯曲模、翻边模载冲裁模、拉深模、弯曲模、翻边模 CrWMn钢碳化物易产生偏析的问题，生产中往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，往难以解决，造成模具使用中脆断损坏比较严重，建议
13、选用建议选用MnCrWV或或9CrWMn钢替代。钢替代。第二节冷作模具材料及热处理规范第20页，共78页。（二）（二）9Mn2V钢钢1、主要性能特点、主要性能特点 与与CrWMn钢相比，二者耐磨性相近，钢相比，二者耐磨性相近，9Mn2V钢钢的碳化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比的碳化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比CrWMn钢小钢小淬透性低淬透性低回火稳定稍差。回火稳定稍差。第二节冷作模具材料及热处理规范第21页，共78页。2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 始锻：始锻：11301160，终锻：，终锻：800850，空冷至空冷至650700转入炉灰中冷却。转入炉灰中冷却。2）退火）退火 加热
14、加热750770/35h，等温，等温0700/46h。第二节冷作模具材料及热处理规范第22页，共78页。3）淬、回火）淬、回火 图图211、图、图212为为9Mn2V钢的力学性能与淬火温度的关钢的力学性能与淬火温度的关系。系。图图211图图212 由图分析可知：由图分析可知：9Mn2V钢的淬火温度范围较宽，在钢的淬火温度范围较宽，在840以下淬火，力学性能基本不变，以下淬火，力学性能基本不变，840以上淬火，综合力学性能以上淬火，综合力学性能将会下降。因此将会下降。因此合适的淬火温度为合适的淬火温度为780840，根据模具的性根据模具的性能要求在此范围可适当调整。能要求在此范围可适当调整。淬火
15、一般采用油冷，形状复杂的模具可用淬火一般采用油冷，形状复杂的模具可用100热油冷却或热油冷却或硝盐浴分级淬火。硝盐浴分级淬火。第二节冷作模具材料及热处理规范第23页，共78页。图图214是回火温度对是回火温度对9Mn2V钢的钢的硬度和冲击韧性的影响硬度和冲击韧性的影响 因此，因此，9Mn2V钢适宜的回火温钢适宜的回火温度为度为160180。l在在200250回火，出现明显回火，出现明显的回火脆。的回火脆。l在在200以上回火，硬度下降速率以上回火，硬度下降速率增大，表明回火稳定性差。增大，表明回火稳定性差。第二节冷作模具材料及热处理规范第24页，共78页。（三）其他低变形冷作模具钢（三）其他低
16、变形冷作模具钢 应用较多的低变形冷作模具钢还有应用较多的低变形冷作模具钢还有9CrWMn、MnCrWnV、SiMnMo等。往往作为等。往往作为CrWMn和和9Mn2V的替代钢种，使用效果良好。的替代钢种，使用效果良好。3、应用范围、应用范围 9Mn2V钢适用于钢适用于制作钢板厚度小于制作钢板厚度小于4mm的冷冲模的冷冲模制作精密量具制作精密量具第二节冷作模具材料及热处理规范第25页，共78页。u从成分特点看属于高碳高铬钢从成分特点看属于高碳高铬钢u从组织特点看属于莱氏体钢从组织特点看属于莱氏体钢u从应用上看，应用广，用量大。从应用上看，应用广，用量大。u既有传统钢种，也有新型钢种。既有传统钢种
17、，也有新型钢种。u典型钢号有：典型钢号有：Cr12Cr12MoVCr12Mo1V1Cr4W2MoV三、高耐磨微变形冷作模具钢三、高耐磨微变形冷作模具钢第二节冷作模具材料及热处理规范第26页，共78页。包括包括 Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1（一）（一）Cr12 型钢型钢1、主要性能特点、主要性能特点n组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性高。组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性高。n具有高硬度、高抗压强度和高承载能力。具有高硬度、高抗压强度和高承载能力。n淬火变形小，通过淬火温度的调整可达微变形程度。淬火变形小，通过淬火温度的调整可达微变形程度。第二节冷作模具材料及热处理规范第27
