模具材料及热处理.ppt

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1、常見模具材料及熱處理,PCEBG MIBG DT(II)沖模廠 講師:馬勝忠 C版,模具標准系列之六,目 錄,一、鋼材簡介二、公司模具材料的簡介三、熱處理基礎知識四、模具零件失效,一、鋼材的簡介,1.按用途分類:(1).結構鋼:A.工程構件用鋼;B.機器零件用鋼:B-1.調質鋼;B-2.彈簧鋼(60Si2Mn);B-3.滲碳、氮化鋼;(Cr12,Cr18Ni9Ti)B-4.滾動軸承鋼。,(2).工具鋼:A.刃具鋼;B.量具鋼;C.模具鋼:C-1.C-2.,(3).特殊性能鋼:A.耐蝕鋼;B.耐熱鋼;C.耐磨鋼;,冷作模具鋼,熱作模具鋼,一、鋼材的分類,2.按鋼的化學成份分類:(1).碳素鋼;A

2、.普通碳素鋼(A0A5)B.碳素結構鋼(05/05F70)C:碳素工具鋼(T7T13,T13A)(2).合金鋼:A.低合金鋼(合金元素5%);(9Mn2v,9CrWMn)B.中合金鋼(合金元素510%);(5CrWMn,5CrW2Si)C.高合金鋼(合金元素10%)（Cr12MoV,Cr12),3.按碳含量分類:(1).低碳鋼(C0.25%);(2).中碳鋼(C0.250.6%);(3).高碳鋼(C0.6%)。,1.冷作模具鋼2.熱作模具鋼,模 具 鋼介紹,1.1冷作模具鋼的性能特點:A.高的硬度、強度和耐磨性;B.足夠的韌性;C.熱處理變形小;D.良好抗回火穩定性,熱處理變形小1.2化學成分

3、特點:A.高碳1.0%以上;B.加入較多的鉻、錳、鎢、鉬、釩等,1:冷 作 模 具 鋼介紹,1.3常用冷作模具鋼:A.冷作模具用碳鋼:T8、T10A、T12A;B.冷作模具用低合金鋼:CrWMn、9Mn2V等;C.Cr12型高碳高鉻鋼:Cr12MoV、Cr12、SKD11、SLD等;D.高碳中鉻型冷作模具鋼:Cr6WV;E.中碳高韌性模具鋼:5CrW2Si;F.冷作模具用高速鋼:M2;1.4熱處理特點:A.球化退火;B.淬火+低溫回火;C.淬火+高溫回火;D.淬火回火+化學熱處理。,1.5 公司常用冷作模具材料化學成份,2.1熱作模具鋼的性能要求:A.一定的硬度和足夠的耐磨性;B.在高溫下保持

4、高的強度和良好的衝擊韌性;C.高的淬透性;D.良好的導熱性能;E.優良的耐熱疲勞性能;F.良好的耐蝕性能和抗氧化能力;G.良好的工藝性能。,2:熱 作 模 具 鋼介紹,2.2化學成分特點:A.中碳0.40.6%之間;B.加入提高淬透性的元素，鉻、鎳、錳等;C.加入能抑制回火脆性的元素鉬、鎢;D.加入能提高回火穩定性的元素鉬2.3常用熱作模具鋼:A.熱鍛模具用鋼:5CrMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoV1Si等;B.壓鑄模具用鋼:3Cr2W8V、DAC、SKD61、DIEVAR2.4熱處理工藝特點:A.淬火+高溫回火;B.化學熱處理,2.5公司常用熱作模具材料化學成,常用模具材料化學成份比

5、較匯總,2.6模具材料價格比較,二、公司模具材料的簡介,1.SS41(JIS)2.SKD11(JIS)3.YK30(SK3)4.SKH-9(JIS)5.P20 6.A37.ASP23 8.45#9.9CrWMn,1:公司常用模具材料,2:常見模具材料性能簡介,SS41(JIS)為日本鋼材牌號,相當於中國的A3鋼.A.屬於低碳結構鋼.B.含碳量為0.30%,不能進行熱處理,C.硬度不高HRC20;D.塑性較好,強度較低,機械加工性能好,可以滿足模具中非成形模板性能要求.E.適用於模具結構中的打背板,上托板,下托板,上墊腳,下墊腳,上模座,下模座,夾板等受力不大的模板和零件.,SKD11(JIS)

