1、模具材料模具材料湖南工程学院湖南工程学院：高为国高为国Mold Materials冷作模具是指在冷态下通过塑性变形生产制件的模具，在冷作模具是指在冷态下通过塑性变形生产制件的模具，在机械、电器、轻工、仪表等行业应用广泛。常用的冷作模具材机械、电器、轻工、仪表等行业应用广泛。常用的冷作模具材料有冷作模具钢、硬质合金、铸铁、陶瓷等。料有冷作模具钢、硬质合金、铸铁、陶瓷等。第三章第三章 冷作模具材料及热处理冷作模具材料及热处理 第一节冷作模具材料的主要性能要求第一节冷作模具材料的主要性能要求（一）变形抗力（一）变形抗力衡量冷作模具变形抗力的指标主要有：硬度、抗压屈服强衡量冷作模具变形抗力的指标主要有
2、：硬度、抗压屈服强度、抗拉屈服强度、抗弯曲屈服强度。度、抗拉屈服强度、抗弯曲屈服强度。室温条件下的硬度一般保持在室温条件下的硬度一般保持在60HRC左右。左右。（二）断裂抗力（二）断裂抗力主要有一次性脆断抗力和疲劳断裂抗力两个主要指标。主要有一次性脆断抗力和疲劳断裂抗力两个主要指标。(三三)耐磨性耐磨性可用相对耐磨性指数可用相对耐磨性指数作为表征不同化学成分及组织状态作为表征不同化学成分及组织状态下的耐磨性水平参数。下的耐磨性水平参数。(四四)咬合抗力咬合抗力 咬合抗力实际就是对发生咬合抗力实际就是对发生“冷焊冷焊”的抵抗能力。的抵抗能力。(五五)受热软化抗力受热软化抗力主要指标有：软化温度、
3、二次硬化硬度。主要指标有：软化温度、二次硬化硬度。二、冷作模具材料的工艺性能要求二、冷作模具材料的工艺性能要求1.1.锻造工艺性锻造工艺性良好的锻造工艺性是指可锻性好，即热锻变形抗力低、塑良好的锻造工艺性是指可锻性好，即热锻变形抗力低、塑性好，锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及析出网状碳化物缺陷的性好，锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及析出网状碳化物缺陷的倾向小。倾向小。2.2.切削工艺性切削工艺性切削工艺性是指可加工性和可磨削性。对可加工性的要求切削工艺性是指可加工性和可磨削性。对可加工性的要求是：切削用量大、刀具耗损低、加工表面平滑光洁。对可磨削是：切削用量大、刀具耗损低、加工表面平滑光洁。对可磨削性
4、的要求是：砂轮相对耗损量小，无烧伤极限磨削用量大，对性的要求是：砂轮相对耗损量小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤、磨裂。砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤、磨裂。3.3.热处理工艺性热处理工艺性热处理工艺性主要包括退火工艺性、淬透性、淬硬性、脱热处理工艺性主要包括退火工艺性、淬透性、淬硬性、脱碳侵蚀敏感性、过热敏感性、淬裂敏感性、淬火变形倾向等。碳侵蚀敏感性、过热敏感性、淬裂敏感性、淬火变形倾向等。三、三、冷作模具材料的内部冶金质量要求冷作模具材料的内部冶金质量要求 1.1.化学成分的不均匀性化学成分的不均匀性化学成分的偏析将造成组织和性能上的差异。化学成分
5、的偏析将造成组织和性能上的差异。2.2.硫和磷的含量硫和磷的含量沉淀于晶界处的硫化物、磷化物，会降低钢的力学性能。沉淀于晶界处的硫化物、磷化物，会降低钢的力学性能。3.3.钢中夹杂物钢中夹杂物夹杂物会加速裂纹的萌生，夹杂物会加速裂纹的萌生，增大模具的表面粗糙度值。增大模具的表面粗糙度值。4.4.碳化物的不均匀性碳化物的不均匀性碳化物的不均匀性对钢的力学性能（包括各向异性）影响碳化物的不均匀性对钢的力学性能（包括各向异性）影响很大，因此，模具钢必须具有较均匀的碳化物分布。很大，因此，模具钢必须具有较均匀的碳化物分布。5.5.疏松疏松疏松和偏析，因而降低了钢的强度和韧性，也严重影响了疏松和偏析，因