18、页，共78页。Cr12 型钢特点比较型钢特点比较uCr12碳量高达碳量高达2.3%，碳化物不均匀性严重，脆，碳化物不均匀性严重，脆性大；性大；uCr12MoV碳量减少至碳量减少至1.5%，Mo、V加入碳化加入碳化物细化，韧性增加；物细化，韧性增加；uCr12Mo1V1钢钢Mo、V进一步增加，碳化物更加进一步增加，碳化物更加细化，韧性更好，但锻造性稍差，难退火。细化，韧性更好，但锻造性稍差，难退火。第二节冷作模具材料及热处理规范第28页，共78页。2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 Cr12型钢因是莱氏体钢，轧制后仍残留明型钢因是莱氏体钢，轧制后仍残留明显的带状和网状碳化物，将造成模具淬火
19、开裂，严重损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害钢的力学性能，必须严格锻造，使碳化物级别符合要求。求。（P24：表：表211为碳化物级别与力学性能的关为碳化物级别与力学性能的关系）系）锻造工艺锻造工艺预热预热750850，加热，加热10501100始锻始锻10001050，终锻，终锻850900uCr12型钢锻造性能差，必须坚持多向、多次型钢锻造性能差，必须坚持多向、多次 镦拔才能使碳化物碎化并分布合理。镦拔才能使碳化物碎化并分布合理。第二节冷作模具材料及热处理规范第29页，共78页。2）退火）退火 锻后应及时退火。锻后应及时退火。
20、等温退火工艺等温退火工艺加热加热850870/24h等温等温740760/46h炉冷至炉冷至550以下出炉空冷以下出炉空冷退火后的硬度为退火后的硬度为207255HBW，便于切削加工。，便于切削加工。第二节冷作模具材料及热处理规范第30页，共78页。3）淬火与回火）淬火与回火 l温度大于温度大于1050淬火，奥氏体变粗，抗弯强度、冲击韧度明显降低。淬火，奥氏体变粗，抗弯强度、冲击韧度明显降低。图图215、216是是淬火温度淬火温度对对Cr12MoV钢的组织和性能的影响。钢的组织和性能的影响。第二节冷作模具材料及热处理规范第31页，共78页。图图217、218、219是回火温度对是回火温度对Cr
21、12MoV钢力学性能的影响。钢力学性能的影响。图图217图图218图图219由图分析可见：由图分析可见：l钢在钢在520左右回火出现明显的二左右回火出现明显的二次硬化。次硬化。l在在200左右回火，其抗弯、抗压强度左右回火，其抗弯、抗压强度最高。最高。l在在400左右回火，断裂韧度最高。左右回火，断裂韧度最高。第二节冷作模具材料及热处理规范第32页，共78页。因此，因此，Cr12 型钢的淬火、回火温度应根据模具的性能型钢的淬火、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。要求而定，一般可选用三种淬回火工艺。低温淬火及低温回火低温淬火及低温回火性能特点：性能特点：具有高的硬度、耐
22、磨性及韧性，具有高的硬度、耐磨性及韧性，抗压强度较低抗压强度较低 高温淬火及高温高温淬火及高温性能特点：性能特点：具有高耐磨性、热硬性及较高抗压强度。具有高耐磨性、热硬性及较高抗压强度。中温淬火及中温回火中温淬火及中温回火性能特点：性能特点：最好的韧性，较高的断裂韧度。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，回火次数火可采用油冷或空冷，回火次数13次。次。第二节冷作模具材料及热处理规范第33页，共78页。3、应用范围、应用范围 Cr12钢：钢：只适用于制造冲击负荷小、耐磨性要求高的冲切薄硬钢只适用于制