6、相當於中國的Cr12MoV A.冷作模具合金工具鋼.B.是高C,高Cr型合金鋼.各元素含量 1.70%C,11.0012.50%Cr,0.400.60%Mo,0.150.30%V.C.高碳保証獲得過飽和的馬氏體(該組織很硬),以確保 高硬度,高耐磨性和一定的熱硬性(鋼材在高溫如500 攝氏度仍能保証足夠的硬度).D.鉻可以極大地增加鋼的耐磨性能,同時還大大改善了 鋼的淬透性(鋼材淬火後能獲得外部較硬,心部較軟的 現象稱為淬透性.淬硬的越多表明淬透性越好).E.鉬釩不僅增加回火的穩定性,尚可細化晶粒改善碳化 物不均勻性,提高鋼的強度和韌性.正常為HRC58 64.F.適用於受力較大的模具成形模板

7、.如上打板(通常熱處 理HRC52)和下模板(通常熱處理HRC58).,YK30(SK3)該鋼材為日本牌號,A.含碳量較高,屬於碳素工具鋼（T10）B.YK30是SK-3的改良鋼種,具有較SK-3 更佳的強韌性和硬化能,同時還有易加 工性能,且具有一般高碳鋼的高硬度和 高耐磨性.C.各元素含量為:1.0 1.1%C,0.8 1.1%Mn,0.2 0.6%Cr.D.熱處理後硬度為HRC50,用於局部受力較 大的模板(采用一般的鋼板會產生較大的變形)E.適用模具的上下墊板,夾板,打板等.,SKH-9(JIS)相當於中國W6Cr4Mo5V2 A.合金工具鋼.B.含有鎢元素,使其具有熱硬性,同時提高

8、了鋼的回火(熱處理的一種,常為減少或 消除內應力)穩定性.C.釩與碳形成碳化物硬度高達HRC83.D.硬度較高,熱處理後硬度可達到HRC65.但脆性大,塑性差,不易進行切削加工.E.適用與作直徑小於3.0的沖子材料.,9CrWMn簡介 A.為低質合金工具鋼,B.回火溫度6507000C,保溫時間23H.C.易變寸(500MM以上嚴重),開裂(結構复雜,孔槽密集等),導致加工精度無法掌控,外形任何一邊不得大於500MM厚度不得大於25MM.D.硬度嚴格管控在HRC5053以內,超過極易裂開 E.使用范圍:P04A,D04A,S02A上(用于D04A時不可結構复雜及孔槽密集),不可用S01A,D0

9、5A上.,三、熱處理基本知識,熱處理知識簡介,改善鋼的性能,通常采用兩個途徑:1.調整鋼的化學成分,加入合金元素(如鎂,鉬,鎳等),即合金化;2.實施鋼材的熱處理.熱處理是通過加熱,保溫,冷卻之操作方法,使鋼的組織結構發生變化,以獲得所需要的性能之加工工藝.,鋼的熱處理根據加熱和冷卻方法不同,大致分為:1.普通熱處理 通常稱為四把火即退火,正火,淬火,回火.也是最常用的熱處理方法 2.表面熱處理 如表面淬火和化學熱處理等 在日常機械加工過程中,時常需要進行熱處理.熱處理可以是機械加工過程的中間環節,也可以是使機械零件達到規定技術要求的最終工序.,金屬材料之熱處理工藝,熱處理工藝簡介:1.退火2

10、.正火3.淬火4.回火,退火 所謂退火，就是將金屬或合金加熱到適當溫度(7808800C),保溫一定時間(48H),然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝，其實質是將鋼加熱奧氏體化后進行珠光體轉變。退火方法:常用的退火方法有完全退火(重結晶退火)、球化退火、去應力退火、再結晶退火、擴散退火和等溫退火等幾種。球化退火:使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝。常用的球化退火有 普通球化退火和等溫球化退火兩種，工藝主要用於模具、量具和刃具鋼等。,1.退火,正火 所謂正火就是將鋼材或鋼件加熱到合適的溫度(80012000C)，保溫適當時間(48H),后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。正火之主要應用:A.對於一些含

