冷作模具材料教学课件PPT.ppt

第3章 冷作模具材料,冷作模具是指在冷态下完成对金属或非金属材进行塑性变形加工的工具。包括：冷冲裁模具、冷挤压模具、冷镦模具、冷拉深模具、拉丝模具、弯曲模具等。完成的工序有冲孔、落料、挤压、冷镦、拉深、滚丝、拉丝、弯曲、成型等。3.1冷作模具材料的性能要求,1.良好的耐磨性2.高的强度3.足够的韧性4.良好的抗疲劳性5.良好的抗咬合能力,使用性能要求,工艺性能要求,1.可锻性2.可切削性3.可磨削性4.热处理工艺性,3.2 冷作模具材料,3.2.1低淬透性冷作模具钢一、碳素工具钢 1.碳素工具钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.1低淬透性冷作模具钢,一、碳素工具钢 1.碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.1低淬透性冷作模具钢,一、碳素工具钢 2.碳素工具钢的工艺性能：（1）锻造性能 T7A、T8A：11301160，800，空冷；T10A、T12A：11001140，800850，空冷至650700再缓冷。（2）预备热处理 为了消除锻坯的锻造应力，细化组织，降低硬度,便于切削加工，为淬火作好组织准备。,3.2.1低淬透性冷作模具钢,一、碳素工具钢（3）淬火工艺,3.2.1低淬透性冷作模具钢,一、碳素工具钢 碳素工具钢的淬透性较低，油淬临界直径为45mm，水淬临界直径为515mm。碳素工具钢的淬火变形大，淬火开裂倾向大。T10A钢淬火硬度沿截面分布如图所示。,（4）回火工艺,3.2.1低淬透性冷作模具钢,一、碳素工具钢 3.碳素工具钢的应用范围 碳素工具钢价格便宜，在退火状态下具有较好的切削加工性能，通过热处理能获得较高的硬度和一定的耐磨性。但其淬透性低、淬火变形大、淬火开裂倾向大、耐磨性较差。因此，碳素工具钢适宜于制造尺寸较小、形状简单、载荷较轻、生产批量不大的冷作模具，如小型的切边模、落料模、拉深模等。,二、GCr15钢（轴承钢）G表示轴承专用钢，Cr15是用千分数表示铬的含量为1.5。Cr15是在T10A钢（该类钢中综合性能为最好的）中加入了少量的铬而形成的（与Cr2钢相近）。少量的铬加入，提高了钢的淬透性，增加了回火稳定性，减少了淬火变形和淬火开裂倾向。,3.2.1低淬透性冷作模具钢,二、GCr15钢（轴承钢）1.GCr15钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.1低淬透性冷作模具钢,二、GCr15钢（轴承钢）1.GCr15钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.1低淬透性冷作模具钢,二、GCr15钢（轴承钢）1.GCr15钢的力学性能与回火温度的关系,可以看出：GCr15钢的各项力学性能指标均稍高于碳素工具钢。,3.2.1低淬透性冷作模具钢,二、GCr15钢（轴承钢）2.GCr15钢的工艺性能（1）锻造工艺：加热温度10501100，始锻温度10201080，终锻温度800850，锻后空冷。（2）预备热处理,3.2.1低淬透性冷作模具钢,二、GCr15钢（轴承钢）2.GCr15钢的工艺性能（3）淬火工艺 GCr15钢的常规淬火温度为830860，常用冷却介质为油，油淬临界直径为25mm，过热倾向小、残余奥氏体量少、淬火变形和淬火开裂倾较小。（4）回火工艺 GCr15钢经淬火后，必须进行低温回火。GCr15钢制冷作模具时，一般采用160180的回火。3.GCr15钢的应用范围 GCr15钢的淬透性、淬硬性和耐磨性都较碳工具钢高，在淬火、回火时的尺寸变化也不大。因此，GCr15可用于小型的冷冲模、切边模、低压力下的冷镦模、冷挤压凹模、拉丝模等。,3.2.2低变形性冷作模具钢,一、CrWMn钢 CrWMn钢的合金含量较GCr15钢有所增加，合金总量达3.4。钨形成碳化物（WC）使钢在淬火和低温回火后具有比GCr15钢和9CrSi钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性（但钢的锻造性、加工工艺性有所下降）；此外，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。,3.2.2低变形性冷作模具钢,1.CrWMn 钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.2低变形性冷作模具钢,1.CrWMn 钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.2低变形性冷作模具钢,2.CrWMn钢的工艺性能（1）锻造工艺 加热温度11001150，始锻温度10501100，终锻温度800850，锻后空冷至650700后再缓冷。该钢碳化物偏析比较严重（含W的原因），锻后缓冷易形成网状碳化物。