化学成分和力学性能课件.ppt

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1、第5章 工模具用钢,5.1 概述5.1.1 分类工模具钢：用以制造各种加工工模具的钢种。刃具钢 模具钢 量具钢 碳素工具钢 合金工具钢 高速工具钢,按用途分类,按化学成分分类,5.1.2 性能要求,工作条件的共性：很大的局部压力和磨损。共同点：高硬度、高耐磨性和一定的韧性及强度。高硬度：保证工模具在应力作用下形状和尺寸的稳定；高耐磨性：保证工模具使用寿命的必要条件；一定的韧性：保证工模具在受到冲击、振动作用时，不因崩裂或折断而提前失效。既韧又耐磨，这是两个互相矛盾的基本性能，取决于马氏体的成分与硬度以及碳化物的性质、数量、形态及分布。特殊点：刃具钢：高的红硬性及一定的强度和韧性；冷模具钢：较高

2、的强度和一定的韧性；热模具钢：高韧性和耐热疲劳性；量具钢：高的尺寸稳定性。,红硬性：钢在高温下保持高硬度的能力。,5.1.3 成分特点,1、高碳：0.61.3%作用：获得高碳马氏体。马氏体的硬度和切断拉力随含碳量增加而提高。形成足够数量的碳化物，以保证高的耐磨性。2、主加合金元素：Cr，W，Mo，V，形成碳化物，保证高硬度和高耐磨性。3、辅加合金元素：Si，Mn，提高淬透性，减少热处理时的变形，提高回火稳定性。4、S，P均限制在0.020.03%以下，以改善工具钢的塑性变形能力，减轻热处理时淬裂的可能性。属优质钢和高级优质钢。,5.1.4 热处理特点,1、预先热处理：球化退火退火组织：F+细小

3、均匀的粒状K（粒状P）目的：降低硬度，便于切削加工，为淬火作组织准备。若有网状碳化物，则正火+球化。2、最终热处理：淬火+低温回火淬火加热温度：AC1+3050，保留部分未溶碳化物，以防止奥氏体晶粒长大，保持细小晶粒，保证一定的韧性和耐磨性。钢的硬度相同时，具有细小碳化物的组织，其耐磨性较高。淬火组织：M+A+未溶K。低温回火目的：消除有害应力的前提下，尽量保持高硬度。回火组织：回火M+A+K。,5.2 刃具钢,刃具钢：用来制造各种切削加工工具的钢种。5.2.1 工作条件和性能要求1、工作条件：主要承受压应力、弯曲应力，扭转应力，还会受到冲击、振动等作用，同时受工件及切屑的强烈摩擦作用。摩擦产

4、生的大量热量使刃具温度升高。切削速度越快，刃具温度越高。有时刀刃温度可达600。2、失效形式：磨损；崩刃；折断。3、性能要求：高硬度（HRC60），足够的耐磨性，高的红硬性，足够的塑、韧性和强度。4、用途：制造切削刃具，如车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等。,加工内螺纹 加工外螺纹,5.2.2 碳素工具钢,1、牌号、化学成分和及用途GB/T1298-86(2008)规定了其牌号、化学成分和力学性能。牌号：T+数字（A）数字：平均含碳量，以0.1%为单位。例：T7、T12。A：高级优质钢，WP 0.030%，WS 0.020%。随数字，含碳量，硬度和耐磨性，而韧性。,用途,T7、T8：承受冲击负荷的

5、工具；锤子、冲头等。T9T10：要求中等韧性的工具，钻头、小冲模等。T11T13：不承受冲击负荷的量具、锉刀等。,碳素工具钢的化学成分及机械性能,2、性能特点,优点：容易锻造及切削加工，价格便宜。缺点：红硬性差，当工作温度250时，硬度和耐磨性迅速下降；淬透性低，淬火临界直径10mm，不能用作大尺寸的刃具；淬火时，变形及开裂倾向大。3、热加工特点 碳工钢一般锻造性较好，锻压比一般要大于4，终锻温度Acm以下，800较适宜。热加工后应快速冷至600700后再缓冷，以避免析出粗大或网状碳化物。,4、热处理工艺,预先热处理：球化退火T7T9：加热至740750，保温24小时，冷至650680等温46