6、而降低了钢的强度和韧性，也严重影响了加工后的表面粗糙度。加工后的表面粗糙度。第二节第二节 冷作模具材料及热处理冷作模具材料及热处理1.1.低淬透性冷作模具钢及热处理低淬透性冷作模具钢及热处理主要有主要有T7A、T8A、T9A、T11A、T12A、8MnSi、Cr2、9Cr2、GCr15、CrW5等牌号。等牌号。此类钢合金元素少，回火抗力低，淬透性低，硬化层浅，此类钢合金元素少，回火抗力低，淬透性低，硬化层浅，承载能力低。主要用于各种中小批量生产的冷冲模，以及需在承载能力低。主要用于各种中小批量生产的冷冲模，以及需在薄壳硬化状态使用的整体式冷镦模、处理冲剪工具。薄壳硬化状态使用的整体式冷镦模、处
7、理冲剪工具。预备热处理：预备热处理：球化退火。球化退火。最终热处理：最终热处理：淬火淬火+低温回火。低温回火。热处理后的硬度一般为热处理后的硬度一般为5864HRC。2.2.低变形冷作模具钢及热处理低变形冷作模具钢及热处理主要有主要有9Mn2V、CrWMn、9CrWMn、9Mn2、MnCrWV、SiMnMo等牌号。等牌号。具有较好的淬硬性（具有较好的淬硬性（6164HRC）和淬透性，和淬透性，60120mm工件能于油或硝盐中淬硬，淬火操作简便，淬裂、变形工件能于油或硝盐中淬硬，淬火操作简便，淬裂、变形倾向低，并易于控制。倾向低，并易于控制。广泛用作加工薄钢板、有色金属的复杂形状冷冲模的凸凹广泛
8、用作加工薄钢板、有色金属的复杂形状冷冲模的凸凹模材料，特别在钟表、仪器、玩具、食品工业等应用最广。模材料，特别在钟表、仪器、玩具、食品工业等应用最广。预备热处理：预备热处理：球化退火。球化退火。最终热处理：最终热处理：淬火淬火+低温回火。低温回火。热处理后的硬度一般为热处理后的硬度一般为5864HRC。3.3.高耐磨微变形冷作模具钢及热处理高耐磨微变形冷作模具钢及热处理主要有主要有Cr12、Cr12Mo1V1、Cr5Mo1V、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr6WV、Cr12MoV等牌号。等牌号。具有高的淬透性、微变形、高耐磨性、高热稳定性、高的具有高的淬透性、微变形、高耐磨性、
9、高热稳定性、高的抗压强度。是冷冲裁模、冷镦模、螺纹搓丝板的主要材料。抗压强度。是冷冲裁模、冷镦模、螺纹搓丝板的主要材料。预备热处理：预备热处理：球化退火。球化退火。最终热处理：最终热处理：较高温度的淬火较高温度的淬火+较高温度的多次回火。较高温度的多次回火。4.4.高强度高耐磨冷作模具钢及热处理高强度高耐磨冷作模具钢及热处理有有W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W18Cr4V等牌号等牌号。此类钢具有高强度、高抗压性、高耐磨性和高热稳定性等此类钢具有高强度、高抗压性、高耐磨性和高热稳定性等特点，广泛用于制造各种切削刀具，也用于制造高负荷冷作模特点，广泛用于制造各种切削刀具，也用于制
10、造高负荷冷作模具，如冷挤压模具、重载冲头等。具，如冷挤压模具、重载冲头等。最终热处理最终热处理：较高温度的淬火较高温度的淬火+较高温度的多次回火。较高温度的多次回火。5.5.高强韧冷作模具钢高强韧冷作模具钢 及热处理及热处理 主要有主要有6W6Mo5Cr4V、7Cr7Mo2V2Si、6Cr4W3Mo2VN6、8Cr2MnWMoVSi、7CrSiMnMoV、6CrNiMnSiMoV等牌号。等牌号。强度、韧性、冲击疲劳断裂抗力，均优于高速钢或高碳高强度、韧性、冲击疲劳断裂抗力，均优于高速钢或高碳高铬钢，而抗压性及耐磨性稍逊于前者。使用寿命较高速钢、高铬钢，而抗压性及耐磨性稍逊于前者。使用寿命较高速
11、钢、高铬钢大为提高。铬钢大为提高。最终热处理最终热处理：较高温度的淬火较高温度的淬火+较高温度的多次回火。较高温度的多次回火。6.6.抗冲击冷作模具钢及热处理抗冲击冷作模具钢及热处理包括包括4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si、9CrSi、60Si2Mn、5CrMnMo、5CrNiMo、5SiMnMoV等牌号。等牌号。该类钢该类钢具有高强度、高韧性、高冲击疲劳抗力，其缺点是具有高强度、高韧性、高冲击疲劳抗力，其缺点是抗压能力低，热稳定性差，淬火变形难以控制。主要用于风动抗压能力低，热稳定性差，淬火变形难以控制。主要用于风动工具、冲剪工具和大中型冷镦模、精压模等。工具、冲剪工具和大中型