对于大规格的钢材，为了避免碳化物不均，有时需要反复镦粗拔长，以便提高最终热处理后的力学性能。,3.2.2低变形性冷作模具钢,2.CrWMn钢的工艺性能（2）预备热处理,等温球化退火工艺曲线,正火工艺曲线,3.2.2低变形性冷作模具钢,2.CrWMn钢的工艺性能（3）淬火工艺 CrWMn钢的常规淬火温度为820850，淬火介质有油、硝盐、碱等，油淬临界直径为3050mm。该钢淬透性较好，淬火变形较小。对于形状较复杂、要求变形小的模具常采用等温淬火（等温温度在90160之间），等温淬火后其强度、硬度、韧性等各项力学性能指标均好普通淬火（即单液淬火）。（4）回火工艺 CrWMn钢制冷作模具时，一般采用200220的回火。3.CrWMn 钢的应用范围 CrWMn钢的淬透性较好，淬硬性好、淬火变形较小，但耐磨性不够高。因此，用于形状较复杂、精度较高、载荷较轻的冷冲模、切边模、冷镦模、冷挤压模的凹模、拉丝模、拉伸模等。,3.2.2低变形性冷作模具钢,二、9Mn2V钢 9Mn2V钢的合金含量较CrWMn钢低，合金总量达2。没有了W，碳化物不均匀性和淬火开裂倾向较CrWMn钢小，又加入了少量V（WV0.2）来细化奥氏体的晶粒，降低锰钢的过热敏感性。与CrWMn钢相比，该钢的冷热加工性要好，但强度、硬度、淬透性、淬透硬性、回火稳定性稍低。,3.2.2低变形性冷作模具钢,1.9Mn2V 钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.2低变形性冷作模具钢,1.9Mn2V 钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.2低变形性冷作模具钢,2.9Mn2V钢的工艺性能（1）锻造工艺：加热温度10801120，始锻温度10501100，终锻温度800850，锻后空冷至650700后再缓冷。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度750770，保温3h，等温温度680700，保温35h，炉冷至500再空冷。退火后的硬度229HBS，切削加工性较好。（3）淬火工艺：9Mn2V钢的常规淬火温度为780 840（Ms=125），淬火温度范围宽，淬火冷却介质为油，油淬临界直径为30mm，淬火变形较小。（4）回火工艺：9Mn2V钢制冷作模具时，一般采用160180的回火，回火硬度值60HRC。3.9Mn2V钢的应用范围：该钢适于制造一般要求的、尺寸较小的冲模及冷压模、雕刻模、落料模等。,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,低变形性冷作模具钢的性能虽然优于碳素工具钢，但其耐磨性、强韧性、淬火硬性、变形要求等仍不能满足形状复杂的重载冷作模具的需要，在使用中易发生折断、弯曲和磨损。,一、Cr12MoV钢 Cr12MoV钢与Cr12钢相比，含C量降低，增加了少量的Mo、V，其碳化物的不均匀性得以改善。,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,一、Cr12MoV钢 1.Cr12MoV钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,一、Cr12MoV钢 1.Cr12MoV钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,一、Cr12MoV钢 2.Cr12MoV钢的工艺性能（1）锻造性能：Cr12MoV钢的变形抗力较大，锻造性较差。锻造工艺一般为：加热温度10201120，始锻温度10001060，终锻温度850，锻后缓冷。冷至400500可进行退火处理。常规锻造后使钢中的碳化物不均匀性得以改善，利用锻造后余热进行淬火可使碳化物粒度变细，棱角变圆，奥氏体晶粒度达到超细化水平。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度850870，保温23h，等温温度720740，保温34h，炉冷（30/h）至550再空冷。退火后的硬度207255HBS，切削加工性较差。,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,一、Cr12MoV钢 2.Cr12MoV钢的工艺性能（3）淬火工艺：Cr12MoV钢（Ms=180）淬火加热需经两次预热，第一次预热温度550600，第二次预热温度840860。因钢易脱碳，加热时注意采取保护措施。Cr12MoV钢的淬火加热温度范围宽，常规淬火温度为10201050，可采用9501000的低温淬火（2060的油冷）或采用10201040的中温淬火（油或硝盐冷），或采用10801100的高温淬火（油或硝盐冷却），淬透性高，截面为300400mm以下者可以完全淬透，淬火变形微小。