6、小时；T10T13：加热至750770，保温24小时，冷至680700等温46小时。球化退火后的组织：粒状珠光体。最终热处理：淬火+低温回火淬火温度：Ac1+3050，属于不完全淬火。淬火时过热会使晶粒长大，A中溶入过多的K，在冷却过程中极易沿晶界析出，引起强度及塑性剧烈，有害。淬火后的组织：M+A+未溶K回火温度：150270。硬度高，用下限，硬度低，用上限。时间一般12小时。回火后的组织：回火M+A+未溶K,碳素工具钢的淬火加热温度、回火温度及硬度,5.2.3 低合金刃具钢,1、牌号、化学成分及用途,低合金刃具钢的牌号、化学成分及退火态硬度(摘自GB/T1299-2000),低合金刃具钢的

7、特性及应用,成分特点,含碳0.751.5%；合金元素总量5%，在低合金范围，又称低合金工具钢；高碳：保证高硬度与高耐磨性；加入Cr，Si、Mn：提高淬透性，强化马氏体基体；铬、锰等可溶入渗碳体，形成合金渗碳体，有利于提高钢的耐磨性；加入W、V：提高回火稳定性和硬度，防止过热，细化晶粒。2、性能特点与碳素工具钢相比，淬透性较好，热处理变形和开裂倾向小；耐磨性和红硬性较高。但淬火温度较高些，脱碳倾向较大。3、热加工特点热加工原则：与碳素工具钢相同，锻压比一般要大于4，终锻温度在Acm以下，以800较适宜。热加工后应快速冷至600700后再缓冷，以避免析出粗大或网状碳化物。,4、热处理特点,原则也与

8、碳工钢相同，只是淬火温度比碳工钢高，范围较宽，时间稍长，一般采用油冷或熔盐冷却，回火温度也偏高一点。预先热处理：球化退火。目的：降低硬度，提高切削加工性能，改善锻造组织，为淬火作组织准备。最终热处理：淬火+低温回火。淬火温度：Ac1+3050。冷却方式：油冷或熔盐冷却。回火后的组织：回火M+A+未溶K。,合金工具钢的热处理参数,合金工具钢中最常用的钢种是9SiCr。9SiCr的Ac1=770780，Acm=910930，Ar1=730，Ms=170。适宜作形状复杂，变形小的刃具，特别是薄刃刀具，如板牙、丝锥、钻头等。9SiCr圆板牙刀刃的硬度要求为HRC6063。制造工艺路线：下料球化退火机加

9、工淬火+低温回火磨平面抛槽开口。淬火加热时要预热，冷却方式为分级淬火。,9SiCr钢的等温球化退火工艺曲线,9SiCr钢的淬火、回火工艺曲线,5.2.4 高速钢,1、牌号、化学成分及用途9SiCr：工作温度高于300，硬度降到HRC60以下在高速切削过程中，刃具的刃部温度可达600以上。高速钢在600时，仍能使硬度保持HRC60以上，从而保证其切削性能和耐磨性。高速钢刀具的切削速度比碳工钢和合工钢刀具增加13倍，而耐磨性增加714倍。,高速工具钢的牌号和化学成分（摘自GB/T9943-1988）,高速工具钢的特征和应用,成分特点：高碳且含有大量碳化物形成元素。碳的作用：保证M的含碳量，以及形成

10、足够数量的碳化物。淬火加热时，一部分碳化物溶入A，保证M的含量。另一部分未溶碳化物，可防止A晶粒长大，细化晶粒。正常淬火时基体含碳量要达到0.5%，既提高钢的淬透性，又可获得高碳马氏体。获得高碳M的目的：硬度，还可在回火时析出足够数量细小弥散的碳化物，以产生二次硬化效应，钢的红硬性。,高速钢中含碳量与合金元素相匹配时，性能最有利。定比碳规律：合金元素及碳含量满足合金碳化物分子式中定比关系时，二次硬化效应最好。按此规律，高速钢中碳含量应满足下式：C=0.033W+0.063Mo+0.060Cr+0.20V对现在使用量最广的W6Mo5Cr4V2来说，应共需碳1.153%，比该牌号的含碳量高，故发展

