常用的冷沖壓模具材料

1、沖壓模具工作零件材料的要求 沖壓模具工作時(shí)要承受沖擊、振動(dòng)、摩擦、高壓和拉伸、彎扭等負(fù)荷，甚至在較高的溫度下工作（如冷擠壓），工作條件復(fù)雜，易發(fā)生磨損、疲勞、斷裂、變形 等現(xiàn)象。因此，對(duì)模具工作零件材料的要求比普通零件高。由于各類沖壓模具的工作條件不同，所以對(duì)模具工作零件材料的要求也有所差異。.沖裁模材料的要求對(duì)于薄板沖裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度， 而對(duì)厚板沖裁 模除了要求具有高的耐磨性、抗壓屈服點(diǎn)外，為防止模具斷裂或崩刃，還應(yīng)具 有高的斷裂抗力、較高的抗彎強(qiáng)度和韌性。.拉深模材料的要求要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、 一定的強(qiáng)韌性以及較

2、好的切削加工性能，而且熱處理時(shí)變形要小。.冷擠壓模材料的要求要求模具工作零件有高的強(qiáng)度和硬度、 高耐磨性，為避免沖擊折斷，還要求有一 定的韌性。由于擠壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的升溫，所以還應(yīng)具有一定的耐熱疲勞性和熱 硬性11.2.2沖壓模具材料的種類及特性制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鋅基合金、低熔點(diǎn)合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳 高銘或 中 銘工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金 等等。.碳素工具鋼在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼為 T8A、T10A等，優(yōu)點(diǎn)為

3、加工性能好，價(jià)格便 宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。.低合金工具鋼低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV（代號(hào)CH-1）、 6CrNiSiMnMoV（代號(hào) GD）等。.高碳高銘工具鋼常用的高碳高銘工具鋼有 CU2和CU2MoV、CU2Mo1V1 （代號(hào)D2）,它們具 有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼， 承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴(yán)重，必須進(jìn)行反復(fù)鍛拔（軸向鍛、徑向拔）改

4、鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。.高碳中銘工具鋼用于模具的高碳中銘工具鋼有 Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它們的含 銘量較低，共晶碳化物 少，碳化物分布均勻，熱處理變形小，具有良好的淬透 性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對(duì)較嚴(yán)重的高碳高銘鋼相比，性能有所改善。.高速鋼高速鋼具有模具鋼中最高的 的 硬度、耐磨性和抗壓強(qiáng)度，承載能力很高。模具 中常用的有 W18Cr4V（代號(hào)8-4-1）和含鴇量較少的 W6Mo5 Cr4V2（代號(hào)6-5-4-2, 美國(guó)牌號(hào)為M2）以及為提高韌性開發(fā)的降碳降鈾高速鋼6W6Mo5 Cr4V （代號(hào) 6W6或稱低碳M2）。高速鋼也需要改鍛，以改善

5、其碳化物分布。.基體鋼在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當(dāng)增減含碳量，以改善鋼的 性能。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點(diǎn)，具有一定的耐磨性和 硬度，而且抗疲勞強(qiáng)度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強(qiáng) 韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有6Cr4W3Mo2VNb （代號(hào)65Nb）、7Cr7Mo2V2Si （代號(hào) LD ）、5Cr4Mo3SiMnVAL （代號(hào) 012AL）等。.硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強(qiáng)度和韌性差。用 作模具的硬質(zhì)合金是 鴇鉆類，對(duì)沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用 含 鉆量較低的硬質(zhì)合金。對(duì)沖

6、擊性大的模具，可選用 含鉆量較高 的硬質(zhì)合金。鋼結(jié)硬質(zhì)合金 是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如銘、鑰、鴇、鈾等）做粘合劑，以碳化鈦或碳化鴇為硬質(zhì)相，用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金 基基體是鋼，克服了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點(diǎn)，可以切削、焊 接、鍛造和熱處理。 鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于 硬質(zhì)合金，但仍高于其它鋼種，經(jīng)淬火、回火后硬度可達(dá) 68 73HRC。11.2.3沖壓模具材料的選用及熱處理要求一.沖裁模具材料的選用及熱處理要求選用沖裁模具材料應(yīng)考慮工件生產(chǎn)的批量，若批量不大就沒有必要選擇高壽命的 模具材料；還應(yīng)考慮被沖工件的材質(zhì)，不同材質(zhì)適用的模具材料亦