,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,一、Cr12MoV钢 2.Cr12MoV钢的工艺性能（4）回火工艺：Cr12MoV钢经淬火后，可进行180200的低温回火（低淬时），此时钢制模具具有高的硬度及较高的韧性，但抗压强度低；也可进行400左右的中温回火（中淬时），此时钢制模具具有高的强韧性配合，即较高硬度和抗压强度，强韧性适中；也可进行三次500520的高温回火（高淬时），此时钢制模具具有较高硬度及抗压强度，但韧性较差。应避开在275375的脆性区内回火。3.Cr12MoV钢的应用范围 可用于制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具，如形状复杂的冲孔凹模、复杂模具上的镶块、钢板深拉伸模、拉丝模、螺纹搓丝板、冷挤压模、粉末冶金用冷压模、陶土模、冷切剪刀、圆锯、标准工具、量具等。,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,二、Cr4W2MoV钢 1.Cr4W2MoV钢的力学性能与淬火温度的关系,Cr4W2MoV钢是一个新型中合金冷作模具钢，性能比较稳定，其模具的使用寿命较Cr12、Cr12MoV钢制模具有较大的提高。,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,二、Cr4W2MoV钢 1.Cr4W2MoV钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,二、Cr4W2MoV钢 2.Cr4W2MoV钢的工艺性能（1）锻造性能：Cr4W2MoV钢的热加工温度范围较窄，变形抗力较大，锻造性较差。锻造工艺一般为：加热温度11301150，始锻温度10401060，终锻温度850，锻后缓冷。（2）预备热处理 采用等温球化退火，软化困难，其工艺为：加热温度840860，保温46h，等温温度750770，保温36h，炉冷（30/h）至550再空冷。退火后的硬度241HBS，切削加工性尚可，可进行微细化处理来细化晶粒。,3.2.3高耐磨微变形冷作模具钢,（3）淬火工艺：Cr4W2MoV钢（Ms=142）淬火加热需经两次预热，第一次预热温度300400，第二次预热温度800850。常规淬火温度为9801020，可采用960980的低温淬火（2060的油冷或空冷）或采用10201040的高温淬火，淬硬深度较大，淬火变形小。（4）回火工艺：可进行三次520的高温回火（高淬时），此时钢具有高的耐磨性和热硬性；也可进行200290的低温回火（低淬时），此时钢具有良好的强韧性。回火后硬度值60HRC。3.Cr4W2MoV钢的应用范围：该钢的主要特点是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，并且具有较好的耐磨性（比Cr12MoV钢好）和尺寸稳定性，是Cr12型钢的替代钢种。可用于制造各种冲模、冷镦模、落料模、冷挤凹模及搓丝板等模具重载、形状复杂的模具。,3.2.4高强度高耐磨冷作模具钢,高强度高耐磨冷作模具钢具有高的强度、高的抗压性、高的耐磨性和高的热稳定性。高速工具钢是它的典型代表，用于作冷作模具材料，如重载冲头。与Cr12MoV相比，韧性、抗扭转性能和耐磨性稍差，其它性能都优于Cr12MoV钢。,W6Mo5Cr4V2 由于具有良好的热塑性和细小均匀的碳化物分布等优点，正在逐步取代W18Cr4V钢。,3.2.4高强度高耐磨冷作模具钢,1.W6Mo5Cr4V2钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.4高强度高耐磨冷作模具钢,1.W6Mo5Cr4V2钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.4高强度高耐磨冷作模具钢,2.W6Mo5Cr4V2钢的工艺性能（1）锻造性能：W6Mo5Cr4V2钢的变形抗力较大，锻造性较差。锻造工艺一般为：加热温度11401150，始锻温度10401080，终锻温度900，锻后缓冷。高速钢的铸态组织中存在莱氏体，这种粗大的共晶碳化物不能用热处理方法来消除，只能用锻造方法将其击碎，并使其均匀分布。因此，高速钢的锻造具有成形和改善碳化物分布的双重作用，是非常重要的加工过程。为得到细小均匀的碳化物，通常采用反复锻打，且要求锻造比大，锻后必须缓慢冷却。（2）预备热处理 采用等温球化退火，其工艺为：加热温度860880，保温24h，等温温度740760，保温24h，炉冷（30/h）至550再空冷。退火后的组织为索氏体+粒状渗碳体，硬度255HBS，切削加工性较差。只能做小型模具（或镶块）的原因之一，另一个原因则是价格。,3.2.4高强度高耐磨冷作模具钢,（3）淬火工艺：W6Mo5Cr4V2钢热导性差，为防止淬火变形和开裂，淬火加热时应分段预热，第一次预热温度约400，第二次预热温度840860。因易氧化脱碳，加热时注意采取保护措施。