23、造冲击负荷小、耐磨性要求高的冲切薄硬钢板的冲裁模。板的冲裁模。Cr12MoV和和Cr12Mo1V1钢：钢：广泛用于制造大截面、形状复杂的重载模具，如切广泛用于制造大截面、形状复杂的重载模具，如切边模、落料模、滚边模、拉丝模。边模、落料模、滚边模、拉丝模。nCr12Mo1V1脆断倾向最小，模具寿命是脆断倾向最小，模具寿命是Cr12MoV的的几倍。几倍。第二节冷作模具材料及热处理规范第34页，共78页。（二）（二）Cr4W2MoV钢钢u是新型中合金冷作模具钢是新型中合金冷作模具钢uCr量比量比Cr12型钢减少型钢减少2/3，性能相近，性能相近u主要特点如下：主要特点如下：1、主要性能特点、主要性能
24、特点共晶碳化物颗粒细小，分布均匀。共晶碳化物颗粒细小，分布均匀。具有较高的淬透性和淬硬性。具有较高的淬透性和淬硬性。具有较好的耐磨性和尺寸稳定性。具有较好的耐磨性和尺寸稳定性。第二节冷作模具材料及热处理规范第35页，共78页。1、热加工工艺、热加工工艺 Cr4W2MoV钢锻造温度较窄，变形抗力较大，锻造时钢锻造温度较窄，变形抗力较大，锻造时应注意这点。应注意这点。加热：加热：11301150，始锻：始锻：10401060终锻：终锻：850，坑冷或热砂缓冷。，坑冷或热砂缓冷。2）退火）退火 采用等温退火。采用等温退火。1）锻造）锻造加热：加热：860/3h，炉冷至，炉冷至760等温等温46h出炉
25、缓冷。出炉缓冷。（球化效果良好，硬度小于（球化效果良好，硬度小于241HBW）3）淬火与回火）淬火与回火根据模具工作条件可采用两种淬回火工艺：根据模具工作条件可采用两种淬回火工艺：要求耐磨性和热硬性高的模具：要求耐磨性和热硬性高的模具：10201040淬火，淬火，520540三次回火。三次回火。要求韧性好、变形小的模具：要求韧性好、变形小的模具：960980分级淬火，分级淬火，270290回火二次。回火二次。第二节冷作模具材料及热处理规范第36页，共78页。Cr4W2MoV钢主要用于制造各种冲模、冷镦模、落料钢主要用于制造各种冲模、冷镦模、落料模、冷挤凹模及搓丝板，可替代模、冷挤凹模及搓丝板，
26、可替代Cr12 型钢。型钢。3、应用范围、应用范围三、其他高耐磨微变形冷作模具钢三、其他高耐磨微变形冷作模具钢 中合金冷作模具钢中合金冷作模具钢Cr6WV：具有较好的耐磨性和韧性的具有较好的耐磨性和韧性的配合，碳化物分布均匀，淬火变形小。主要用于制造高强度、高配合，碳化物分布均匀，淬火变形小。主要用于制造高强度、高耐磨和承受一定冲击载荷的模具，如钻套、冷冲模及冲头等。耐磨和承受一定冲击载荷的模具，如钻套、冷冲模及冲头等。中合金空冷模具钢中合金空冷模具钢Cr5Mo1V：引自美国的引自美国的A2开发的开发的新钢种，具有良好的空冷硬化性能，这对制造形状复杂的冷冲模新钢种，具有良好的空冷硬化性能，这对
27、制造形状复杂的冷冲模是极为有利，特别适于制造要求高耐性又要求好的韧性的模具，是极为有利，特别适于制造要求高耐性又要求好的韧性的模具，如下料模、冲头、滚丝模、剪刀片等。如下料模、冲头、滚丝模、剪刀片等。（以上两只钢的热处理工艺见教材表（以上两只钢的热处理工艺见教材表214）第二节冷作模具材料及热处理规范第37页，共78页。四、高强度高耐磨冷作模具钢四、高强度高耐磨冷作模具钢典型钢种：即高速钢典型钢种：即高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V21、主要性能特点、主要性能特点成分特点：成分特点：Wc：0.7%0.9%性能特点：性能特点：具有高屈服强度、高抗压强度、高抗弯强度，高耐具有高屈服强度、高
28、抗压强度、高抗弯强度，高耐磨性，同时具有很高的回火稳定性和热硬性。承载能力位于各传统冷作磨性，同时具有很高的回火稳定性和热硬性。承载能力位于各传统冷作模具钢之首。（与模具钢之首。（与Cr12MoV的性能比较见教材表的性能比较见教材表215）主要缺陷：主要缺陷：轧材中存在大量的合金碳轧材中存在大量的合金碳化物，并且成带状、网状、块状分布，只化物，并且成带状、网状、块状分布，只能用改锻的方法使之细化。其次，导热性能用改锻的方法使之细化。其次，导热性差、韧性不足，易脱碳氧化。差、韧性不足，易脱碳氧化。耐磨性比较见图耐磨性比较见图220图图220第二节冷作模具材料及热处理规范第38页，共78页。2、热