11、了高碳的CW6Mo5Cr4V2。碳量提高存在的问题：残余奥氏体量，需要多次回火才能消除；熔点降低，淬火温度上限必须；晶粒易粗化，韧性较低。所以CW6Mo5Cr4V2的含碳量还是较1.153%低。,合金元素的作用：W：造成高速钢红硬性。W在钢中能生成大量M6C型(Fe,W)6C碳化物。W18Cr4V钢淬火加热时，7-8%W溶入A，强化M基体，提高回火时M的稳定性，1112%的W留在碳化物中，防止A晶粒长大；高温回火时，大量析出W2C引起硬化，W2C不易聚集使高速钢有高的红硬性。V：与C的亲和力比W大，V溶于M6C型碳化物中，淬火加热时随碳化物熔入A中。在高温回火时，析出细小的V4C3质点，其弥散

12、度比W2C还高，且不易聚集长大，对M产生弥散硬化作用，提高红硬性。V还有细化晶粒的作用。,Cr：淬火加热时，全部溶入奥氏体，提高钢的淬透性和基体中的碳含量，提高淬硬性，含量4%最好，若大于此值，则会使残余奥氏体量增多，稳定性增加，需增加回火次数来消除残余奥氏体。Mo：1.0%Mo代替1.62.0%W时，钢的组织与性能很相似，造成高速钢红硬性。但有其特点：含Mo碳化物比含W碳化物细小，分布较均匀；Mo在奥氏体中的溶解量较多，提高马氏体的合金化程度；含Mo高速钢的塑性良好，韧性也较高；适宜的淬火温度低6070，劳动条件改善，设备寿命长；比重轻，价格便易。,2、铸态组织：,高速钢的含碳量不算太高，但

13、合金元素含量很高，使E点严重左移。铸造后，钢中出现鱼骨状的菜氏体组织，属菜氏体钢。平衡组织：莱氏体+珠光体+碳化物实际铸态组织：鱼骨状莱氏体+黑色共析体+白亮的M及A。,3、热加工,热加工的必要性：铸态组织中，碳化物含量多达18%27%，且分布极不均匀。钢厂供应的高速钢钢材，虽经开坯轧制破碎了粗大的莱氏体，但其碳化物分布仍然不佳，往往呈严重带状、网状、大颗粒、大块堆集等，仍然需要经过反复镦粗和拔长，以改善碳化物分布的均匀性。总锻造比一般为10。,钨系高速钢：始锻温度：11401180，终锻温度：900950；钼系及钨钼系高速钢：始锻温度：1000左右，终锻温度为850870。,4、热处理,预先

14、热处理：球化退火。目的：降低硬度，便于切削；为淬火作组织准备；工艺：缓冷球化及等温球化。退火组织：S+球状碳化物。硬度HB207255。最终热处理：淬火+三次高温回火(560)。淬火加热特点：需2次预热(导热性差，并且淬火温度相当高，淬火加热时容易脱碳、变形开裂，)；加热温度相当高(12001280)，为了使碳及合金元素充分溶入奥氏体，还有大量难以溶解的碳化物，能阻碍晶粒的长大，可以保持细小的晶粒。淬火冷却方式：分级淬火。淬火组织：6065%隐晶M+2530%A+10%K三次回火目的：消除大量A；析出大量弥散碳化物W2C和Mo2C产生“二次硬化”；回火组织：回火M6065%+A 5%+K202

15、5%。,锻后须球化退火，返修工件二次淬火前也须球化退火。W18Cr4V的Ac1=820840。缓冷球化法：在保温后以15-20/h的速度，冷至500550后，出炉空冷；等温球化法：等温球化法可缩短退火时间。,W18Cr4V球化退火组织,退火组织中碳化物类型有：M6C型(Fe,W)6C、M23C6型(Cr23C6)、MC型(VC)及M7C3型(Cr7C3)。,Cr23C6于9001100可完全溶解；M6C型(Fe,W)6C则在高于1160时才有较大的溶解度；VC在1000以上开始溶解。正常淬火后剩余碳化物只有M6C和VC。,W18Cr4V钢的热处理工艺曲线,高速钢淬透性极好，空冷即可得到M。常用