常规淬火温度为11501200（2060的油冷）或采用等温淬火（等温温度230），钢的淬透性好，淬火变形小。钢的淬火加热温度高，溶入奥氏体中的合金元素多，淬火后马氏体中合金元素的含量越高，高速钢的热硬性就好。但淬火加热温度过高，奥氏体晶粒粗大，会降低钢的韧性。该钢淬火后的组织为马氏体+未溶合金碳化物+残余奥氏体。（4）回火工艺 W6Mo5Cr4V2钢经淬火后，残余奥氏体量达2030（体积分数），需进行三次560左右的高温回火。回火后的硬度60HRC。W6Mo5Cr4V2钢制冷作模具时，为了防止折断和崩刃，可采用低温淬火+低温回火,3.2.5抗冲击冷作模具钢,高速钢具有高的抗压强度、高的耐磨性，但其韧性低，易脆断，不能满足承受较大冲击载荷的模具，如冷镦模具、冷剪模具、中厚板冲裁模具等。材料的冲击韧性高可从以下几个方面来体现，首先是含碳量在0.5左右，其次是材料中含一定量的有硅，再次是材料中含有一些组成高韧性的合金元素，如Cr、Ni、Mo、V等。铬钨硅系钢是在铬硅钢的基础上加入一定量的钨而形成的钢种，由于加入了钨而有助于在进行淬火时保存比较细的晶粒，这就有可能在回火状态下获得较高的韧性。铬钨硅系钢常见的钢有4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si，它们的合金组成及含量相近，只是含碳量不同。它们的共同特点是碳化物少，组织均匀，淬火组织以板条状马氏体为主，具有高的抗弯强度、高的冲击疲劳抗力、高的韧性和一定的耐磨性；但其抗压强度低，热稳定性差，淬火变形难以控制。,3.2.5抗冲击冷作模具钢,1.铬钨硅系钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.5抗冲击冷作模具钢,1.铬钨硅系钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.5抗冲击冷作模具钢,2.铬钨硅系钢的工艺性能（1）锻造性能：铬钨硅系钢的变形抗力小，锻造性良好。锻造工艺为：加热温度11501180，始锻温度11001080，终锻温度850，锻后缓冷。（2）预备热处理：采用高温软化处理（又称不完全退火），其工艺为：加热温度800820，保温35h，炉冷（30/h）至600650再空冷。退火后的硬度179255HBS，切削加工性良好。（3）淬火工艺：铬钨硅系钢（Ms分别为315、295、280）有脱碳敏感性，加热时应采取保护措施，防止工件脱碳。铬钨硅系钢的常规淬火温度为860900，淬火介质为油（2040），油淬临界直径为3050mm，钢的淬透性较好、淬火变形难以控制。,3.2.5抗冲击冷作模具钢,2.铬钨硅系钢的工艺性能（4）回火工艺：铬钨硅系钢经淬火后，可采用低温回火（200250），回火后的硬度53HRC。也可采用中温回火（430470），回火后的硬度45HRC。3.铬钨硅系钢的应用范围：4CrW2Si钢：用于制造高冲击载荷作用下操作的工具，如风动工具、錾、冲裁切边复合模、冲模、冷切用的剪刀等冲剪工具，以及部分小型热作模具。5CrW2Si钢：综合力学为最好。通常用于制造冷剪金属的刀片、铲搓丝板的铲刀、冷冲裁和切边的凹模等。6CrW2Si钢：具较高的淬火硬度和一定的高温强度通常用于制造承受冲击载荷而又要求耐磨性高的工具，如风动工具，凿子和冲击模具，冷剪机刀片，冲裁切边用凹模，空气锤用工具等。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,高强韧性冷作模具钢是指强度和韧性兼顾的模具钢。虽然中铬钢、高铬钢、高速钢具有高强度、硬度、红硬性和耐磨性，但因碳化物数量多而韧性不足。低合金钢虽有较高的韧性和塑性，但强度、红硬性和耐磨性都不及高速钢，故其制作的模具寿命不高。高强韧性冷作模具钢就兼顾了上述两类钢的优点。一、6W6Mo5Cr4V钢简称6W6 属于降碳型高速钢，与高速钢W6Mo5Cr4V2相比，碳的质量分数降低了约0.21，钒的质量分数降低了约1.051.11。由于碳、钒含量的降低，碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善。淬火硬化状态（未回火时）的抗弯强度和塑性提高了3050，冲击韧度提高了50100，但淬火硬度减少了2 3 HRC。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.6W6Mo5Cr4V钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.6W6Mo5Cr4V钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.6高强韧性冷作模具钢,2.6W6Mo5Cr4V钢的工艺性能（1）锻造性能：6W6钢的锻造性良好。锻造工艺一般为：加热温度11001140，始锻温度10501100，终锻温度800，锻后缓冷。