11、碳量較高的鋼材,改善其組織結構,為以後熱處理(如:球墨化處理)作準備.B.對含C量0.4%的中、低碳鋼可用正火代替退火作預先熱處理,獲得合適的硬度,便於切削加工;C.含C量在0.40.7%的不太重要的工件可在正火狀態下使用，即作為最終熱處理。,2.正火,退火與正火之目的 A.軟化鋼材以便切削加工;B.消除殘余應力,防止工件變形和開裂;C.細化晶粒,改善組織結構,提高鋼的機械性能;4.為最終熱處理作準備退火與正火之區別 A.加熱溫度不同,一般正火加熱溫度高於退火加熱溫度 B.正火與退火最明顯不同在於正火冷卻速度稍快.,淬火將工件加熱一定溫度後(78012000C),保溫一段時間(48H)後,取出

12、工件使其快速冷卻的方法.淬火之目的一般都是為獲得馬氏體(一種非常硬的晶體結構),提高工件的機械性能,如硬度和耐磨性.淬火介質A.油(2號/3號機油/11號柴油)B.水C.鹽水(5%15%NaCl)D.鹼浴(近80%KOH+20%NaOH+3%KNO3+3%NaNO2),3.淬火,4.回火,回火 所謂回火就是鋼件淬硬后，再加熱到稍低於淬火溫度，保溫一定時間，然後冷卻到室溫的熱處理工藝。回火目的：(1).合理地調整力學性能，使工件滿足使用要求；(2).穩定組織,使工件在使用過程中不發生組織轉變,從而保證工件的尺寸、形狀不變；(3).降低或消除淬火內應力,以減少工件變形並防止開裂回火分類:(1).低

13、溫回火(回火溫度在250以下);(2).中溫回火(回火溫度在350500);(3).高溫回火(回火溫度在500650).碳素鋼采用一次回火,合金鋼則采用二次回火或多次回火,深冷處理：深冷處理就是鋼件淬火冷卻到室溫后，繼續在以下的介質中冷卻的熱處理工藝，也稱為冷處理，是淬火過程的繼續。深冷處理目的：為了最大限度的減少殘余奧氏體(常溫下不穩定組織，容易引起尺吋變吋等)，以進一步提高工件淬火后的硬度和防止在使用過程中因殘余奧 氏體的分解而引起的變形，同時強度、硬度和耐磨性都可得到不同程度的提高。,5.深冷處理,四、模具零件失效,模具零件失效原因分析,模具失效,材 質,鋼內疏鬆,化學成份偏析,帶狀組織

14、,鋼的鈍靜度差,帶狀(網狀)碳化物,球化退火質量不好,熱處理,回火次數不當,硬度不當,淬火溫度不當,加熱速度不當,冷卻速度不當,保溫時間不當,爐內气份不當,機械加工,表面粗造度差,連結角半徑過小,磨削損傷,電加工質量差,加工應力未除去,尺寸精度差,設 計,材料纖維取向不合理,硬度不合理,選材不當,配合精度不當,有尖角,連結角半徑過小,厚薄壁差大,操 作,模具預熱溫度不當,終鍛溫度偏低,冷卻條件不當,壓鑄溫度不當(熱鍛溫度),潤滑條件差,去應力次數少,設備狀況不好,模具安裝不當,案例一:材質不良開裂,主要原因是材料內部碳化物分布嚴重不均材質不良所致,而磨削工序進給量過大,亦起促進作用,案例二:模具結構設計与熱處理 熱處理工藝性，因模具斷面尺寸不均勻，形狀結構不合理(如尖角)等。將促成熱處理加工時。因強大的熱處理應力、組織應力雙重作用，致使開裂。,W/E加工時會打破原有應力平衡，應力重新分配時導致模板薄弱處發生開裂。,案例三:熱處理加工操作控制不當SLD結構復雜件加工中開裂異常原因:冷卻模式選擇不當且工件出油溫度過低；回火不及時及回火入爐溫度過高(450)。壓變形時機控制不當；工件結構不對稱且直角太多；,案例四:線切割(W/E)及放電(EDM)加工 金屬表面快速熔化及凝固，形成硬度、組織及性能異常的變質層,最深可達0.1mm 該變質層模具使用壽命將產生較大影響。,