16、淬火冷却方式有：空冷：35mm的小工件。油控冷：直径30mm的工件可采用油冷，但不能在油中直接冷至室温，而是要冷到工件出油时，附在工件表面的油能冒烟着火为宜，此时工件在200以上。分级淬火：形状较复杂的工件可采用580620的中性盐浴冷却，此种冷却方式应用较广。二次分级：直径40mm或形状更复杂些的工件，580620的中性盐浴保温一段时间后，再转入350400硝盐中冷却，缓冷至150应及时回火。等温淬火：有内孔工件或尺寸60mm以上的工件，于260280等温处理，得到下B，以提高钢的强度和韧性。冷处理：-7080，可减少A 量，减少回火次数。冷处理应在淬火后立即进行，淬火后的停留时间不能超过6

17、0分钟。,高速钢的淬火组织：6065%M+2530%A+10%K,高速钢的回火组织：6065%的回火M+5%A+2025%K,高速钢的热处理参数,高速钢的热处理缺陷：欠热：淬火温度过低，A晶粒很细小，碳化物溶解量少，A的含碳量及合金元素含量低，淬火及回火后红硬性和耐磨性。过热：由于淬火温度过高等原因，造成A晶粒过大，剩余碳化物数量减少，碳化物出现粘连、拖尾、角状或沿晶界成网状分布，将使钢的强度、韧性。过烧：晶界首先熔化，出现共晶莱氏体和黑色共析体组织，是不可挽救的缺陷。生产中以淬火态A晶粒度判断淬火温度是否合适。获得9.510.5级晶粒度的温度合适，晶粒度级别高，则淬火温度偏低，晶粒度级别低，

18、则淬火温度偏高。,5、系列演变：最早钨系高速钢（如W18Cr4V），红硬性很高，但脆性较大，易崩刃。发展了钼系高速钢（如W2Mo9Cr4V2），脱碳及晶粒长大倾向较大。钨-钼系高速钢（如W6Mo5Cr4V2），综合钨系及钼系高速钢的优点，是现在使用最广泛的高速钢。特殊用途的高速钢有：高钒高速钢：为提高耐磨性需要而发展的，如W6Mo5Cr4V3。高钴高速钢：为进一步提高红硬性而发展，如W18Cr4V2Co。高碳高速钢：为进一步提高红硬性而发展，如CW6Mo5Cr4V2，CW6Mo5Cr4V3。加铝超硬高速钢：为了适应加工难切削材料而发展，如W6Mo5Cr4V2Al。高速钢在淬火后还可进行表面处理

19、。如：软氮化、氮碳共渗、氧氮共渗及多种复合处理等。,6、应用范围,从刃具扩展到了模具。近年来轧辊、高温弹簧、高温轴承和以高温强度、耐磨性能为主要求的零件，都是高速钢可以发挥作用的领域。,5.3 模具钢,模具是机械制造、冶金、电机电器制造及无线电、电工仪表等行业中，制造零件的主要加工工具。模具钢就是用来制造这类加工工具的钢种。根据模具的使用性质，可将模具钢分为两大类：冷模具钢：是指使金属在冷状态下变形的模具用钢，其工作温度一般小于250。热模具钢：是指使金属在加热状态或液态下成形的模具用钢，其模腔表面温度高于600。,5.3.1 冷作模具钢,冷变形模具包括拉丝模、压弯模、冲裁模（落料、冲孔、修边

20、模、冲头、剪刀模等）、冷镦模和冷挤压模等。1、工作条件及性能要求工作条件：由于被加工材料的变形抗力较大，模具工作部分，特别是刃口受到强烈的摩擦和挤压，工作过程中还受到冲击力的作用。失效形式：正常为磨损，也有断裂，崩刃及变形超差。性能要求：高硬度、强度及耐磨性，较好的淬透性和韧性。与刃具钢相比，冷模具钢在淬透性、耐磨性及韧性等方面的要求较高，而在红硬性方面的要求较低或基本没有要求。,2、常用钢种,碳素工具钢：例如T8、T10、T12；用于制作小尺寸，形状简单，载荷较轻的模具。其特点是加工性好，价格便宜，但淬透性低，耐磨性差，淬火变形大。低合金工具钢：例如9Mn2V,CrWMn，9CrWMn等；用