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为加热温度840860，保温24h，等温温度740760，等温时间46h，炉冷（30/h）至500再空冷。退火后的硬度197229HBS，切削加工性良好。（3）淬火工艺：6W6钢有脱碳敏感性，加热时应采取保护措施，防止工件脱碳。6W6钢的常规淬火温度为11801200，淬火介质为油、硝盐、碱，适合于采用分级淬火和等温淬火，钢的淬透性好，淬火变形小。（4）回火工艺：可采用三次560580的高温回火，回火后的硬度60HRC。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,3.6W6钢的应用范围：用来替代高速钢、高铬钢制作黑色金属冷挤压冲头或冷镦冲头（小型重载）；可通过氮碳共渗来提高其耐磨性。二、6Cr4W3Mo2VNb钢简称65Nb 它是基体钢，所谓基体钢是指具有高速钢正常淬火后的基体成分的钢。65Nb钢与高速钢相比，碳、钨、钼的含量要低，加入了少量的铌，钢的过剩碳化物少且细小又均匀。这种合金化的特点，既保证了该钢的强度、硬度和耐磨性，又具有较高韧性和抗疲劳性，钢的加工工艺性能也得到了极大的改善。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.6Cr4W3Mo2VNb钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.6Cr4W3Mo2VNb钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.6高强韧性冷作模具钢,2.6Cr4W3Mo2VNb钢的工艺性能（1）锻造性能：65Nb钢的锻造性良好。锻造工艺为：加热温度11201150，始锻温度10801120，终锻温度850，锻后缓冷。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度850860，保温24h，等温温度740750，等温时间46h，炉冷（30/h）至500再空冷。退火后的硬度183207HBS，切削加工性良好。若等温时间延长至9h，硬度降低到187HBS，则可以冷挤压成形，这是65Nb钢的最大优点。（3）淬火工艺：65Nb钢的常规淬火温度为1080 1160，淬火介质为油、硝盐、碱，适合于采用等温淬火，等温淬火工艺为270等温28min或180等温1h。钢的淬透性好，淬火变形小。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,（4）回火工艺：可采用二次520600的高温回火，回火后的硬度60HRC。3.65Nb钢的应用范围：该钢用来制作形状复杂的有色金属挤压模具、冷冲模具、冷剪模具及单位挤压力为2500MPa左右的黑色金属冷挤压模具。三、7Cr7Mo2V2Si钢简称LD 它是一种不含钨的基体钢，又可称为高强韧性高耐磨的模具钢。LD钢的碳、铬、钼、钒的含量都高于高速钢基体，所以，钢的淬透性和二次硬化能力有了提高，尤其是钒的二次硬化效应强烈。不仅如此，未溶VC还能显著细化奥氏体晶粒，增加钢的韧性和耐磨性。钢中还含有1的硅，它具有强化基体，增强二次硬化效果的作用。同时，还能提高钢的回火稳定性，从而提高了钢的综合力学性能。LD钢的抗压强度、抗弯强度及耐磨性均比65Nb高。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.7Cr7Mo2V2Si钢的的力学性能,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.7Cr7Mo2V2Si钢的力学性能,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.7Cr7Mo2V2Si钢的力学性能 LD钢与几种莱氏体钢的性能对比,从表中可以看出，LD 钢的抗弯强度、韧性比 W6Mo5Cr4V2等钢要高，硬度相当。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,2.7Cr7Mo2V2Si钢的工艺性能（1）锻造性能：LD钢的锻造性较好。锻造工艺为：加热温度10801120，控制加热温度不超过1130，始锻温度10501080，终锻温度850，锻后缓冷。直径小于50mm的原材料不经改锻可以直接使用。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度850870，保温24h，等温温度730750，等温时间46h，炉冷（30/h）至400再空冷。退火后的硬度190250HBS，切削加工性较好。（3）淬火工艺：LD钢热导性差，为防止淬火变形和开裂，淬火加热时一般应分段进行预热，第一次预热温度约400，第二次预热温度840860，保证热透。因易氧化脱碳，加热时注意采取保护措施。常规淬火温度为11001150，淬火介质为油；钢的淬透性好，淬火变形小。