模具钢介绍及选材.ppt
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1、常用模具钢介绍及选材市场部汪晶,目 录,1 选材的原则2 冷作模具材料及性能要求3 选材的实例4 塑料模具钢材料性能及选用5 国外常用优质模具钢简介 6 错误选材实例与热处理宜与忌,满足模具的使用性能要求 1)承受大负荷的重载模具,应选用高强度材料;承受强烈摩擦和磨损的模具,应选用硬度高、耐磨性好的材料;承受冲击负荷大的模具,应选用韧性高的材料。2)形状复杂、尺寸精度要求高的模具,应选用微变形材料。3)结构复杂、尺寸较大的模具,宜采用淬透性好、变形小的高合金材料;或制成镶拼结构。4)对于小批量生产或新产品试制,可选用一般材料如碳素钢;当生产批量大或自动化程度高时,宜选用高合金钢或钢结硬质合金等
2、材料。考虑模具材料的工艺性能 优良的锻造性能与切削加工性能,较好的淬透性,较小的氧化脱碳和淬火变形、开裂倾向。经济性,1 选材的原则,1、分类:碳素工具钢、油淬冷作模具钢、空淬冷作模具钢、高碳高铬冷作模具钢、基体钢和低碳高速钢、高耐磨高强韧冷作模具钢以及其他冷作模具钢。2、受力情况:拉伸、压缩、弯曲、冲击、摩擦等。3、失效形式:断裂、变形、磨损、粘合、啃伤、软化等。,2、冷作模具材料及性能要求,2、冷作模具材料及性能要求,4、性能要求:抗变形、抗磨损、抗断裂、耐疲劳、抗软化及抗粘合,具体如下:硬度和耐磨性 硬度和耐磨性是冷作模具材料的最基本性能之一,模具的硬度应高出工件硬度3050,一般为58
3、64HRC,以保证模具在工作过程中抗压、耐磨、不变形、抗粘合。强度和韧性 模具材料应具有足够的强度和韧性,以防止模具在冲击负荷下发生脆性断裂。热硬性 以保证模具在高速冲压或重负荷冲压工序中不因温度升高而软化。抗疲劳性能 防止模具在交变载荷作用下发生疲劳破坏。,2、冷作模具材料及性能要求,5、工艺性能:可切削加工性 应具有较好的可切削加工性能;球化退火改善冷作模具材料的可切削加工性能;选用含S、Ca等元素的易切削模具材料。可锻性 锻造可以改善材料的内部组织,提高其强度和韧性。淬透性与淬硬性 应具有良好的淬透性与淬硬性,以保证冷作模具能在较缓和的冷却介质中淬火硬化;淬火后易获得高而均匀的硬度(58
4、4HRC),并获得较深的淬硬层。淬火变形小 对淬火温度及模具的尖角等因素不敏感,淬火的开裂倾向小。,6、冷作模具常用钢材 碳素工具钢 优点:便宜、易于锻造成形,切削加工性能也比较好。缺点:淬透性差,变形开裂倾向大,耐磨性和热强性 较低。,2、冷作模具材料及性能要求/碳素工具钢,2、冷作模具材料及性能要求/碳素工具钢,碳素工具钢 常用碳素工具钢的牌号 T7A、T8A、T10A、T12A等 力学性能:含碳量的影响钢的硬度 主要由含碳量和组织决定,含碳量越高,则硬度越高,耐磨性越好。淬火温度的影响 适当提高淬火温度可增加硬化层厚度,从而提高模具的承载能力,但过高的淬火温度又会使强韧性下降。回火温度的
5、影响 碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降,在150300C回火后,抗弯强度及冲击韧度随回火温度的升高而明显增高,因此应根据不同钢号选择最佳回火温度。,工艺性能:锻造性能 碳素工具钢的热变形抗力低,锻造温度范围宽,锻造工艺性好。退火和正火 经锻造后的碳素工具钢模具毛坯需进行退火处理,使其具有良好的工艺性能,为切削加工和淬火做好组织准备。,2、冷作模具材料及性能要求/碳素工具钢,2、冷作模具材料及性能要求/碳素工具钢,表2 碳素工具钢的淬火、回火工艺,油淬冷作模具钢:在碳素工具钢的基础上加入适量的Cr、Mo、W、V、Si、Mn等合金元素。目的:以提高钢的淬透性、力学性能和回火稳定性。特点:具有
