常見模具材料及熱處理課件

1、模具基本知識講義常見模具材料及熱處理 常見模具材料及熱處理常見模具材料常見模具材料及熱處理 沖模二廠常用的模具材料如下1. SS41(JIS) 2. SKD11(JIS) 3. YK30(SK3) 4. SKH-9(JIS) 5. PD20 6. DC53(JIS) 7. SKD61 8. A3鋼 9. 鎢鋼 10.45鋼等 常見模具材料及熱處理 SS41(JIS)為日本鋼材牌號,相當(dāng)於中國的A3鋼 .屬於低碳機(jī)械構(gòu)造用鋼.該鋼材含碳量為0.30%,不能進(jìn)行熱處理,硬度不高;塑性較好,強(qiáng)度較低,機(jī)械加工性能好,可以滿足模具中非成形模板性能要求. 該鋼材適用於模具結(jié)構(gòu)中的打背板,上托板,下托板,

2、上墊腳,下墊腳,上模座,下模座,墊板和夾板等受力不大的模板和零件. 常見模具材料及熱處理 SKD11(JIS)該鋼材冷作模具合金工具鋼.相當(dāng)於中國的Cr12MoV,是一種高C,高Cr型合金鋼.各元素含量為1.45% 1.70%C,11.0012.50%Cr,0.400.60%Mo, 0.150.30%V.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).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(xiàn)象稱為淬透性.淬硬的越多表明淬透性越好).鉬釩不僅增加回火的穩(wěn)定性,尚可

3、細(xì)化晶粒,改善碳化物不均勻性,從而提高鋼的強(qiáng)度和韌性.其正常工作時地硬度為HRC58 64. 適用於受力較大的模具成形模板.如上打板(通常熱處理HRC52)和下模板(通常熱處理HRC58). 常見模具材料及熱處理 YK30(SK3)該鋼材為日本牌號,含碳量較高,屬於碳素工具鋼. YK30是SK-3的改良鋼種,具有較SK-3更佳的強(qiáng)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. 各元素含量為:1.00 1.10% C , 0.8 1.10% Mn , 0.2 0.6% Cr. 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(chǎn)生較大的變形),如模具的上下

4、墊板,夾板,打板等. 常見模具材料及熱處理 SKH-9(JIS)為合金工具鋼,相當(dāng)於中國的W6Cr4Mo5V2合金工具鋼.由於含有鎢元素,使其具有熱硬性,同時提高了鋼的回火(熱處理的一種,常為減少或消除內(nèi)應(yīng)力)穩(wěn)定性.釩與碳形成碳化物硬度高達(dá)HRC83.因此,該鋼材硬度較高,熱處理後硬度可達(dá)到HRC65.但脆性大,塑性差,不易進(jìn)行切削加工. 適用與作直徑小於3.0的沖子材料.常見模具材料及熱處理熱處理基本知識1 金屬結(jié)構(gòu)及合金化兩種或兩種以上元素相互作用時形成合金,合金中組元原子相互作用的情形可能有:固溶體:異類原子能以不同的比例混合,形成與某一組元相同的晶體結(jié)構(gòu),如置換式,間隙式化合物:異類

5、原子能以固定的比例混合,形成與組金屬材料強(qiáng)化途徑A 固溶強(qiáng)化:合金元素固溶到基體金屬中形成固溶體時,合金的強(qiáng)度及硬度一般會得到提高,基體塑性則不降低. 少量多元B 沉淀強(qiáng)化:過飽和固溶體分解析出彌散相,引起合金強(qiáng)化C 冷變形強(qiáng)化:金屬材料在再結(jié)晶溫度以下的變形,會引起強(qiáng)度升高,而塑性降低.D 第二相相強(qiáng)化:超過極限溶解度的部分形成過剩的第二相,其強(qiáng)化效果與過剩相性能的本身有關(guān);還與其形態(tài)/大小/數(shù)量及分布關(guān)(彌散強(qiáng)化). E 細(xì)晶強(qiáng)化:基體相晶粒細(xì)化及過剩相晶粒細(xì)化,晶粒越細(xì),單位體積內(nèi)的晶界面積越大,對位錯運(yùn)動的阻力越大,因而強(qiáng)度及塑韌性越高.主要手段有; 變質(zhì)處理 變形及再結(jié)晶 壓 鑄 加

