《热作模具用钢》PPT课件.ppt

能力目标,能够根据热作模具的工作条件合理选用热作模具钢及制订热处理工艺.,知识目标,热作模具钢的性能要求及分类热作模具钢的热处理规范,重点,热作模具钢的分类;热作模具钢的热处理规范.,难点,热作模具钢的性能;热作模具钢的热处理规范.,4.1 热作模具钢性能要求,热作模具的工作条件复杂,应具以下基本特性:较高的高温强度和良好的韧性-冲击力大,开裂良好的耐磨性能-高硬度抗黏附,磨擦磨损高温氧化腐蚀高的热稳定性-400700,堆塌现象优良的耐热疲劳性-反复受热受冷,龟裂现象高淬透性-力学性能均匀良好的导热性良好的成形加工工艺性能,4.1.1 热作模具钢的使用性能要求,4.1 热作模具钢性能要求,热作模具的成分与合金调质钢相似,并含有合金元素:一般含碳量小于0.5%(个别钢种可达0.6-0.7%),保证足 够的韧性；Mo、W等元素的加入，可防止回火脆性Cr、W、Si、Ni元素的加入，可提高高温强度和热疲 劳抗力W、Mo、V元素的加入，可在回火时产生二次硬化，使高温下仍保持高硬度,4.1.2 热作模具钢的成分特点,4.1 热作模具钢性能要求,4.1.3 热作模具钢的分类,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),热锻模应具备的基本性能：,淬透性高冲击韧性好，热疲劳抗力高导热性好较高的抗回火稳定性及高温强度较好的抗氧化性能和加工工艺性能,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),1）5CrMnMo钢：,性能特点：性能与5CrNiMo相近，为节约镍而以锰代之。与5CrNiMo相比，淬透性、耐热疲劳性稍差。相当于美国钢VIG（ASM），日本钢SKT5（JIS）。应用场合：适用于制造受力较轻的中小型锻模。要求韧性较高时，可采用电渣重熔钢。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),热处理工艺：淬火+高温回火2次（P165）高温淬火、回火工艺：强韧性较好；等温淬火：减少开裂，提高模具寿命。,1）5CrMnMo钢：,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),2）5CrNiMo钢：,性能特点：具有十分良好的韧性、淬透性、强度和高耐磨性。室温力学与500600时几乎相同，但二次硬化效应微弱，所以热稳定性不高。相当于日本钢GFA（大同）、SKT4（JIS）、美国L6。应用场合：多用于制造大、中型锻模。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),2）5CrNiMo钢：,热处理工艺：淬火+回火（P169）高温淬火、回火工艺：强韧性较好；等温淬火：减少开裂，提高模具寿命。常采用渗锰表面热处理，进一步提高模具寿命（P170例4-4）,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),3）4CrMnSiMoV钢：,性能特点：强度、热稳定性、淬透性均高于5CrNiMo，冲击韧度与5CrNiMo接近，可用来代替5CrNiMo钢。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),3）4CrMnSiMoV钢：,热处理工艺：淬火+高温回火（P171）。应用场合：适于制造中、大型或特大型的锤锻模和压 力机锻模。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),4）45Cr2NiMoVSi钢：,性能特点：与5CrNiMo相比，有如下优点：淬透性明显提高；热稳定性比5CrNiMo高150；具有高的强韧性；抗热疲劳和热磨损性能较高；加工时较5CrNiMo钢切削略困难些。应用场合：适用于制造高强韧性大截面锤锻模，其模具寿命较目前应用的国内外锤锻模钢种均有明显提高。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),5）JCD钢：,性能特点：铸造热锻模具钢，吉林工业大学研制。该钢具有良好的综合性能，其抗冷热疲劳性、回火稳定性与热稳定性均优于5CrMnMo钢。应用场合：适用于热锻模具，不用改锻，材料利用率高。该钢在文献上介绍的化学成分太宽，影响推广。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.1 热锻模用钢(高韧性、低合金),6）CH95钢：,性能特点：具有良好热强性的热作模具钢，上海交通大学机械学院研制。该钢主要用于精锻模具。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),1）（4Cr5MoSiV）H11钢：,性能特点：空冷硬化的热作模具钢，在中温条件下具有很好的韧性，有较好的热强度、热疲劳性能和一定的耐磨性，热处理变形小，可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。