6、高的硬度、中等的淬透性,其中CrWMn钢的淬透性优于9Mn2V等钢,而9Mn2V钢能在较低的温度下淬硬,其淬火变形会稍小一些。常用的油淬冷作模具钢:CrWMn、9CrWMn、9Mn2V、MnCrWV钢等。,2、冷作模具材料及性能要求/油淬冷作模具钢,1.CrWMn钢力学性能:具有较高的硬度和耐磨性、较好的韧性并能减小过热敏感性、淬火变形较小。工艺性能:锻造工艺 始锻温度1100一1140,终锻温度800850。锻后要空冷到650700再转入热灰中缓冷。退火工艺 CrWMn钢锻后均需等温球化退火,退火加热温度790830,等温温度700720,退火后的组织比较均匀,退火硬度约为255207HBS
7、。淬火工艺 淬火加热温度820840,油淬硬度为6365HRC,直径拳4050mm的钢件油中可以淬透。CrWMn钢经860加热、280等温淬火后,强韧性明显提高。回火工艺 回火温度200,回火硬度6062HRC。应用范围:轻载冲裁模具、轻载拉深模具和弯曲翻边模具。,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,2.9Mn2V钢特点:9Mn2V钢是利用我国丰富的锰、钒资源研制出来的不含铬的冷作模具钢;锰的质量分数高达1.70一2.00;钢的淬透性好。力学性能:9Mn2V钢的碳化物量比CrWMn钢少,颗粒较大,耐磨性不及CrWMn钢,但仍比T10钢的耐磨性高67倍。锰使钢的Ms点下降,淬火后残留奥氏体
8、较多,尤甚于CrWMn钢,因此淬火变形比CrWMn钢还小,但其尺寸稳定性不及CrWMn钢。9Mn2V钢的淬透性接近9SiCr钢,低于CrWMn钢;缺点:回火稳定性较差,几乎与碳素工具钢相近。,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,9Mn2V钢工艺性能:锻造工艺 始锻温度11301160,终锻温度800,空冷到 650700,再缓冷。退火工艺 加热温度750770,保温35h,等温温度680700,保温46h。淬火工艺 淬火温度780820,油冷,硬度62HRC以上,热处理变形较小。回火工艺 回火温度150200,空冷,硬度6062HRC,回火温度在200300,有回火脆性及显著的体积膨胀,
9、应设法预防。应用:适于制造一般要求的尺寸较小的冷冲模、冷压模、雕刻模、落料模等。,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,3.9SiCr钢 9SiCr钢是一种专用刃具钢,也可用来制造机床附件和冷作模具,如打印模、滚齿模、搓丝板、冷冲模等,目前正逐步应用到载荷较大的模具,部分取代Crl2钢。,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,9SiCr钢力学性能:在室温至900的力学性能见下表。,9SiCr钢工艺性能:锻造工艺 始锻温度10501100,终锻温度850800,锻后缓冷;退火工艺 加热温度780810,保温24h;等温温度680720,保温46h
10、;淬火工艺 淬火温度860880,油冷,硬度6265HRC,可采用分级或等温淬火;回火工艺 回火温度180200,硬度6062HRC,在250回火脆性,应避免在此温度范围回火。9SiCr钢应用范围:适于制造冷冲模和打印模等。如用9SiCr钢制造的螺栓十字槽冲模,经900,260280等温30min,则硬度为5759HRC,强韧性好,使用寿命比经常规处理的冲模提高3倍。,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,4.6CrNiSiMnMoV(GD)钢特点:GD钢是一种碳化物偏析小而淬透性高的高强韧钢。成分:GD钢的合金总量在4(质量分数)左右,在CrWMn钢的基础上,适当降低含碳量,以减少碳化物
11、偏析,同时添加Ni、Si、M。力学性能 强韧性高:强韧性指标接近基体钢,有些韧性指标超过基体钢;GD钢的冲击韧度、小能量多冲抗力、断裂韧度、抗压屈服点等均优于CrWMn钢和Cr12MoV钢。工艺性能 锻造工艺 GD钢的碳化物偏析小,下料后可直接使用。若需改锻,锻造性能好,GD钢锻造温度区间宽,可以一次成形,成材率可达80以上。其加热温度10801120,始锻温度10401060,终锻温度850。,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,4.6CrNiSiMnMoV(GD)钢 退火工艺 加热到760780,保温2h,然后以30/h的速度冷到680,再保温6h,炉冷到550出炉空冷。淬火及回火