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,2.7Cr7Mo2V2Si钢的工艺性能（4）回火工艺：可采用二次或三次530540的高温回火，回火后的硬度60HRC。其中，以1150淬火三次550 1h的回火后钢的强韧性综合指标为最好。也可采用低淬低回，低淬温度为10501080，再进行160220的回火，回火后的硬度为5860HRC。3.LD钢的应用范围：LD钢因具有更好的综合力学性能，广泛用于制造形状复杂的冷挤压模、冷镦模、冲压模和弯曲模，其寿命比高铬钢、高速钢提高几倍到几十倍。四、6CrNiSiMnMoV钢简称GD 它是低合金高强度钢，总合金含量的质量分数约为4，故具有多元少量合金化特点。GD钢是一种碳化物偏析小（细小、均匀）而淬透性高的高强韧性钢。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.6CrNiSiMnMoV钢的力学性能,GD钢与CrWMn钢和Cr12MoV钢力学性能对比,从表中可以看出，GD钢的强度、韧性比CrWMn钢和 Cr12MoV钢要高，硬度相当。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,2.6CrNiSiMnMoV钢的工艺性能（1）锻造性能：GD钢的锻造性较好。锻造工艺一般为：加热温度10801120，始锻温度10401060，终锻温度850，锻后缓冷，并立即退火。因碳化物偏析小，可以不锻造而在下料后直接进行机械成形加工。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度760780，保温2h，等温温度680，等温时间6h，炉冷至500再空冷。退火后的硬度230240HBS，切削加工性较好。（3）淬火工艺：GD钢的淬火温度低且范围宽，常规淬火温度为870930，淬火介质为油或空气（即可空淬，只是淬透性，淬硬性比油淬稍低），其中以250等温55min的等温淬火的强韧性为最好。该钢的淬透性好，淬火变形小。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,2.6CrNiSiMnMoV钢的工艺性能（4）回火工艺：GD钢经淬火后，与其它基体钢采用高温回火不同，可采用一次175230，2h的低温回火，回火后的硬度为60HRC。其中，以900淬火200回火，钢强韧性综合指标为最好。3.GD钢的应用范围 GD钢可替代CrWMn、Cr12型、GCr15、6CrW2Si、9SiCr、9Mn2V钢制造各种异形、细长薄片冷冲凸模，形状复杂的大型凸凹模，中厚板冲裁模及剪刀片，精密淬硬塑料模具等，模具的寿命大幅提高，具有显著的经济效益。五、7CrSiMnMoV钢简称CH-1，又称火焰钢 火焰钢是指淬火温度范围宽，可以用火焰来加热而进行淬火处理。与GD钢相比，含碳量相当，少了镍，总的合金含量要低。CH-1钢具有多元少量合金化特点，属低合金高强度钢。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.7CrSiMnMoV钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.7CrSiMnMoV钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.6高强韧性冷作模具钢,1.7CrSiMnMoV钢的力学性能 CH-1钢与9Mn2V、CrWMn钢和Cr12MoV钢力学性能对比,从表中可以看出，CH-1钢的强度、韧性比9Mn2V、CrWMn、Cr12MoV钢要高，硬度相当。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,2.7CrSiMnMoV钢的工艺性能与GD钢相近（1）锻造性能：CH-1钢因其碳化物偏析小，锻造性较好。锻造工艺一般为：加热温度11501200，始锻温度11001150，终锻温度800，锻后缓冷或空冷。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度840860，保温24h，等温温度680700，等温时间35h，炉冷（30/h）至500再空冷。退火后的硬度 217241HBS，切削加工性良好。（3）淬火工艺性 CH-1钢的淬火温度低且范围宽，常规淬火温度为860960，淬火介质为油或空气。钢的淬透性好，淬火变形小。3.CH-1钢的应用范围 CH-1钢可用于薄板冲孔模、整形模、切边模、冷挤压模等。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,六、8Cr2MnWMoVS钢简称8Cr2S，又称中铬微变形钢 因8Cr2S钢中加入了少量的硫，WS为0.060.15，使得该钢能在高硬态下顺利地进行常规机械加工，故又称为易切削型模具钢。