7、有所不同。對(duì)于沖裁模具，耐磨性是決定模具壽命的重要因素，鋼材的耐磨性取決于碳化物等 硬質(zhì)點(diǎn)相的狀況和基體的硬度，兩者的硬度越高，碳化物的數(shù)量越多，則耐磨性 越好。常用沖壓模具鋼材耐磨性 的劣優(yōu)依次 為碳素工具鋼 一合金工具鋼 一 基體鋼一高碳高銘鋼一高速鋼一鋼結(jié)硬質(zhì)合金一硬質(zhì)合金。此外還必須考慮工件的厚度、形狀、尺寸大小、精度要求等因素對(duì)模具材料選擇 的影響。1傳統(tǒng)模具用鋼長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)薄板沖裁模用鋼為 T10A、CrWMn、9Mn2V、CU2和Cr12MoV 等。其中T10A為碳素工具鋼，有一定強(qiáng)度和韌性。但耐磨性不高，淬火容易變形 及開裂，淬透性差，只適用于工件形狀簡(jiǎn)單、尺寸小、數(shù)量少的沖

8、裁模具。T10A碳素工具鋼的熱處理工藝為：760810 C水或油 淬，160180 C回火，硬度 5962HRC。CrWMn、9Mn2V是高碳低合金鋼種，淬火操作簡(jiǎn)便，淬透性優(yōu)于碳素工具鋼,變形易控制。但耐磨性和韌性仍較低，應(yīng)用于中等批量、工件形狀較復(fù)雜的沖裁 模具。CrWMn鋼的熱處理工藝為：淬火溫度 820840 C油冷,回火溫度 200 C,硬度6062HRC。 9Mn2V鋼的熱處理工藝為：淬火溫度 780820 C 油冷，回火溫度150200 C,空冷，硬度 6062HRC 。注意 回火溫度在 200300 C范圍有回火脆性和顯著體積膨脹，應(yīng)予避開。Cr12和Cr12MoV為高碳高銘鋼

9、，耐磨性較高，淬火時(shí)變形很小，淬透性好， 可用于大批量生產(chǎn)的模具，如硅鋼片沖裁模。但該類鋼種存在碳化物不均勻性， 易產(chǎn)生碳化物偏析，沖裁時(shí)容易出現(xiàn)崩刃 或斷裂。其中，Cr12含碳量較高，碳化物分布不均比 Cr12MoV嚴(yán)重，脆性更大一些。Cr12型鋼的熱處理工藝選擇取決于模具的使用要求，當(dāng)模具要求比較小的變形和一定韌性時(shí)，可采用低溫淬火、回火（Cr12為950980 c淬火，150200 C 回火； Cr12MoV為10201050 c淬火，180200 C回火）。若要提高模具 的使用溫度，改善其淬透性和紅硬性，可采用高溫淬火、回火 （Cr12為 10001100 c淬火，480500 C 回

10、火； CU2MoV 為 11101140 c淬火， 500520 C 回火）。高銘鋼在275375 C區(qū)域有回火脆性，應(yīng)予避免。.常用模具新鋼種為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)模具鋼種性能的不足，國(guó)內(nèi)開發(fā)或引進(jìn)了以下性能較好的沖壓模具 用鋼：(1 ) Cr12Mo1V1 (代號(hào)D2 )鋼 為仿美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的D2鋼引進(jìn)的 鋼種，屬Cr12型鋼。由于D2鋼中Mo、V含量增加，細(xì)化了晶粒，改善 了碳化物的分布狀況，因此 D2鋼的強(qiáng)韌性(沖擊韌度、抗彎強(qiáng)度、撓度)比 Cr12MoV鋼有所提高，耐磨性和抗回火穩(wěn)定性也比 Cr12MoV更高?？捎蒙罾?處理，提高硬度并改善尺寸穩(wěn)定性。用 D2鋼制作的沖裁模具壽命要高于

11、Cr12MoV鋼模具。D2鋼的鍛造性能和熱塑成形性比 Cr12MoV鋼略差，機(jī)械加工性能和熱處理工 藝與Cr12型鋼相似。(2 ) Cr6WV鋼為高耐磨微變形高碳中銘鋼，碳、銘含量均低于 Cr12型 鋼，碳化物的分布狀態(tài)較 Cr12MoV均勻，具有良好的淬透性。熱處理變形小， 機(jī)械加工性能較好?？箯潖?qiáng)度、沖擊韌度優(yōu)于Cr12MoV ,只是耐磨性略低于Cr12型鋼。用于承受較大沖擊力的高硬度、高耐磨板料沖裁模，其效果好于Cr12 型鋼。鋼的常用熱處理工藝為：淬火溫度 9701 000C, 一般可熱油或硝鹽分級(jí)淬火冷 卻，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后應(yīng)立即回火，回火溫度 160210 C, 硬