相当于美国钢H11，日本钢SKD6（JIS）,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),1）（4Cr5MoSiV）H11钢：,热处理工艺：淬火+高温回火2次+渗氮（P173）。应用场合：常用于制造加工铝铸件用的压铸模、热挤压模，穿孔用的工具，芯棒、压力机锻模以及塑料模等，此外由于H11钢具有良好的中温强度，变被用于制造耐400500工作温度的飞机、火箭等结构件。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),2）（4Cr5MoSiV1）H13钢：,性能特点：引进美国钢种,空冷硬化热作模具钢，性能与H11类似，与H11相比具有较高的热强度和硬度。相当于美国钢H13，日本钢SKD61（JIS），日本大同DHA1，韩国STD61，奥地利W302，德国德威GSW-2344，瑞典8407。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),2）（4Cr5MoSiV1）H13钢：,热处理工艺：淬火+高温回火2次（P177）。硬度47-49HRC。可氮碳共渗，硬度900HV。应用场合：广泛用于制造热挤压模具、芯棒、锻模、锻造压 力机模具、精锻机用模具以及铝、铜及其合金的压铸模。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),3）（4Cr3Mo3SiV）H10钢：,性能特点：引进美国钢种,具有非常好的淬透性、很高的韧性，回火抗力及热稳定性高于H13，当回火温度超过260时，钢的硬度高于H13钢；冲击韧度及断裂韧度高于H21，可代替H21钢。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),热处理工艺：淬火+高温回火（P182）。硬度50-55HRC应用场合：可以制造热挤压模、热冲模、热锻模及塑压模等模具，主要用于铝合金压铸模。,3）（4Cr3Mo3SiV）H10钢：,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),4）（3Cr3Mo3W2V）HM1钢：,性能特点：新型热作模具钢。具有良好的冷热加工性能，较高的热强性、热疲劳性能、良好的耐磨性和耐回火性，并具有一定的耐冲击性，淬硬性较好，是综合性能优良的高强韧性热作模具钢。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),4）（3Cr3Mo3W2V）HM1钢：,热处理工艺：淬火+高温回火（P178）。应用场合：适合制造镦锻、压力机锻造、挤压等热作模具，模具使用寿命较高，是目前国内研制的工艺性好，使用面广，具有较广应用前景的新钢种之一。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),5）（3Cr3Mo3VNb）HM3钢：,性能特点：新型高强韧性热锻模具用钢。具有高的耐回火性、热强性，有明显的二次硬化效果。缺点为有脱碳倾向。模具寿命比H21、5CrNiMo及4Cr5W2VSi等模具提高210倍。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),热处理工艺：淬火+高温回火（P180）。应用场合：可有效克服模具因热磨损、热疲劳、热裂等引起的早期失效。应用于热锻成形凹模、连杆辊锻模、轴承套圈毛坯热挤压凹模、高强钢精锻模、小型机锻模、铝合金压铸模等模具上，有良好的效果。,5）（3Cr3Mo3VNb）HM3钢：,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),6）50Nb钢：,性能特点：热挤压模具钢，原华中理工大学等单位研制。它是同类型50Si(5Cr4W3Mo2VSi)的改进型，为突出Nb的作用而取名。50Nb钢具有高淬透性和热稳定性，比H21的性能更优良。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),6）（5Cr4W5Mo2V）RM2钢：,性能特点：热挤压模具钢，北京机电研究所第一汽车制造厂研制。该钢可代替H21钢，模具寿命可提高数倍。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),7）（HD2）HD钢：,性能特点：马氏体热作模具钢，华中理工大学研制。HD2是HD钢的改进型，在保持HD钢高强度条件下，进一步提高获得良好的室温与高温力学性能，并具有良好的热稳定性及工艺性能，适用于铜管热挤压的穿孔针。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),钢种特点：压铸模可分为锌合金压铸模、铝合金压铸模、铜合金压铸模。