12、淬火温度870930,以900最佳,盐浴炉加热,加热系数为45s/mm,可油淬、空冷或风冷。回火温度为175230,回火硬度为5862HRC。应用范围:可代替CrWMn、Crl2型、GCr15、6CrW2Si、9SiCr、9Mn2V等钢制作各种类型的易崩刃、易断裂的冷作模具,如冷挤模、冷弯模、冷镦模、精密塑料模、温热挤压模等,另外,应用于火焰淬火模具也已取得了可喜的进展。,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,5.Cr5MolV钢 特点:具有较好的淬透性、较高的耐磨性和较小的热处理变形。力学性能 Cr5Molv钢的含铬量中等,共晶碳化物少,碳化物分布均匀,耐磨性好,热处理变形小,淬透性好。
13、在较低的淬火温度获得较高的硬度。工艺性能 在950空淬:50mm152mm254mm的工件淬硬到6265HRC。Cr5MolV钢的退火加热温度为840860,等温温度为740760,退火硬度为202229HBS。应用范围 用于制造重负荷、高精度的冷作模具。,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,6.Cr6WV钢 特点:Cr6Wv钢淬火变形小,淬透性好,具有较好的耐磨性和一定的韧性。力学性能 强韧性高、耐磨性低、具有优良的强韧性:抗弯强度为350400MPa、冲击韧度比Crl2MoV钢高40。工艺性能 淬火温度为960980,油淬硬度高于60HRCo。应用范围 用于制造大批量生产薄板和中等厚
14、度板料零件的大型冲模,也可用于制造小型精冲模、中等载荷冷挤压凸模。,2、冷作模具材料及性能要求/模具钢的选材,(一)冲裁模 1冲裁模的工作条件和性能要求 冲裁模:用于各种板材的落料与冲孔。受力情况:冲击力、剪切力、弯曲力,以及剪切材料的强烈摩擦力,因而对冲裁模的性能要求主要是指对模具刃口的性能要求。2冲裁模工作零件材料的选用 模具寿命的高低;冲压件的材质 不同材质的冲压件,其冲压的难易程度相差很大;冲压件的产量 如批量不大,就没有必要选用高性能的模具材料;材料价格。,3、选材的实例,3、选材的实例(二)拉深模 1拉深模对材料的性能要求 性能:较高的强度和耐磨性,一定韧性和较好的切削加工性能,并
15、要求热处理变形小。硬度:凸模热处理后硬度为5862HRC,凹模硬度为6264HRC。表面处理:生产批量很大时,则要求拉深模具有很高的寿命,应对模具进行渗氮、渗硼、镀硬铬、渗钒等表面处理。2拉深模材料的选用 小批量生产:可选表面淬火钢或铸铁。轻载拉深模:可选T10A、9Mn2v、CrWMn、GD、65Nb等钢。重载拉深模:应选用强度较高的Crl2、Crl2MoV、Crl2Molvl、Cr5MolV、GM、ER5等钢。,3、选材的实例(三)弯曲模 小件弯曲、卷边、成形用模具:可选用45、T10A、GD钢。中件弯曲、卷边、成形用模具:小批量生产可选用低熔点合金、锌基合金;生产批量较大时,宜选用CrW
16、Mn、6W6、Crl2型钢或以硬质合金作镶块镶嵌在低熔点合金或锌基合金的基体中。,3、选材的实例(四)冷挤压模 1冷挤压模性能要求 性能要求:有高的抗压强度和抗弯强度,高的强韧性和耐磨性。硬度:要求硬度达6163HRC。另外:还要求模具材料有较高的高温强度和冷热疲劳抗力。2冷挤压模具材料的选用 常用:T10A、CrWMn、60Si2Mn、Crl2型钢、W18Cr4v、W6Mo5Cr4V2及新型模具钢均可作为冷挤压模具材料。*工厂最常选用的是60Si2Mn、Crl2、Crl2MolVl、6W6、GM、ER5、LD、65Nb、012Al、LMl、LM2、GD钢、马氏体时效钢和硬质合金等,3、选材的
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