该钢还具有良好的表面处理性能，可进行渗氮、渗硼、镀铬镀镍处理，该钢也具有多元少量合金化的特点，是精密冷作模具和塑料模具用钢。1.8Cr2S钢的力学性能 随着回火温度的升高，钢的硬度下降。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,2.8Cr2S钢的工艺性能（1）锻造性能：8Cr2S锻造性较好。锻造工艺为：加热温度11001150，始锻温度10501110，终锻温度900，锻后缓冷。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度790810，保温2h，等温温度670690，等温时间48h，炉冷至500再空冷。退火后的硬度为20729HBS，切削加工性良好。（3）淬火工艺：8Cr2S钢的常规淬火温度为860960，淬火介质为油或空气可采用130热油分级淬火或240260的等温淬火（等温40min）。钢的淬透性好，淬火变形小。,3.2.6高强韧性冷作模具钢,2.8Cr2S钢的工艺性能（4）回火工艺：可采用一次160200的低温回火，回火后的硬度为60HRC。若用作塑料模具，则作为预硬态，进行高温回火，回火温度为550620（2h），回火后的硬度为45HRC，在此硬度下也能顺利地进行常规机械加工，能缩短加工工时，降低加工成本。3.8Cr2S钢的应用范围：8Cr2S适于制作精密的塑料模具、胶木模具和印刷电路板冲孔模具，其精度高，寿命长；8Cr2S也适于制作精密零件的冲裁模具，如手表零件的冲裁模具，电器零件冲裁模具等。,3.2.7高耐磨高强韧性冷作模具钢,高强韧性钢虽然克服了高铬钢、高速钢的因碳化物不均引起的脆断倾向，但由于钢中含碳量的减少，其耐磨性不如高铬钢、高速钢。对于以磨损为主要失效形式的模具，上述钢种仍不能满足要求，希望有一种钢既有高强韧性钢的韧性，又有高铬钢、高速钢的耐磨性，这就是高耐磨高强韧性冷作模具钢。一、9Cr6W3Mo2V2钢简称GM 它属于莱氏体钢，与Cr12MoV相比，钢中含碳量、含铬量少很多，这大大降低了共晶碳化物的不均匀程度，适量增加了钨、钼、钒的含量，既提高了淬透性，又细化了晶粒，并提高基体的强度，强化二次硬化效果。GM钢的耐磨性和韧性均高于高碳高铬钢，抗弯强度和压缩屈服点远于高铬钢，具有最佳的强韧性、耐磨性和变形量的配合。,3.2.7高耐磨高强韧性冷作模具钢,1.GM 钢的力学性能与淬火温度的关系,3.2.7高耐磨高强韧性冷作模具钢,1.GM 钢的力学性能与回火温度的关系,3.2.7高耐磨高强韧性冷作模具钢,2.GM 钢的工艺性能（1）锻造性能：GM钢的锻造性较好。锻造工艺为：加热温度11001150，始锻温度10601110，终锻温度850，锻后缓冷并及时退火。锻造时，加热应缓慢，保证热透，并严格控制变形量。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度850870，保温2h，等温温度730750，等温时间46h，炉冷至500再空冷。退火后硬度为205228HBS，切削加工性良好。（3）淬火工艺：GM钢的常规淬火温度为11001160，淬火介质为油，或进行220的热油分级淬火。钢的淬透性好，淬火变形小。,3.2.7高耐磨高强韧性冷作模具钢,（4）回火工艺：GM钢经淬火后，可采用二到三次520560的高温回火，回火后的硬度为64HRC。3.GM钢的应用范围：GM钢具有最佳的强韧性、耐磨性和变形量的配合，同时兼有良好的冷、热加工性和电加工性。因此，GM钢广泛用于生产批量大、工件形状复杂、加工精度要求高的冷作模具。二、Cr8MoWV3Si简称ER5 与GM钢相比，该钢提高了碳、铬、钒含量，含有适量的钨、钼，这便保证了钢具有强韧性基体及细小均匀分布的特殊碳化物，从而使ER5钢具有高耐磨性和高强韧性。与Cr12型钢相比，碳化物数量少，晶粒细小而均匀，其强度、硬度、耐磨性均优于Cr12型钢，且电加工性能好。,3.2.7高耐磨高强韧性冷作模具钢,1.Cr8MoWV3Si 钢的力学性能 淬火、回火温度对ER5钢硬度的影响（HRC）,淬火、回火温度对ER5钢抗拉强度的影响（MPa）,3.2.7高耐磨高强韧性冷作模具钢,2.Cr8MoWV3Si 钢的工艺性能（1）锻造性能：ER5钢的锻造性较好。锻造工艺为：加热温度11501200，始锻温度11001150，终锻温度900，锻后缓冷并及时退火。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度860，保温2h，等温温度760，等温时间4h，炉冷至500再空冷。退火后的硬度为220240HBS，切削加工性较好。（3）淬火工艺：ER5钢的常规淬火温度为11201150，淬火介质为油。钢的淬透性好，淬火变形小。（4）回火工艺：可采用三次520550的高温回火，回火后的硬度为64HRC。3.ER5钢的应用范围：ER5钢材料成本适中，加工工艺简单，适于制作大型重载冷镦模、精密冷冲模等。