29、加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 钨系高速钢：钨系高速钢：加热加热11201150，始锻，始锻10401050，终锻，终锻900950，锻后坑冷、砂冷或炉冷。，锻后坑冷、砂冷或炉冷。钼系高速钢：钼系高速钢：始锻始锻10001020，终锻，终锻850工艺要点：工艺要点：应反复镦粗与拔长，锻造比一般为应反复镦粗与拔长，锻造比一般为10左右左右2）退火）退火 常采用等温退火常采用等温退火 W18Cr4V钢：钢：加热加热870880/24h，等温，等温720750/46h，随炉冷至，随炉冷至600650 出炉空冷。出炉空冷。W6Mo5Cr4V2钢：钢：加热加热850860，其余工艺参数，其余工艺参数
30、同上。同上。3）淬回火）淬回火 高速钢传统的用途主要用制造高速切削的各类刀具，为了满足高速钢传统的用途主要用制造高速切削的各类刀具，为了满足刀具的热硬性和耐磨性的要求，常采用高淬高回的热处理工艺，这刀具的热硬性和耐磨性的要求，常采用高淬高回的热处理工艺，这种处理对于刀具虽然满足了热硬性和耐磨性的要求，但韧性不足。种处理对于刀具虽然满足了热硬性和耐磨性的要求，但韧性不足。第二节冷作模具材料及热处理规范第39页，共78页。W6Mo5Cr4V2钢经不同淬火温度和回火温度的处钢经不同淬火温度和回火温度的处理，其硬度和韧性的变化见图理，其硬度和韧性的变化见图221。图图221 由图可见，由图可见，如要求
31、较高的韧性，如要求较高的韧性，采用低温淬火工艺较合理。采用低温淬火工艺较合理。因此，高速钢用于重载模具常采因此，高速钢用于重载模具常采用低淬低回或低淬高回的工艺。用低淬低回或低淬高回的工艺。具体工艺如下：具体工艺如下：W18Cr4V钢：钢：11001250加热淬火，加热淬火，560 回火三次或回火三次或150250 回火一次。回火一次。W6Mo5Cr4V2钢：钢：10501200 加热淬火，加热淬火，560 回火三次或回火三次或150250 回火一次。回火一次。经此处理硬度约为经此处理硬度约为5864HRC，韧性良好。，韧性良好。第二节冷作模具材料及热处理规范第40页，共78页。3、应用范围、
32、应用范围 高速钢主要用来制作重负荷冲头，如冷挤压钢铁材料的凸模，高速钢主要用来制作重负荷冲头，如冷挤压钢铁材料的凸模，冷镦冲头，中厚钢板冲孔冲头（冷镦冲头，中厚钢板冲孔冲头（1025），直径），直径56mm的小的小凸模以及用于冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强度钢板的中、小凸模和粉凸模以及用于冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强度钢板的中、小凸模和粉末冶金压模等。末冶金压模等。W6Mo5Cr4V2钢的综合性能优于钢的综合性能优于W18Cr4V钢，制钢，制作重载冲头的使用效果更好。作重载冲头的使用效果更好。第二节冷作模具材料及热处理规范第41页，共78页。五、抗冲击冷作模具钢五、抗冲击冷作模具钢 这类钢化学成分接
33、近合金调质钢，主加元素这类钢化学成分接近合金调质钢，主加元素Mn、Si、Cr、W、Mo（见教材表（见教材表217）。）。（一）铬钨硅系钢（一）铬钨硅系钢典型钢种：典型钢种：4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si（均已纳入国标）（均已纳入国标）1、主要性能特点、主要性能特点l淬透性良好，碳化物少，组织均匀，淬火组织以板淬透性良好，碳化物少，组织均匀，淬火组织以板条状马氏体为主。条状马氏体为主。l具有高抗弯强度，高冲击疲劳抗力高韧性和一的耐磨性。具有高抗弯强度，高冲击疲劳抗力高韧性和一的耐磨性。l抗压强度低，热稳定性差。抗压强度低，热稳定性差。l淬火变形难以控制，脱碳敏感性较大。淬火变形难