21、于制作尺寸较大，形状复杂，载荷轻的模具。其特点是淬透性较好，淬火变形小，较好的耐磨性。Cr12型模具钢：例如Cr12，Cr12MoV，Cr12Mo1V1，用于制作尺寸大、形状复杂、重载的模具。其特点是淬火变形小，淬透性好，耐磨性高。耐冲击工具钢：例如4CrW2Si，5CrW2Si，6CrW2Si，用于制作刃口单薄，受冲击负荷的切边模，冲载模等，其特点是冲击韧性高。,冷模具钢的牌号和化学成分(摘自GB/T1299-2000),3、Cr12型模具钢的成分、热加工及热处理特点,（1）成分及组织特点成分特点：高碳高铬。目的：为了获得高碳马氏体和足够数量的碳化物，并能在淬火及高温后，产生二次硬化作用，以

22、使钢具有高的硬度和高的耐磨性。Cr12含碳2.002.30%，是含碳量最高的钢，Cr12MoV和Cr12Mo1V1含碳量都在1.40%以上。平均含Cr量都在12%左右，属于高合金钢。Mo、V，进一步钢的回火稳定性，增加淬透性，还能细化组织，改善韧性。组织特点：与高速钢相似，也属于莱氏体钢。铸态组织中有网状共晶莱氏体组织，存在大量的共晶碳化物，主要为(Cr,Fe)7C3型，且分布不均匀。,（2）热加工Cr12型冷模具钢在机加工成型前，要经过两次或三次以上的镦粗和拔长，以破碎共晶碳化物，使碳化物尽量分布均匀。Cr12钢：锻坯加热温度为10501100，始锻温度10501080，终锻温度为86088

23、0；Cr12MoV钢：锻坯加热温度为11001150，始锻温度10801100，终锻温度为860880。最后形成的锻坯，要求碳化物排列方向垂直于工件的工作面，锻后应缓冷。,（3）热处理,Cr12MoV钢制造冲孔落料模工艺路线：锻造退火机加工淬火+回火精磨或电火花加工成品退火：球化退火。850870，保温34小时，炉冷至720740，等温68小时后，炉冷至500出炉空冷。退火后组织：S+粒状碳化物，硬度207269HB。淬火+回火：有两种方法。具有很高的淬透性，空冷即可淬硬，但生产中一般采用油控冷淬火，即在油中冷至180200后出油空冷。回火温度对油淬Cr12MoV钢硬度的影响，有明显的二次硬化

24、效应，而且淬火温度愈高，这种效应愈显著。热处理后的组织：回火M+A+K,回火温度对油淬Cr12MoV钢硬度的影响,一次硬化法 较低温度淬火+低温回火。选用较低的淬火温度，晶粒较细，钢的强度和韧性较好，热处理变形较小。淬火加热温度：9801050，260硝盐分级淬火或采用油控冷淬火。回火温度：200左右。二次硬化法 较高温度淬火+多次高温回火。此工艺方法使钢有较高的红硬性和耐磨性，但强度和韧性下降，工艺上也较复杂，适用于工作温度较高(400500)，且受荷不大或淬火后表面需要氮化的模具。淬火加热温度：10801120。回火：500520回火23次后，硬度为HRC6061。,Cr12型冷变形模具钢

25、具有的特点：高的耐磨性 主要由于存在大量的碳化物；高的淬透性 经9001000淬火加热后，固溶体中含有45%的Cr，过冷奥氏体稳定性很高，直径大于200300mm的工模具可以完全淬透。淬火时可得到最小的体积变形 随着淬火温度升高，体积变化减小，至某一淬火温度后，尺寸变化可以接近于零，原因是残余奥氏体量增多。最终残余奥氏体的量，可以通过适当的回火处理来调整，以获得微变形。经二次硬化处理有较高的红硬性和耐磨性。碳化物不均匀性比较严重，尤其是含碳最高的Cr12钢更甚，通常需要通过改锻来降低碳化物不均匀性的级别。Cr12Mo1V1是该类型模具钢中的新牌号钢，因其Mo和V含量较高，含碳量较低，是该类型钢