,3.2.8硬质合金,一、普通硬质合金（刀具材料）又称金属陶瓷硬质合金 它是采用高硬度、高熔点的碳化物粉末和粘结剂Co混合后，用粉末冶金方法制成（混合、压制、烧结成型）。硬质合金的硬度高达93HRA（相当于81HRC）、红硬性可达9001000。因此当用作刀具时，切削速度比高速钢提高47倍，寿命提高58倍。1.钨钴类硬质合金（YG）这类硬质合金的主要组成是WC+Co。钨钴类硬质合金的牌号用“YG+数字”表示，其中，数字表示粘结剂Co的含量。Co含量越高，合金的强度、韧性越好；Co含量越低，合金的硬度越高、耐热性越好。Co含量较高的合金常用于有冲击振动的粗加工，Co含量较少的主要用于比较平稳的精加工。冷冲模用硬质合金一般是YG类。,3.2.8硬质合金,2.钨钛钴类硬质合金（YT）钨钛钴类硬质合金的主要组成是WC+TiC+Co。其牌号用“YT+数字”表示，其中数字表示碳化钛的含量，碳化钛含量越高，合金的硬度越高，耐热性越好；碳化钛含量越低，合金的强度、韧性越好。碳化钛含量少的用于粗加工，碳化钛含量高的用于精加工。3.通用硬质合金（YW）这类硬质合金用TaC和NbC取代了钨钛钴类合金中的部分TiC。普通硬质合金的特点是具有高的硬度、高的抗压强度和高的耐磨性，但脆性大，不能进行锻造和热处理；又因价格高，它主要用于制造大批量加工零件的模具。,3.2.8硬质合金,二、钢结硬质合金 它是一种新型的模具材料，是以高速钢或铬钢作为粘结剂，这类硬质合金具有良好的成型性，它具有普通硬质合金高的硬度、高的抗压强度和高的耐磨性，又具有钢的可加工性和热处理性。常用的牌号：以TiC为主的有GT35、GT33、R5、D1.T1、L、G、ST60（奥氏体不锈钢为粘结剂）等。以WC为主（WC的质量分数为50）的有GJW50、TLMW50、TMW50、TW50、T10W50、W50、GW50等。DT硬质合金中WC的质量分数为40，其特点是在保持足够的硬度、耐磨性的基础上，大幅提高了强度和韧性，在急冷急热的交变热冲击下有极好的抗热裂能力。,3.2.8硬质合金,1.DT合金的力学性能,从表中可以看出：抗压、抗弯强度高，抗拉强度低、韧性低。,3.2.8硬质合金,（1）锻造性能：DT合金的锻造性较差。锻造工艺为：700800预热，始锻温度11501200，终锻温度880，锻后缓冷，锻造时注意轻拍轻打，并控制变形量。（2）预备热处理：采用等温球化退火，其工艺为：加热温度860880，保温23h，等温温度760720，等温时间6h，炉冷至550再空冷。退火后的硬度332HBS，切削加工性差。（3）淬火工艺：DT合金经800850预热，常规淬火温度为10001020，淬火介质为油，或采用200300的等温淬火（30min），DT合金的淬透性好，淬火变形小。（4）回火工艺：DT合金经淬火后，可采用200600之间的温度回火。随着回火温度的升高，强度、硬度下降，韧性升高。回火后的硬度为62HRC。3.DT合金的应用范围：广泛用于大批量生产的冷作模具。,3.3冷作模具材料的选用,3.3.1冷作模具材料选用的原则 冷作模具种类很多，结构形状差异性大，工作条件和性能要求不一，失效形式的多样性，使模具材料的选用非常复杂，选材时必须全面分析，综合各种因素合理选用模具材料。选择冷作模具材料时，应遵循选用材料的基本原则，首先满足模具的使用性能，兼顾工艺性和经济性。在确定模具的使用性能时，应从模具结构，工作条件，工件的材质、形状及尺寸，加工精度，生产批量等方面加以综合考虑，并借鉴所在行业的成功经验。一般来说，对于形状复杂、尺寸精度要求较高的模具，应选用低变形的材料；对于承受负载大的模具应选用高强度的材料，承受强烈摩擦和磨损的模具，应选用高硬度、高耐磨的材料；对于承受冲击负载大的模具应选用高韧性的材料。,3.3冷作模具材料的选用,3.3.2冷冲裁模具材料的选用 冷冲裁模具主要用于各种板料的冲切成型，按其功能不同可分为剪裁、冲孔、落料、切边、整修和精冲等工序。1.冷冲裁模具的工作条件和失效形式 冲裁模具的工作部位是刃口。在侧向力的作用下，总裁模刃口受到很大的弯曲压力。其次，模具与板料之间总有一定的间隙，并且间隙分布不均匀，使得刃口部位在工作时总是承受强烈的冲击。同时，板料与刃口部位产生剧烈的摩擦，从而导致刃口磨损。冲裁模具的主要失效形式是磨损，刃口变钝。磨损达到一定程度，会使冲裁模具产生毛刺，需经磨削使刃口重新锋利。经多次磨刃后，凸模变短，凹模变薄，直至无法工作而失效。此外，还有可能因安装不当，冲裁时工艺执行不严，热处理不合理等造成崩刃和凸模折断等失效。,3.3冷作模具材料的选用,3.3.2冷冲裁模具材料的选用 冲裁模具材料的性能要求：是高的硬度、高的耐磨性、足够的抗压强度和抗弯强度、适当的韧性。对于薄板冲裁，以高耐磨、高精度要求为主；对于厚板冲裁，除需要模具材料有高的硬度外，还要求模具材料具有高的强韧性。凸模材料要求具有高的抗弯强度；凹模材料要求具有高的抗压强度；这是因为凸模易折断，凹模易开裂。,3.3冷作模具材料的选用,2.冷冲裁模具材料的选用 冷冲裁