34、以控制，脱碳敏感性较大。第二节冷作模具材料及热处理规范第42页，共78页。2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 始锻：始锻：11501180，终锻：，终锻：800850，锻后，锻后缓冷。缓冷。2）退火）退火 普通退火：加热普通退火：加热800820/35h，炉冷至，炉冷至550出炉空冷。出炉空冷。为了改善切削加工性可采用软化退火（高温回火）为了改善切削加工性可采用软化退火（高温回火）。工艺：加热工艺：加热710740/36h，炉冷或空冷。，炉冷或空冷。第二节冷作模具材料及热处理规范第43页，共78页。图图222为铬钨硅系钢的热处理特性：为铬钨硅系钢的热处理特性：a）淬火温度对淬火温度对6C
35、rW2Si钢的硬度和冲击钢的硬度和冲击韧度的影响韧度的影响b）5CrW2Si钢的淬火工艺、回火温度对硬度钢的淬火工艺、回火温度对硬度的影响的影响c）5CrW2Si钢的淬硬层曲线钢的淬硬层曲线d）回火温度对回火温度对6CrW2Si钢硬度、冲击韧度的钢硬度、冲击韧度的影响影响3）淬火与回火）淬火与回火第二节冷作模具材料及热处理规范第44页，共78页。综合分析可知：综合分析可知：铬钨硅系钢具有较好的淬透性及明显的强韧性峰值。淬硬性铬钨硅系钢具有较好的淬透性及明显的强韧性峰值。淬硬性低的低的4CrW2Si钢进行渗碳淬火，可以获得良好的综合力学性能。钢进行渗碳淬火，可以获得良好的综合力学性能。铬钨硅系钢
36、在铬钨硅系钢在300350回火有轻微的回火有轻微的回火脆回火脆，450左右左右回火可以获得回火可以获得较高的冲击韧度较高的冲击韧度。因此回火工艺有两种选择，即。因此回火工艺有两种选择，即20250低回低回和和430470中回中回。铬钨硅系钢适宜的淬回火工艺为：铬钨硅系钢适宜的淬回火工艺为：淬火加热：淬火加热：860900油冷，油冷，淬火硬度淬火硬度5357HRC回火加热回火加热消除应力，稳定组织：消除应力，稳定组织：200250，5358HRC良好韧性：良好韧性：430470，4550HRC第二节冷作模具材料及热处理规范第45页，共78页。3、应用范围、应用范围4CrW2Si钢：钢：主要制造大
37、中型重载冷镦冲头及精压模主要制造大中型重载冷镦冲头及精压模 5CrW2Si钢：钢：主要制造重载冷剪刀片、中厚钢板穿孔主要制造重载冷剪刀片、中厚钢板穿孔冲头及风动工具等。冲头及风动工具等。6CrW2Si钢：钢：常用于耐磨和强度要求较高的重载冲模、常用于耐磨和强度要求较高的重载冲模、压模。压模。第二节冷作模具材料及热处理规范第46页，共78页。主要性能特点：主要性能特点：l具有较好的淬透性和回火稳定性。具有较好的淬透性和回火稳定性。l碳化物颗粒细小，组织均匀。碳化物颗粒细小，组织均匀。l淬火变形较小。淬火变形较小。l脱碳倾向大。脱碳倾向大。（二）（二）9SiCr 该钢是传统的低合金工具钢，广泛用于
38、制造薄刃具，也该钢是传统的低合金工具钢，广泛用于制造薄刃具，也多用于制造形状复杂的轻载冷冲模。多用于制造形状复杂的轻载冷冲模。第二节冷作模具材料及热处理规范第47页，共78页。淬回火工艺：淬回火工艺：图图223为淬、回火温度对为淬、回火温度对9SiCr钢的力学性能的影响钢的力学性能的影响第二节冷作模具材料及热处理规范第48页，共78页。淬火工艺：加热淬火工艺：加热860880油冷、分级。油冷、分级。回火工艺：回火工艺：硬度要求为硬度要求为6264HRC时，取时，取180220回火。回火。硬度要求为硬度要求为5658HRC时，取时，取280320回火。回火。硬度要求为硬度要求为5456HRC时，
39、取时，取350400回火。回火。应用范围：应用范围：主要用于制造形状复杂、变形小，耐磨性要求较高的主要用于制造形状复杂、变形小，耐磨性要求较高的冷作模具，如冲模、打印模、搓丝板、冷轧辊等。冷作模具，如冲模、打印模、搓丝板、冷轧辊等。第二节冷作模具材料及热处理规范第49页，共78页。（三）其他抗冲击冷作模具钢（三）其他抗冲击冷作模具钢 典型的合金弹簧钢典型的合金弹簧钢60Si2Mn常作为抗冲击工具、模具常作为抗冲击工具、模具使用，如标准件行业中的冷镦模冲头、螺母冷镦模具等。使用，如标准件行业中的冷镦模冲头、螺母冷镦模具等。（抗冲击冷作模具钢的常规热处理工艺见教材表（抗冲击冷作模具钢的常规热处理工