12、冷镦模、精压模等。7.7.特殊用冷作模具钢及热处理特殊用冷作模具钢及热处理包括包括95Cr18、90Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4 等耐蚀模等耐蚀模具钢和具钢和12Cr18Ni9、53Cr21Mn9Ni4N、7Mn15Cr2Al3V2WMo 等无磁模具钢。等无磁模具钢。耐蚀模具，除了应具有冷作模具钢的一般使用性能外，还耐蚀模具，除了应具有冷作模具钢的一般使用性能外，还要求具备良好的耐蚀性。常用高碳高铬型马氏体不锈钢制造。要求具备良好的耐蚀性。常用高碳高铬型马氏体不锈钢制造。无磁模具除了应具有冷作模具钢的使用性能外，还要求在无磁模具除了应具有冷作模具钢的使用性能外，还要求在磁场中使
13、用时不被磁化。常用奥氏体不锈钢和奥氏体耐热钢等。磁场中使用时不被磁化。常用奥氏体不锈钢和奥氏体耐热钢等。8.8.硬质合金材料硬质合金材料包括包括T35、GW50、GJW50、TLMW50、D1、T1等牌号等牌号。硬质合金具有高的耐磨性和热硬性，高的抗压强度，常用硬质合金具有高的耐磨性和热硬性，高的抗压强度，常用于制造高效率、高精度的模具，如冲裁模、冷镦模、热挤压模于制造高效率、高精度的模具，如冲裁模、冷镦模、热挤压模等，特别是用于制造多工位级进模的凸凹模部分。等，特别是用于制造多工位级进模的凸凹模部分。钢结硬质合金作为新型模具材料广泛应用于各种冷作模具，钢结硬质合金作为新型模具材料广泛应用于各
14、种冷作模具，如冷镦模、冷冲压模、冷挤压模、拉深模、剪裁模、压印模、如冷镦模、冷冲压模、冷挤压模、拉深模、剪裁模、压印模、滚压工具等。同时也应用于部分热作模具，如热挤压模、热冲滚压工具等。同时也应用于部分热作模具，如热挤压模、热冲模、压铸模等。模、压铸模等。第三节第三节 冷作模具材料及热处理工艺实例冷作模具材料及热处理工艺实例 1.1.螺母冲孔模及热处理螺母冲孔模及热处理 模具材料为模具材料为60Si2MnA，硬度要求硬度要求5860HRC。淬火后硬度符合技术要求，但在淬火后硬度符合技术要求，但在使用中成形部位过早软塌、镦粗和弯曲，使用中成形部位过早软塌、镦粗和弯曲，分析其原因是心部未淬透，存在
15、铁素体组分析其原因是心部未淬透，存在铁素体组织，导致冲模的强度降低。织，导致冲模的强度降低。2.冷挤压凸模及热处理冷挤压凸模及热处理该模具选用该模具选用Crl2MoV钢制造，用于挤压黄铜，产品，硬度钢制造，用于挤压黄铜，产品，硬度要求为要求为6264HRC。常规工艺为。常规工艺为960980加热油淬，其硬度加热油淬，其硬度为为6062HRC。使用中凸模常发生脱帽式断裂，主要原因是韧。使用中凸模常发生脱帽式断裂，主要原因是韧性不足。性不足。3.3.采用线切割加工成形凹模及热处理采用线切割加工成形凹模及热处理 采用线切割加工成形的凹模一般选用淬透性高的钢材，以采用线切割加工成形的凹模一般选用淬透性
16、高的钢材，以保证淬火后整块钢材性能均匀一致，而且热处理后的内应力应保证淬火后整块钢材性能均匀一致，而且热处理后的内应力应处于最小状态。内应力越小，线切割变形和开裂的可能性越小。处于最小状态。内应力越小，线切割变形和开裂的可能性越小。因而常采用分级淬火或多次回火和高温回火的方法因而常采用分级淬火或多次回火和高温回火的方法。采用中温淬火采用中温淬火+中温回火工艺，中温回火工艺，工艺参数为工艺参数为1030 1050 淬火、淬火、400 回火，热处理后未发现超差。回火，热处理后未发现超差。4.不锈钢表壳冷挤压模及热处理不锈钢表壳冷挤压模及热处理 选 用选 用 7 C r 7 M o 2 V 2 S i 钢 作 凸 模。凸 模 毛 坯 尺 寸 为钢 作 凸 模。凸 模 毛 坯 尺 寸 为45mm50mm80mm，采用，采用50mm棒料下料，反复镦拔棒料下料，反复镦拔3次，次，要求成品毛坯的钢材流线方向与凸模长轴方向垂直，与尺寸要求成品毛坯的钢材流线方向与凸模长轴方向垂直，与尺寸50mm方向平行，以保证凸模在工作状态时具有更高的强韧性。方向平行，以保证凸模在工作状态时具有更高的强韧性。