6、難熔質(zhì)點作為非自發(fā)晶核等3 金屬材料之熱處理工藝退火:消除殘余內(nèi)應(yīng)力/成份不均勻/組織不穩(wěn)定等缺陷 固溶處理:對於第二相在基體相中的固溶度隨溫度降低而顯著減小的合金,將其加熱至能全部溶入固溶體的溫度,保持一定時間后,以快於第二相自固溶體中析出速度冷卻,獲得過飽和固溶體的過程.C 時效:過飽和固溶體處于不平衡狀態(tài),因而有發(fā)生分解和析出過剩溶質(zhì)原子(呈第二相形式析出)的自發(fā)趨勢,使合金的強(qiáng)度/硬度升高,但塑性及抗蝕性下降.常見模具材料及熱處理改善鋼的性能,通常采用兩個途徑: 1.調(diào)整鋼的化學(xué)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

7、法,使鋼的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,以獲得所需要的性能之加工工藝.常見模具材料及熱處理鋼的熱處理根據(jù)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(xué)熱處理等).在日常機(jī)械加工過程中,時常需要進(jìn)行熱理.熱處理可以是機(jī)械加工過程的中間環(huán)節(jié),也可以是使機(jī)械零件達(dá)到規(guī)定技術(shù)要求的最終工序.常見模具材料及熱處理退火 所謂退火，就是將金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間， 然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝，其實質(zhì)是將鋼加熱奧氏體化后進(jìn)行珠光體轉(zhuǎn)變。.退火方法: 常用的退火方法有完全退火(重結(jié)晶退火)、球化退火、去應(yīng)力退

8、火、再結(jié)晶退火、擴(kuò)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(jìn)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。常見模具材料及熱處理正火 所謂正火就是將鋼材或鋼件加熱到合適的溫度，保溫適當(dāng)時間 后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。2.正火之主要應(yīng)用:(1).對於一些含碳量較高的鋼材,改善其組織結(jié)構(gòu),為以後熱處理(如:球墨化處理)作準(zhǔn)備.(2). 對含C量0.4%的中、低碳鋼可用正火代替退火作預(yù)先熱處理,獲得合適的硬度,便於切削加工;(4).含C量在0.40.7%的不太重要的工件可在正火狀態(tài)下使用， 即作為最終熱處理。常見模具材料及熱

9、處理退火與正火之目的1.軟化鋼材以便切削加工;2.消除殘余應(yīng)力,防止工件變形,開裂;3.細(xì)化晶粒,改善組織結(jié)構(gòu),提高鋼的機(jī)械性能; 4.為最終熱處理作準(zhǔn)備退火與正火之區(qū)別1.加熱溫度不同,一般正火加熱溫度高於退火加熱溫度2.正火與退火最明顯不同在於正火冷卻速度稍快.常見模具材料及熱處理淬火將工件加熱一定溫度後,保溫一段時間後,取出工件使其快速冷卻的操作方法.淬火之目的一般都是為獲得馬氏體(一種非常硬的晶體結(jié)構(gòu)),提高工件的機(jī)械性能,如硬度和耐磨性.淬火介質(zhì)1.油(礦物油)如10號機(jī)油 2.水3.鹽水 4.鹼浴常見模具材料及熱處理回火 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

10、，然後冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鹉康模?1).合理地調(diào)整力學(xué)性能，使工件滿足使用要求；(2).穩(wěn)定組織，使工件在使用過程中不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，從而保證工件的尺寸、形狀不變；(3).降低或消除淬火內(nèi)應(yīng)力，以減少工件的變形並防止開裂。 3.回火分類(按照加熱溫度的不同)(1)低溫回火(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 .常見模具材料及熱處理深冷處理： 深冷處理就是鋼件淬火冷卻到室溫后，繼續(xù)在以下的介質(zhì)中冷卻的 熱處理工藝，也稱為冷處理，是淬火過程的繼續(xù)。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(wěn)定組織，容易引起尺吋