压铸模工作时受热比热锻模高（有色金属400-800，黑色金属1000以上）、高压力（20-120MPa）、反复加热和冷却，金属高速冲刷而产生磨损和腐蚀。因此，热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀是压铸模常见的失效形式。所以，压铸模的性能要求是：较高的耐热性和良好的高温力学性能，优良的耐热疲劳性，高的导热性，良好的抗氧化性和耐蚀性，高的淬透性等。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),1）（3Cr2W8V）H21钢：,性能特点：冶炼不当易造成脆裂报废，有脱碳倾向。回火抗力较强，是压铸模的典型钢种，在热挤压模方面的应用逐渐减少，但在压铸模方面的应用仍较多。相当于日本SKD5（JIS）,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.2 热挤压模用钢(高热强热、中合金),热处理工艺：淬火+高温回火（P184）。固熔超细化处理 等温淬火工艺应用场合：常用于制造铜合金和铝合金挤压模、压铸模等受冲击力不太大，而要求有高热强性的模具。,1）（3Cr2W8V）H21钢：,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),2）（3Cr2W8V）H13钢：,性能特点：具有良好的韧性、耐热疲劳抗力和抗氧化性，其模具使用寿命高于H21钢制压铸模，且这类钢的价格较H21钢便宜，因此在压铸模上的使用越来越多。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),3）（4Cr3Mo2MnVNbB）Y4钢：,性能特点：针对铜合金压铸模，结合我国矿产资源情况而设计出来的新型热压铸模钢。Y4在力学性能上，尤其是冷热疲劳及裂纹扩展速率方面明显优于H21钢。,4.2 热作模具钢及热处理规范,热处理工艺：淬火+高温回火2次（P187）。应用场合：是比较理想的铜合金压铸模材料，模具使用寿命有较大提高。另外，Y4钢在热挤压模、热锻模的应用方面也取得了明显成效。,3）（4Cr3Mo2MnVNbB）Y4钢：,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,4）Y10钢：,性能特点：铝合金压铸模具钢，上海材料研究所研制。Y10代表压铸模具用钢10号。与H21相比，该钢具有抗冷热疲劳性能好，热处理变形小，抗铝溶损性能好等优点。,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,5）HG761钢：,性能特点：热作模具用高温合金，上海钢铁研究所等单位研制。该合金在900时仍有高的强度和抗磨损能力，适用于钢铁压铸模、热挤压模。,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,6）WCG钢：,性能特点：无磁模具钢，上海钢铁研究所等单位研制，该钢无磁性，高强度、耐磨性好，适用于磁性元件的粉末压铸模具及其他无磁模具。,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,7）CG-2钢：,性能特点：热作、冷作兼用模具钢，上海钢铁研究所研制，贵阳钢厂试生产，该钢具有良好的强韧性、耐磨性和热疲劳抗力大等特点，可代替H21钢。CG-2钢还可以氮碳共渗处理，以强化其性能，提高模具寿命。常用于小型铜合金压铸模。,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,8）ER8钢：,性能特点：空冷硬化热作模具钢，上海材料研究所研制。该钢是在欧洲热销的QEO80模具钢基础上改良开发的新型钢种，具有良好的热强性、热硬性、耐磨性以及高的冲击韧度和抗冷热疲劳性，并具有高的抗热振性。常用于大型铜合金压铸模。,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),压铸不同金属对模具硬度要求,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.3 压铸模用钢(高热强热、中合金),压铸模材料的选用,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.4 热冲裁模用钢(高耐磨、低合金高碳),钢种特点：在热作模具中，热冲裁模的工作温度较低，因此，对材料的性能要求也相对放宽。几乎所有的热作模具钢均能满足热冲裁模的工作条件要求。所以在选材时，可着重考虑材料的经济性和生产管理上的方便。,4.2 热作模具钢及热处理规范,4.2.4 热冲裁模用钢(高耐磨、低合金高碳),性能特点：使用较多的钢种。具有较好的淬透性和一定的室温、高温强度，而且形成细小、均匀分布的碳化物。热处理工艺：淬火+回火（P188）。应用场合：通常用于制造热冲裁模、热顶锻模和热弯曲模等 模具。,1）8Cr3钢：,