26、中强韧性最好的钢。,4、其它冷模具钢,（1）高碳中铬钢典型钢号：Cr5Mo1V和Cr4W2MoV；成分特点：含Cr及含C量都较Cr12型模具钢低；组织及性能特点：碳化物不均匀性级别较低，韧性较好，综合力学性能好，代替Cr12型钢作冷冲、冷挤模具等有较好效果。Cr4W2MoV中加入W，进一步提高了回火稳定性。Accm=795，Ar1=760，锻造加热温度：1100，始锻温度：1050，终锻温度：高于880，锻后缓冷；球化退火：860900加热，保温3小时，炉冷至760等温46小时，炉冷至500出炉空冷。一次硬化法：960980加热淬火，回火温度：260320，2次，每次12小时。二次硬化法：淬火

27、加热温度：10201040，回火温度：500540，3次，每次12小时。,（2）低碳高速钢高速钢做冷模具，不再利用其红硬性，而是要利用它的高淬透性和高耐磨性，但其韧性较低。低碳高速钢，如6W6Mo5Cr4V，既了钢的韧性，又保持了高速钢的高硬度和高耐磨性，常用作黑色金属的冷挤压模。6W6Mo5Cr4V始锻温度：10501100，终锻温度：850900；球化退火工艺：与高速钢相同，退火硬度HB229；淬火加热温度：11801200，回火温度：560580，3次，每次11.5小时。,（3）基体钢基体钢：成分与高速钢淬火组织中基体的化学成分相同的钢种。该钢种既具有高速钢的高强度，高硬度，又因不含大量

28、碳化物而使韧性和疲劳强度优于高速钢。典型钢号：6Cr4W3Mo2VNb。在W6Mo5Cr4V2高速钢淬火基体的成分基础上适当提高碳量，并用少量Nb合金化的钢种。Nb的作用：细化晶粒，钢的韧性和工艺性能。热加工：易锻造，锻造加热温度：11201150，始锻温度：1100，终锻温度：850900，锻后缓冷；球化退火：加热温度：86010，保温23小时，74010等温56小时。淬火加热温度：10801180。回火温度：520580，2次。可以进行气体软氮化等以表面的耐磨性。,冷模具钢的热处理参数,5、耐冲击工具钢,冷模具常用钢种（Cr12型模具钢、高碳中铬钢、低碳高速钢及基体钢）使用性能要求：均以高

29、耐磨性为主，均采用了过共析钢乃至莱氏体钢。而对冷冲裁模、切边模等，其刃口单薄，使用时又受冲击负荷作用，则应以要求有高的冲击韧性。因此采用了中碳成分的铬钨硅钢，如4CrW2Si、5CrW2Si及6CrW2Si钢。GB/T 1299-2000增加了不含钨，而以钼、钒代钨的两个新钢种6CrMnSi2Mo1V、5Cr3Mn1SiMo1V，这两个新钢种的韧性较铬钨硅钢更高。,耐冲击工具钢的牌号和化学成分(摘自GB/T1299-2000),耐冲击工具钢的特性及应用,耐冲击工具钢的热处理参数,5.3.2 热作模具钢,1、工作条件及性能要求：工作条件：模腔表层金属受热，且有热疲劳和强烈的磨损。锤锻模工作时的温

30、度约有400450，热挤压模模腔表面温度约500800，压铸模模腔表面温度约1000。共同的性能要求：高温硬度、高温强度较高，较高的耐磨性、导热性，高的热疲劳抗力，较高的淬透性和尺寸稳定性。因此要求钢的导热性高，临界点（Ac1等）高，热疲劳倾向小。热模具钢的含碳量在0.3-0.6%范围。,2、各种热加工模具的常用钢种,锤锻模用钢对塑性变形抗力及韧性要求高；截面尺寸大，淬透性要高。成分和性能要求都与调质钢很接近，但强度、硬度要求更高些。常用钢种：5CrNiMo、5CrMnMo等。热挤压模在工作过程中加载速度较慢，模腔受热温度较高，热挤压模用钢以高温强度、高热疲劳性能为主，对冲击韧性及淬透性的要求

