模具材料及表面处理第二章-冷作模具材料课件.ppt
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1、第二章冷作模具材料表2-1冷作模具钢分类表冷作模具材料类型钢号碳素工具钢T7A、T8A、T10A、T12A油淬冷作模具钢8MnSi、Cr2、9Cr2、CrW5、GCr15、9Mn2、9Mn2V、CrWMn、MnCrWV、9CrWMn、SiMnMo、9SiCr、GD空淬冷作模具钢Cr5Mo1V、Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV、8Cr2MnWMoVS高碳高铬冷作模具钢Cr12、Cr12Mo、Cr12MoV、Cr12Mo1V1基体钢和低碳高速钢65Nb、LD、012Al、CG-2、LM1、LM2、6W6高耐磨高强韧冷作模具钢9Cr6W3Mo2V2(GM)、Cr8MoWV3Si
2、(ER5)其他冷作模具钢7CrSiMnMoV(CH1)、18Ni(200)、18Ni(250)、18Ni(300)、60Si2Mn、7Mn15CrA13VWMo(7Mn15)第一节冷作模具材料及性能第二章冷作模具材料一、使用性能(1)硬度与耐磨性坯料在冷加工时,在模具与坯料间产生巨大的摩擦而磨损模具工作面。(2)韧性模具的工作条件一般比较恶劣,经常处于剧烈的动负荷下工作,其失效形式多为脆性断裂。(3)强度强度是指模具材料在工作过程中,抵抗变形和断裂的能力。(4)抗咬合能力及抗软化能力抗咬合能力是指对发生“冷焊”的抵抗能力。二、工艺性能(1)可加工性模具型腔大多需经较为复杂的切削加工制造过程,故
3、模具材料应具有较好的可加工性。第二章冷作模具材料(2)热处理变形与开裂淬火时产生的热应力和组织应力是引起模具零件淬火变形和开裂的原因之一。(3)淬透性与淬硬性淬透性是指钢在一定的淬火条件下获得淬硬层深度的能力。第二节碳素工具钢1.碳素工具钢的牌号2.力学性能(1)碳的质量分数的影响钢的硬度主要由碳的质量分数和组织决定,碳的质量分数越高,则硬度越高,耐磨性越好。(2)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。第二章冷作模具材料(3)回火温度的影响碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降,在150300回火后,抗弯强度及冲击韧度随回火温
4、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。3.工艺性能(1)可锻性碳素工具钢的热变形抗力低,锻造温度范围宽,可锻性好。(2)退火和正火经锻造后的模具毛坯需进行球化退火处理,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。第二章冷作模具材料表2-2碳素工具钢的球化退火、正火工艺规范钢号退火加热温度/退火等温温度/退火硬度(HBW)正火加热温度/正火硬度(HBW)正火目的T7AT8A750770680700163187800820800820229285241302促进球化,165HBW时毛坯的切削性能最好T10AT12A7507706807001792078308508508
5、70255321269341加速球化或提高淬透性消除网状碳化物(3)淬透性及回火稳定性碳素工具钢的淬透性低,淬火冷却方式有水冷、油冷、分级淬火和双介质淬火等几种。表2-3碳素工具钢的淬火、回火工艺规范钢号淬火回火加热温度/冷却介质硬度(HRC)加热温度/保温时间/h硬度(HRC)T7780800盐或碱的水溶液62641401601601801262645861800820油或溶盐596118020125660T8760770盐或碱的水溶液63651401601601801260625861780790油或溶盐6062180200125660T10770790盐或碱的水溶液63651401601
6、601801262646062790810油或溶盐6162180200125961T12770790盐或碱的水溶液63651401601601801262646163790810油或溶盐6162180200126062第三节油淬冷作模具钢一、CrWMn钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺始锻温度11001140,终锻温度800850。(2)退火工艺CrWMn钢锻后需等温球化退火,退火加热温度790,等温温度700720,退火后的组织比较均匀,退火硬度约为225207HBW。(3)淬火工艺淬火加热温度820840,油淬硬度为6365HRC,直径?4050mm的钢件油中可以淬透。(4)回火工艺
7、回火温度200,回火硬度6062HRC。3.应用范围二、9Mn2V钢第三节油淬冷作模具钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺始锻温度11301160,终锻温度800,空冷到650700,再缓冷。(2)退火工艺加热温度750770,保温35h,等温温度680700,保温46h。(3)淬火工艺淬火温度780820,油冷,硬度62HRC以上,淬透性较好,?60?70mm的工件可在油中淬透,热处理变形较小。(4)回火工艺回火温度150200,空冷,硬度6062HRC。3.应用范围三、9SiCr钢1.力学性能第三节油淬冷作模具钢表2-49SiCr钢在不同温度时的力学性能试验温度/屈服强度/MPa抗拉强
8、度/MPa断后伸长率(%)断后收缩率(%)抗压强度/MPa扭矩M/Nm扭转角()冲击韧度(J/c)硬度(HBW)2045680526254236101554354024320033072221947726601413969021840033563532063418301443321002136001762075157681900621990901727008510058077227227015053750731025936842233704468006787706625265123300360293850466751048323032033690042523973022651152250280