40、艺见教材表218）第二节冷作模具材料及热处理规范第50页，共78页。六、高强韧性冷作模具钢六、高强韧性冷作模具钢 低合金钢、不锈钢和轴承钢冷挤压技术的发展对冷作模具钢担出低合金钢、不锈钢和轴承钢冷挤压技术的发展对冷作模具钢担出了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且还要有高韧性。能够了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且还要有高韧性。能够满足这些性能要求的只有近年来研制的降碳高速钢、基体钢、低合金高满足这些性能要求的只有近年来研制的降碳高速钢、基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。其典型钢种的牌号及成分见教材表强度钢、马氏体时效钢等。其典型钢种的牌号及成分见教材表229。（一）降碳
41、高速钢（一）降碳高速钢6W6Mo5Cr4V（6W6）1、主要性能特点、主要性能特点 与高速钢比较碳、钒含量减少较多，使得碳化物总量减少，与高速钢比较碳、钒含量减少较多，使得碳化物总量减少，碳碳化物不均匀性化物不均匀性得到改善。得到改善。淬火硬化状态的淬火硬化状态的抗弯强度抗弯强度和和塑性塑性提高了提高了30%50%，冲击韧度冲击韧度提高了提高了50%100%，硬度降低了硬度降低了23HC。易脱碳，耐磨性稍差。易脱碳，耐磨性稍差。第二节冷作模具材料及热处理规范第51页，共78页。2、热加工工艺、热加工工艺 1）锻造）锻造 始锻温度：始锻温度：10501100，终锻温度：，终锻温度：850900，
42、锻后缓冷。，锻后缓冷。2）退火）退火 可按高速钢进行。可按高速钢进行。3）淬回火）淬回火 图图224是淬、回火温度对是淬、回火温度对6W6钢的力学性能钢的力学性能的影响：的影响：图图 224 由图分析可知：为了获得良好的韧性和较高的耐磨性，由图分析可知：为了获得良好的韧性和较高的耐磨性，可采用较低温度淬火和较高的回火温度，即：可采用较低温度淬火和较高的回火温度，即：加热加热11801200油淬，油淬，560580/1.5h回火回火三次。三次。第二节冷作模具材料及热处理规范第52页，共78页。3、应用范围、应用范围 6W6钢主要用于取代钢主要用于取代高速钢或高速钢或Cr12型钢制作易于脆断或型钢
43、制作易于脆断或开裂的冷挤压凸模或冷镦模开裂的冷挤压凸模或冷镦模，寿命可提高，寿命可提高210倍；用于倍；用于大规格的圆钢下料剪刀寿命可提高大规格的圆钢下料剪刀寿命可提高10倍。倍。第二节冷作模具材料及热处理规范第53页，共78页。（二）基体钢（二）基体钢l是指具有高速钢正常淬火时基体成分的钢。是指具有高速钢正常淬火时基体成分的钢。典型钢种：典型钢种：65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）7Cr7Mo2V2Si（LD）5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)1、65Nb钢钢（1）主要性能特点）主要性能特点l具有高速钢的强度、硬度和耐磨性，又有较好的韧性。具有高速钢的强度、硬度和耐磨性，又有较好
44、的韧性。l钢的工艺性能得到很大改善，直径小于钢的工艺性能得到很大改善，直径小于50mm的钢的钢轧材坯料不需改锻，仍可获得满意的性能和寿命。轧材坯料不需改锻，仍可获得满意的性能和寿命。第二节冷作模具材料及热处理规范第54页，共78页。（2）热加工工艺）热加工工艺 1）锻造）锻造 始锻：始锻：10801120，终锻：，终锻：900850，锻后缓冷。锻后缓冷。2）退火）退火 加热加热860/730740等温。等温。该钢退火易软化，延长等温时间，硬度可降至该钢退火易软化，延长等温时间，硬度可降至180HBW，为模具的冷挤压成型提供了条件。，为模具的冷挤压成型提供了条件。3）淬火与回火）淬火与回火 图图