31、可适当降低。常用钢种：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1等压铸模压铸模的工作条件及性能要求与热挤压模相近，主要要求高的回火稳定性与高的热疲劳抗力。压铸铝、镁合金（熔点580740）4Cr5MoSiV。压铸铜合金（熔点850920）：3Cr2W8V。压铸黑色金属(熔点13451520)：钼基合金和镍基合金。,热模具钢的牌号及化学成分(摘自GB/T1299-2000),热模具钢的特性和应用,3、常用钢种的成分、热加工及热处理工艺特点,（1）5CrNiMo和5CrMnMo成分特点中碳(0.300.60%)C，保证较高的韧性和热疲劳抗力；碳含量过高，韧性好导热性；碳含量过低，强度

32、、硬度、耐磨性难保证。加入Cr、Ni、Mn，淬透性；Ni显著提高强度和韧性；Mn代Ni时，钢的强度不降，但塑、韧性有所。加入Mo，保证较高的热强性，回火稳定性，减小回火脆性，细化晶粒。,5CrNiMo和5CrMnMo的热加工,要经过各向锻造，并交替进行镦粗和拔长2-3次，使组织、性能均匀。锻造加热温度：1150-1180，终锻温度：850-880，锻后应缓冷；大件应进行防白点的等温处理（600炉内等温，再冷至150-200后空冷）。,5CrNiMo和5CrMnMo的热处理,预先热处理：完全退火。工艺：加热温度：780-820，保温时间4-6h，炉冷至500后空冷。组织：细片状P+F。最终热处理

33、：淬火+高温回火。淬火加热温度：820-860。加热时模面和模尾的保护：在专用铁盘上铺一层旧渗碳剂等保护剂，锻模以模面向下放入，再用耐火泥密封。淬火冷却介质：锭子油或机油。冷却过程中须使油循环冷却，油温不得超过70，油中冷却至150200取出，立即回火，不允许冷至室温。淬火组织：M。回火温度：锻模类型不同，锻模模面和尾部硬度要求不同，回火温度不同。回火冷却方式：应油冷，以避免回火脆性。回火组织：回火S。,热锻模的回火温度,实例,扳手热锻模，要求硬度(351387)HBS，b(12001400)MPa，Ak(3235)J，生产工艺路线：锻造退火粗加工成型加工淬火+高温回火精加工（修型、抛光）退火

34、：加热温度为780-820，保温时间4-6h，炉冷至500后空冷。退火组织：细片状珠光体+铁素体。,扳手热锻模（下模）示意图,5CrMnMo淬火回火工艺,500预热：降低热应力；820-860：淬火750780预冷：防止模具淬火开裂。150200油控冷立即回火：避免开裂。500540回火：消除应力，获得所需组织(回火S或T)。回火后油冷：避免回火脆性。,5CrMnMo淬火回火工艺,（2）3Cr2W8V成分特点含C量：0.300.40%。虽低，但合金元素含量高，使共析点严重左移，已属过共析钢。Cr：钢的淬透性，使模具具有较好的抗氧化性和抗蚀性；W：热稳定性和耐磨性；V：细化晶粒，改善耐磨性。该钢

35、的高温硬度和硬度较其它热模具钢高。热加工始锻温度：1080112，终锻温度：850900，锻后空冷至700后缓冷（砂或炉冷）。,3Cr2W8V的热处理,预先热处理：球化退火工艺：830850保温34小时，以40/h的速度炉冷至400，出炉空冷。硬度为HB207255。组织：F基体+粒状K（M2C，M23C6型）。最终热处理：淬火+2次560回火淬火加热：800850预热，加热温度范围：10801150，压铸模用上限，锤锻模用下限。淬火介质：油或硝盐分级淬火。淬火后组织：M+K+A。回火：560，2次，回火后用油冷，再于160200补充回火一次。回火后组织：回火M+K+A。,（3）4Cr5MoS

36、iV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2SiV,成分特点含Cr：约5%，并加入Mo、W、V、Si。Cr、Mo：淬透性。尺寸很大的模具淬火时可以空冷。Mo：热强性、回火稳定性，避免回火脆性。Cr、Si：钢的抗氧化性和钢的临界点，有利于提高其抗热疲劳性能。V、W：钢的二次硬化效果，热稳定性。热处理淬火+2次高温回火。力学性能具有很高的强度和韧性，可作为超高强度结构钢使用，牌号则表示为40Cr5MoSiV、40Cr5MoSiV1、40Cr5W2SiV。,部分热模具钢的力学性能,5.3.3 塑料模具用钢：,1、工作条件及性能要求工作条件：承受的温度约150200，并周期性地承受压力，在压制部分含氯、氟