9、227第三节油淬冷作模具钢2.工艺性能(1)锻造工艺始锻温度10501100,终锻温度800850,锻后缓冷。(2)退火工艺加热温度780810,保温24h;等温温度680720,保温46h。(3)淬火工艺淬火温度860880,油冷,硬度6265HRC,可采用分级或等温淬火。(4)回火工艺回火温度180200,硬度6062HRC,在250有回火脆性,应避免在此温度范围回火。3.应用范围四、6CrNiSiMnMoV(GD)钢1.力学性能第三节油淬冷作模具钢2.工艺性能(1)锻造工艺GD钢的碳化物偏析小,下料后可直接使用。(2)退火工艺GD钢的最大弱点是退火不易软化,推荐采用以下等温球化退火工艺:
10、加热到760780,保温2h,然后以30/h的速度冷却到680,再保温6h,炉冷到550出炉空冷。(3)淬火及回火GD钢淬火变形比CrWMn小,淬火工艺性能良好,具有优良的淬透性和足够的淬硬性,淬火温度低,温度范围宽,如?60mm120mm试样880油淬,整个截面硬度为6465HRC,空淬硬度为61HRC。3.应用范围第四节空淬冷作模具钢表2-5空淬冷作模具钢的淬火温度范围钢号低温淬火温度/高温淬火温度/临界点Ms/淬火硬度(HRC)Cr5Mo1V94096098010101686365Cr6WV95097099010101506264Cr4W2MoV9609701020104014262Cr
11、2Mn2SiWMoV84086019060638Cr2MnWMoVS8609202206265第四节空淬冷作模具钢一、Cr5Mo1V钢1.力学性能2.工艺性能3.应用范围二、Cr6WV钢1.力学性能2.工艺性能3.应用范围三、8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)钢1.力学性能2.工艺性能第四节空淬冷作模具钢(1)锻造工艺8Cr2S钢的锻造性能尚好,锻造加热温度为11001150,始锻温度为1060,终锻温度900,锻造后,MnS沿锻轧方向延伸成条状。(2)退火工艺可采用球化退火或一般退火工艺,等温球化退火工艺为790810加热2h,然后冷到700,再保温68h,炉冷到550出炉,退火硬度229
12、HBW。第四节空淬冷作模具钢表2-68Cr2S钢经不同温度淬火、回火后的硬度值淬火温度/不同温度回火后的硬度(HRC)160200250300400500550580600620630650860601593590570490470450440880623604585575550537511498471466442367(3)淬火回火工艺8Cr2S钢的热处理工艺简单,淬透性好,淬火硬度高,作预先淬硬钢时,如860920空淬、油淬或硝盐分级淬火,?100mm的钢材空淬可以淬透,硬度可达到6264HRC;550620回火2h,回火硬度为4048HRC,可进行各种常规加工。3.应用范围第五节高碳高铬
13、冷作模具钢一、Cr12钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺Cr12钢的变形抗力较大,锻锤吨位要与毛坯的大小相适应,钢的导热性差,加热时必须分段加热。(2)退火工艺Cr12钢一般采用等温球化退火工艺,加热温度830850,保温23h,等温温度720740,保温34h,退火硬度267217HBW。(3)淬火及回火一次硬化法淬火加热温度为960980,淬火冷却可采用油冷、空冷或分级冷却,硬度为6064HRC。3.应用范围二、Cr12MoV和Cr12Mo1V1(D2)钢第五节高碳高铬冷作模具钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺Cr12MoV和Cr12Mo1V1(D2)钢的变形抗力比碳素工具钢高
14、23倍,锻锤吨位要与毛坯的大小相适应。(2)退火工艺Cr12MoV和Cr12Mo1V1(D2)钢一般采用等温球化退火工艺,加热温度850870,保温24h,Cr12MoV钢的等温温度为720740,保温34h,退火硬度为207255HBW;D2钢的等温温度为740760,保温46h,退火硬度为255HBW。(3)预调质处理工艺在高合金钢中,由于淬火温度比较高,预调质处理温度可比模具最终热处理的温度低1030。(4)淬火回火工艺低淬低回工艺:淬火加热温度9501000,回火温度200,可获得高的硬度和韧度,但抗压强度较低。第五节高碳高铬冷作模具钢表2-7常用高碳高铬冷作模具钢的淬火、回火工艺钢号
15、低淬低回工艺中淬中回工艺高淬高回工艺淬火温度/淬火硬度(HRC)回火温度/淬火温度/淬火硬度(HRC)回火温度/淬火温度/淬火硬度(HRC)回火温度/Cr129609806064160400105011004060500520Cr12MoV9501000626420010306364400108011004060500520Cr12Mo1V195010006264200103063645001080110040605005203.应用范围第六节基体钢和低碳高速钢一、6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺65Nb钢属莱氏体钢,要进行锻造。(2)退火工艺65N
16、b钢的退火工艺有常规球化退火和等温球化退火两种。(3)淬火及回火工艺65Nb钢的淬火温度为10801180,淬火加热时间应保证碳化物充分溶解并均匀化,同时不使晶粒长大,在盐浴炉中加热系数以1520s/mm为宜。3.应用范围第六节基体钢和低碳高速钢表2-865Nb钢推荐热处理工艺规范工艺方案淬火温度/11401160112011401080112011601180加热系数/(s/mm)15202015冷却方式油冷油冷-空冷或分级油冷油淬-空冷回火温度/520540540560540580560580加热系数/(s/mm)6090586057595961硬度(HRC)616358605759596
17、1应用举例不锈钢表壳冷挤模十字槽螺钉凸模电子管阳极凸模螺栓切边模第六节基体钢和低碳高速钢二、7Cr7Mo2V2Si(LD)钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺LD钢的热塑性比高碳高铬钢好,锻造性能类似于65Nb钢,加热过程宜缓慢,保证热透。(2)退火工艺LD钢的脱碳敏感性比高碳高铬钢大,宜采用真空炉或控制气氛炉进行退火,若在普通加热炉中退火,一定要采取保护措施。(3)淬火回火LD钢的淬火加热温度可在11001150范围内选择,淬火加热必须采取防止氧化脱碳的措施。3.应用范围第六节基体钢和低碳高速钢表2-9LD钢使用寿命(模具平均使用寿命)(单位:千件)模具名称汽车板簧冲模切边模内六角凸模m
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