11、變吋等)，以進(jìn)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(qiáng)度、硬度和耐磨性都可得到不同程度的提高。 模具零件失效原因分析材質(zhì)模具失效鋼內(nèi)疏鬆化學(xué)成份偏析帶狀組織鋼的鈍靜度差帶狀(網(wǎng)狀)碳化物球化退火質(zhì)量不好熱處理回火次數(shù)不當(dāng)硬度不當(dāng)淬火溫度不當(dāng)加熱速度不當(dāng)冷卻速度不當(dāng)保溫時間不當(dāng)爐內(nèi)氣份不當(dāng)機(jī)械加工表面粗造度差連結(jié)角半徑過小磨削損傷電加工質(zhì)量差加工應(yīng)力未除去尺寸精度差設(shè)計材料纖維取向不合理硬度不合理選材不當(dāng)配合精度不當(dāng)有尖角連結(jié)角半徑過小厚薄壁差大操作模具預(yù)熱溫度不當(dāng)終鍛溫度偏低冷卻條件不當(dāng)壓鑄溫度不當(dāng) (熱鍛溫度)潤滑條件差去應(yīng)力次數(shù)少設(shè)備狀況不好模具安

12、裝不當(dāng)模具失效特征 一、冷作模具失效特征: 斷裂失效/ 磨損失效/疲勞失效/塑性變形。二、熱作模具失效特征: 1. 熱磨損: 主要是模具與被加工的紅熱金屬坯料之間的摩擦得不到潤滑，被紅熱的金屬坯料氧化，型腔表面層被回火軟化，而氧化又加劇了磨損,形成無數(shù)的摩擦溝痕。 2. 冷熱疲勞: 占失效模具總數(shù)的6070%。冷熱疲勞是模具表面經(jīng)受反復(fù)加熱和冷卻所產(chǎn)生的應(yīng)力引起疲勞的結(jié)果。 模具失效特征3. 腐蝕: 在高溫下受到流體金屬的物理和化學(xué)作用，在壓鑄模具表面產(chǎn)生的腐蝕-表面平整，棱角變鈍，嚴(yán)重影響鑄件的幾何形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量 4. 斷裂失效: 在壓鑄模當(dāng)中約占510%左右。 5. 塌陷 模具在

13、服役過程中，模腔型面變形下塌，使加工零件呎寸超差，從而造成模具失效。A 材質(zhì) 材質(zhì)錯誤: (1)造成熱處理工藝不當(dāng)，熱處理后硬度不足;組織過熱、過燒致使工件報廢;(2)影響材質(zhì)機(jī)械性能造成模具過早失效； 材料品質(zhì)差：材質(zhì)化學(xué)成份與標(biāo)準(zhǔn)不相符；成份偏析:嚴(yán)重共晶碳化物帶狀、網(wǎng)狀偏析、夾雜、液析等；SKH51共晶碳化物不均勻度2級(合格) SLD共晶碳化物不均勻度1.5級(合格) SKH51試樣中部橫向金相照片(不合格) SLD高倍照片，較完好的魚骨狀共晶碳化物(不合格)材質(zhì)不良開裂案例 模板開裂的主要原因是材料內(nèi)部碳化物分布嚴(yán)重不均材質(zhì)不良所致，而磨削工序進(jìn)給量過大，亦起促進(jìn)作用。 B.模具結(jié)構(gòu)設(shè)計與熱處理: 還須注意其熱處理工藝性，因模具斷面尺寸不均勻，形狀結(jié)構(gòu)不合理(如尖角)等。將促成熱處理加工時。因強(qiáng)大的熱處理應(yīng)力、組織應(yīng)力雙重作用，而致使開裂之可能。W/E加工時會打破原有應(yīng)力平衡，應(yīng)力重新分配時導(dǎo)致模板薄弱處發(fā)生開裂。C .熱處理加工操作控制不當(dāng)YK30、SKS3模板校變形開裂檢討:熱處理校正時間過長、回火前溫度(80)偏低、存在回