37、的塑料时，将受到有害气体的侵蚀作用。性能要求：表面光洁度要求很高，要呈镜面，因此模具用钢的冶金质量要求高；表面要耐磨抗蚀，有一定的表面硬化层；有足够的强度和韧性，承受负荷时不变形或破损；热处理时变形要小，以保证互换性和配合精度。,2、常用钢种,（1）中、小型且不很复杂的模具：T7、T10、9Mn2V、CrWMn等。（2）大型塑料模具：4Cr5MoSiV。在要求高耐磨性时可以采用Cr12MoV钢。（3）复杂、精密的模具：18CrMnTi、12CrNi3A和12Cr2Ni4A等。（4）压制会析出有害气体并与钢起强烈反应的材料时：马氏体不锈钢2Cr13或3Cr13。（5）预硬化型塑料模具专用钢：3C

38、r2Mo、3Cr2MnNiMo。,3Cr2Mo、3Cr2MnNiMo,GB/T 12992000列入的两个塑料模具专用钢。化学成分：特性及应用：这种钢经预硬化处理后，直接加工成型使用，避免加工后再热处理造成的变形、开裂、脱碳等缺陷，可大大提高制模的精度，并缩短制模周期。热处理参数：退火：760790炉冷；淬火：810870油冷；回火：150260。,塑料模具钢的化学成分(摘自GB/T1299-2000),塑料模具钢的特性和应用,5.4 量具钢,量具是用来计量工件尺寸的工具，如卡尺、千分尺、块规、塞规、样板等。因而要求量具具有精确而稳定的尺寸。5.4.1 工作条件及性能要求量具在使用过程中经常受

39、到工件的摩擦与碰撞，量具用钢则须具备如下性能要求：（1）高硬度和高耐磨性 使用时不能因磨损而发生尺寸的改变，量具表面硬度一般为HRC5864；（2）尺寸要稳定 在存放和使用过程中，热处理后因自然时效而发生的尺寸变化要小；（3）高的表面光洁度 钢的冶金质量要高。此外，还要求量具用钢的热膨胀系数要适当，具有一定的淬透性，淬火时变形要小，有时还要求有耐腐蚀性。,5.4.2 常用钢种,量具用钢可以分为以下几类：1、碳素工具钢：适用于制作尺寸小，形状简单，精度较低的卡尺、样板等量具。2、低合金工具钢及轴承钢：适用于制作精度要求高，尺寸要求稳定的量具，如块规、螺纹塞头、千分尺螺杆等3、氮化用钢：38CrM

40、oAl调质之后进行精加工，氮化后只需进行研磨，可用于制造尺寸稳定性很好，耐磨性高，在潮湿空气中可以防腐蚀的形状复杂的量具。4、不锈钢：为了使量具具有抗腐蚀能力，可使用不锈钢9Cr18。5、Cr12型工具钢：适用于制作形状复杂、尺寸大、使用频繁的量具或块规等基准量具。6、低碳钢（15、20、20Cr）渗碳和中碳钢（55，65）高频表面淬火，多用于易受冲击的量具。,5.4.3 热处理,工具钢制作量具时：淬火时加热温度宜取下限，以减少时效因素。淬火冷却一般采用油冷，淬火后要进行冷处理，以尽量减少残余奥氏体量。冷处理在淬火后的1520分钟内就应进行，温度-70-80即可满足要求。对精度要求特别高的量具，在淬火、回火后，还应在120130温度下进行时效处理，时效时间根据量具的精度要求而定，可在几小时至几十小时之间选择。,CrWMn块规热处理工艺,技术条件：硬度(6265)HRC，淬火不直度0.05mm，长期使用时应保持高稳定性。生产工艺路线：锻造球化退火机加工淬火冷处理回火粗磨低温人工时效精磨低温去应力回火研磨,球化退火：780800加热，690710等温。冷处理：极大程度减少残余A。低温回火：消除淬火、冷处理应力，硬度降到规定值。时效：松弛残余应力，防止M分解引起的尺寸收缩效应。,CrWMn钢块规退火后热处理工艺,热模具钢的热处理参数,