第五章 模具材料2.docx
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第五章模具材料2
1.冷作模具钢的开发情况
1)性能要求:
良好的耐磨性,足够的强度和韧性,高的疲劳寿命,良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。
2)冷作模具钢(九十年代以前,国内常用的):
(1)碳素工具钢:
(低淬透性冷作模具钢)
●主要钢号:
T7A、T10A、TllA。
●特点:
是加工性好,薄壳硬化状态,具有一定韧性和疲劳抗力,但淬透性、回火抗力和耐磨性较。
●应用:
中小批量制品生产的模具和一定抗冲击载荷模具。
(2)低合金工具钢:
(低变形冷作模具钢)
●主要钢号:
9SiCr、9Mn2V、CrWMn。
●特点:
是较好的淬透性,淬火操作简便、变形易控制,但韧性及耐磨性仍较低。
●应用:
制造产量为中小批量用模具,形状复杂模的基本钢种。
(3)微变形冷作模具钢
●主要钢号:
Cr12类型钢。
●特点:
是具有高淬透性、中等回火抗力、高耐磨性、淬后体积变化可控制到微小,但变形抗力及抗冲击能力有限。
●应用:
是成批或大批生产制品的冷冲模基本材料,中等载荷的冷挤、冷域模具的主要材料。
(4)高速工具钢(高强度冷作模具钢)
●主要钢号:
W6Mo5Cr4VZ、W18Cr4V等。
●特点:
高的抗压强度、高的回火抗力和高的耐磨性,但韧性差,价贵。
●应用:
用作冷挤模的基本材料。
(5)轴承钢:
GCr15;
(6)弹簧钢:
60Si2Mn;
(7)渗碳钢:
20Cr、12CrNi3A;
(8)不锈钢:
3Crl3等。
其中,用量最大的是Cr12、Cr12MoV、T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和W18Cr4V。
3)新型冷作模具钢:
(1)高强韧耐磨钢
ⅰ、Cr12系列钢的特点
●具有良好的淬透性和耐磨性;
●但碳化物偏析较严重,韧性较差,淬火后异常变形较大。
ⅱ、高强韧耐磨钢的特点
●碳和铬的含量较低,改善了碳化物不均性,提高了韧性;
●适当增加了W、Mo、V等合金元素的含量,从而增强了二次硬化能力,提高了耐磨性。
●所以,此类钢在具有良好的强韧性的同时,还有优良的耐磨性和较好的综合性能。
●主要用于制造承受应力较大、要求高强韧性和耐磨损的各类冷作模具。
ⅲ、7Cr7Mo2V2Si,代号LD:
●成分:
加入Cr、Mo、V元素,有利于二次硬化,保证钢具有较高的硬度、强度和良好的耐磨性;
加入一定量的Si,以强化基体,提高回火稳定性。
热处理工艺:
1100~1150℃淬火,530~570℃回火;
性能:
具有高硬度,又具有较好的韧性;回火硬度HRC57~63;
组织:
回火马氏体十残余碳化物;
应用:
制造冷锻、冷冲、冷压、冷弯等承受冲击、弯曲应力较大,又要求耐磨损的各类冷作模具。
ⅳ、Cr8MoWV3Si,代号ER5:
性能:
具有较高强韧性的同时,又具有突出好的耐磨性。
组织:
弥散析出的特殊碳化物,是ER5比Crl2系钢具有更高强韧性和耐磨性的重要原因。
●应用:
适用于制造承受冲击力较大,冲击速度较高的精密冷冲,重载冷冲以及要求高耐磨的其他冷作模具。
ⅴ、9Cr6W3Mo2V2,代号GM:
●性能:
高耐磨;较高的强韧性和良好的冷热加工性能;
●组织:
通过Cr、W、Mo、V等合理配比,具有最佳的二次硬化能力。
●应用:
适用于制造冲裁、冷挤、冷锻、冷剪、高强度螺栓滚丝轮等精密、高耐磨冷作模具。
(2)高速钢基体钢
●组织:
具有正常淬火高速工具钢的基本成份,并允许钢中保留5%左右的过剩碳化物,另外再适当增加或减少某些元素的含量;此类钢有效地解决了高速钢碳化物不均匀分布和韧性较差的问题。
●性能:
抗弯强度、韧性、塑性和疲劳抗力高于高速钢,但耐磨性低于高速钢,
●应用:
用于制造要求高强度和足够韧性的冷挤压、冷冲、冷镦等模具。
由于高速钢基体钢的红硬性好,所以也用于制造热作模具。
●钢号:
65Cr4W3Mo2VNb(简称65Nb)、60Cr4Mo3Ni2WV(代号CG-2)、5Cr4Mo3SiMnVA1(代号O12A1)、65W8Cr4VTi(代号LMI)、65Cr5Mo3W2VSiTi(代号LMZ)等。
65Cr4W3Mo2VNb:
其基体成份相当于淬火后的W6Mo5Cr4V2钢,但碳含量较一般基体钢高,以增加碳化物量和提高耐磨性。
加入0.2~0.35%Nb,以提高钢的强韧性和改善工艺性。
65Nb用于制造冷挤压、厚板冷冲、冷镦等承受较大载荷的冷作模具,也可用于温热挤压模具。
(3)低合金冷作模具钢
●特点:
淬透性好,淬火温度较低,热处理变形小,价格低,具有较好的强度和韧性的配合,适用于制造精度复杂模具。
●牌号:
CrSiMnMoV(代号CH)、 6CrMnNiMoVSi(代号GD)、6CrMnNiMoVWSi(DS)、CrNiWMoV等。
ⅰ、7CrSiMnMoV,代号CH
●热处理工艺:
在820~1000℃淬火,可获得HRC60以上的硬度,是一种空淬微变形钢,可以火焰加热空冷淬硬。
变形量和Cr12MoV等钢相当。
●性能:
耐磨性比Cr12MoV差,但比9Mn2V和T10A好;抗弯强度、抗压强度和冲击韧性都优于Cr12MoV和9Mn2V;CH钢具有良好的强韧性和良好的工艺性。
●应用:
可用于代替T10A、9Mn2V、CrWMn、GCr15、Cr12MoV等制造对强韧性要求较高的冷作模具,如冲孔凸模、中薄钢板(2~5mm厚)的修边落料模等。
也用于制造要求表面火焰淬火的部分汽车模具。
ⅱ、6CrMnNiMoVSi,代号GD:
●性能:
较CH钢增加了0.85%左右的Ni,进一步强韧化了基体,具有良好的强韧性。
●应用:
当用于制造易崩及断裂的冷冲模具时,模具寿命较高。
●热处理工艺:
淬火温度范围较宽,淬透性好,可火焰加热空冷淬火,
(4)无磁高强度模具钢
●电子工业中的部分磁性元件需用无磁性的模具生产。
●国内开发的无磁模具钢:
18Mn12Crl8NiN(代号A18)、8Mnl5Cr18(代号WCG)、50Mnl8Cr4WN(简称50Mn)等。
●50Mn具有低磁导率,较高强度和良好的加工性能,经1020~1070℃(水冷)固溶处理后,硬度HRC30左右。
再经过590℃士10℃时效,硬度上升至HRC35左右。
4)冷作模具钢的选择:
1.按“大小”选材
(1)模具的尺寸不大时可选用高碳工具钢;
(2)尺寸较大时,可用高碳低合金工具钢;(3)尺寸更大的可用合金元素更多的高耐磨钢。
2.按模具“形状”和“受力”考虑选材
●模具形状简单,不易变形,截面不大,载荷较轻<100Mpa,可选用高碳工具钢,多为T10A钢,或选用高碳低合金钢9Mn2V、CrWMn等;
●模具形状复杂,易变形,截面较大,载荷较重的可选用高耐磨模具钢,如Cr12、Crl2MoV、Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SIWMoV等。
3.按“性能要求”选材
●耐磨性特别高、淬火后变形极小的模具:
可用高耐磨钢,例如高碳高铬或高碳中铬钢,还可用高速钢制造;
●载荷冲击大的模具:
可选用冲击韧度较高的中碳合金钢(热作模具钢)例如:
4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、7CrSiMnMoV。
4.按模具压制产品的“批量”考虑选材
●批量小或中等时,常选用高碳工具钢或高碳低合金模具钢制造模具;
●批量大时,可选用高耐磨模具钢。
5.按模具的“用途”来考虑选材
●硅钢片的冷冲模:
寿命要求较长,无论轻载、重载都可选用Cr12、Cr12MoV、4Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV。
●冷挤压钢件或硬铝件的模具:
凸模可选Cr12、Crl2MoV;冲头部分可用高速钢W18Cr4V、W12Mo3Cr4V3N,或用低碳高速钢6W6Mo5Cr4V或基体钢6Cr4W3Mo2VNb。
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