45、225是淬火温度对是淬火温度对65Nb钢力学钢力学性能的影响性能的影响 由图可见，当淬火温度大于由图可见，当淬火温度大于1180，晶粒粗化，残余奥氏体增加，晶粒粗化，残余奥氏体增加，硬度、强度下降。硬度、强度下降。适宜淬火温度为：适宜淬火温度为：10801180回火温度与力学性能的关系见教材表回火温度与力学性能的关系见教材表220。由于有二次硬化现象，由于有二次硬化现象，65Nb钢一般钢一般采用采用高温回火，回火温度为高温回火，回火温度为520580/12h，二次。，二次。图图225第二节冷作模具材料及热处理规范第55页，共78页。生产中常根据模具的不同用途，采用不同的淬、回火工艺，生产中常根
46、据模具的不同用途，采用不同的淬、回火工艺，具体工艺方案及性能见教材表具体工艺方案及性能见教材表221。（3）应用范围）应用范围 65Nb钢适于制作形状复杂的钢适于制作形状复杂的非铁金属挤压模、冷冲模、冷非铁金属挤压模、冷冲模、冷剪模及单位压力为剪模及单位压力为2500MPa左右的钢铁材料冷挤压模具左右的钢铁材料冷挤压模具，也，也可用于轴承、标准件、汽车行业中的锻模、冲模及剪切模具可用于轴承、标准件、汽车行业中的锻模、冲模及剪切模具可获得高的使用寿命。可获得高的使用寿命。第二节冷作模具材料及热处理规范第56页，共78页。2、7Cr7Mo2V2Si（LD）该钢不含钨，铬、钼、钒含量都高于高速钢基体
47、，二该钢不含钨，铬、钼、钒含量都高于高速钢基体，二 次硬次硬化强烈，淬透性提高，晶粒细化。化强烈，淬透性提高，晶粒细化。所以，该钢所以，该钢性能优于性能优于Cr12型钢、高速钢、，具有高强型钢、高速钢、，具有高强度、高韧性和高耐磨性。度、高韧性和高耐磨性。其次是冷热加工工艺性良好，通用性强。其次是冷热加工工艺性良好，通用性强。（1）主要性能特点）主要性能特点第二节冷作模具材料及热处理规范第57页，共78页。（2）热加工工艺）热加工工艺 1）锻造）锻造 宜缓慢加热，锻造温度严格控制在宜缓慢加热，锻造温度严格控制在11301150，终锻温度为，终锻温度为850，锻后砂冷。，锻后砂冷。2）退火）退火
48、 采用球化退火。加热采用球化退火。加热840860/2h，等温，等温700720/46h，缓冷至，缓冷至400以下出炉空冷。以下出炉空冷。3）淬火与回火）淬火与回火 LD钢淬火温度与硬度、晶粒度、残留奥钢淬火温度与硬度、晶粒度、残留奥氏体量的关系及回火硬度见教材表氏体量的关系及回火硬度见教材表222、223。综合分析：淬火温度为综合分析：淬火温度为11001150。淬后有。淬后有34%的残留奥氏体。的残留奥氏体。回火温度回火温度540570/12h，回火，回火23次。次。高韧性要求的模具，也可以采用低淬低回工艺。高韧性要求的模具，也可以采用低淬低回工艺。（3）应用范围）应用范围 广泛用于冷挤、
49、冷镦、冲压和弯曲等冷作模具的制造，广泛用于冷挤、冷镦、冲压和弯曲等冷作模具的制造，其寿命可比高铬钢、高速钢提高几倍到几十倍。其寿命可比高铬钢、高速钢提高几倍到几十倍。第二节冷作模具材料及热处理规范第58页，共78页。3、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)（1）主要性能特点）主要性能特点l碳量较低，为碳量较低，为0.47%0.57%。l强韧性高，热疲劳性好。强韧性高，热疲劳性好。l是冷、热兼用型模具钢。是冷、热兼用型模具钢。l渗碳性能良好，可通过渗氮进一步提高耐磨性。渗碳性能良好，可通过渗氮进一步提高耐磨性。（2）热加工工艺）热加工工艺该钢导热性差，变形抗力大，锻造较为困难。该钢导热性差
50、，变形抗力大，锻造较为困难。锻造工艺：锻造工艺：加热加热11001140，始锻始锻10501100 终锻终锻850以上，锻后砂冷。以上，锻后砂冷。退火工艺：退火工艺：加热加热850870/4h，炉冷至，炉冷至710720/6h，保温结束炉冷至，保温结束炉冷至550出炉空冷。出炉空冷。淬火工艺：淬火工艺：用于冷作模具最佳工艺为用于冷作模具最佳工艺为500和和800二次预热，盐浴加热二次预热，盐浴加热10901120油淬。油淬。第二节冷作模具材料及热处理规范第59页，共78页。回火工艺：回火工艺：510回火二次，每次回火二次，每次2h油冷。回火硬度油冷。回火硬度为为6062HRC。（3）应用范围）