12、度 58 62HRC。(3 ) Cr4W2MoV鋼 也是高 耐磨微 變形高碳中銘鋼，替代 Cr12型鋼而研 制的鋼種，碳化物均勻性好，耐磨性高于 Cr12MoV ,適于制作形狀復(fù)雜、尺寸 精度要求高的沖壓模具，可用于硅鋼片沖裁模。Cr4W2MoV鋼的熱處理工藝：要求強(qiáng)度、韌性較高時(shí)，采用低溫淬火、低溫回火工藝：淬火溫度 960980 C,回火溫度 280320 C,硬度 6062HRC 。要求熱硬性和耐磨性較高時(shí)，采用高溫淬火、高溫回火工藝：淬火溫度10201040 C,回火溫度 50 0540 C,硬度 6062HRC 。（4 ） 7CrSiMnMoV（代號(hào)CH-1）鋼為空淬微變形低合金鋼、

13、火焰淬火鋼， 可以利用火焰進(jìn)行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火溫度（8001000 C ）,具有良好的淬透性和 淬硬性（可達(dá)60 HRC以上），強(qiáng)度和韌性較高，崩 刃 后能補(bǔ)焊?？纱鍯rWMn、Cr12MoV鋼，制作形狀復(fù)雜的沖裁模。CH-1鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度900920 C,油冷，190200 C回火13小 時(shí)，硬度 5862 HRC。（5 ） 6CrNiSiMnMoV（代號(hào)GD）鋼 為高韌性低合金鋼，淬透性好，空淬變 形小，耐磨性較高。其強(qiáng)韌性顯著高于 CrWMn和Cr12MoV鋼，不易崩刃或斷 裂。尤其適用于細(xì)長(zhǎng)、薄片狀 凸模及 大型、形狀復(fù)雜、薄壁凸凹模。GD鋼的推薦熱處理

14、工藝：淬火溫度 870930 C （ 900 C最佳），鹽浴爐加 熱（45s/mm ）,油冷或空冷、風(fēng)冷，175230 C 回火2小時(shí)，硬度5862 HRC。由于空冷即可淬硬，也可采用火焰加熱淬火。（6 ） 9Cr6W3Mo2V2（代號(hào)GM）鋼為高耐磨高強(qiáng) 韌合金鋼，各項(xiàng)工藝性能 良好，其耐磨性、強(qiáng)韌性、加工性能均優(yōu)于 Cr12型鋼，能夠用于高速壓力機(jī)沖 壓下的多工位級(jí)進(jìn)模等精密模具，是較理想的耐磨、精密沖壓模具用鋼。GM鋼的熱處理工藝：淬火溫度 10801120 C,硬度6466HRC?；鼗饻囟?540560 C ,回火二次。(7 ) Cr8MoWV3Si (代號(hào)ER5)鋼 屬高耐磨高強(qiáng)韌合

15、金鋼，具有較好的電火 花加工性能，強(qiáng)度、韌性、耐磨性都優(yōu)于Cr12型鋼，適用于大型精密沖壓模具。 用于硅鋼片沖裁模，一次 刃 磨壽命為21萬(wàn)次，總壽命高達(dá)360萬(wàn)次，是目 前合金鋼沖模沖裁硅鋼片的較高壽命水平。ER5鋼的推薦熱處理工藝：對(duì)高耐磨性、高強(qiáng)韌性的模具，采用1150 C淬火, 520530 C回火3次；對(duì)重載服役條件下的模具，采用11201130 C淬火, 550 C回火3次。.硬質(zhì)合金及鋼結(jié)硬質(zhì)合金當(dāng)工件的批量極大時(shí)，可以考慮選用硬度和耐磨性比各類模具鋼種更高的硬質(zhì)合 金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金。用作模具材料的硬質(zhì)合金為 鴇鉆類，隨著含鉆量的增 加，韌性及抗彎強(qiáng)度提高而硬度降低。對(duì)于承受沖擊

16、力較小的模具，可以選用 含 鉆量較低 的YG10X ;承受沖擊力中等或較大的模具，可以選用含鉆量較高 的 YG15或YG20 。硬質(zhì)合金的缺點(diǎn)為韌性較差、難以加工，作為模具的工作部 件可以設(shè)計(jì)為鑲拼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的性能介于硬質(zhì)合金和高速鋼之間，能 夠機(jī)械加工和熱處理，可以用于制作復(fù)雜的高壽命模具。用作沖裁模的鋼結(jié)硬質(zhì)合金 有 DT、GT35、TLMW50、GW50 等。厚板沖裁模具厚板沖裁模承受的沖壓力高于薄板沖模，為重載沖裁模，易磨損、崩 刃 和斷裂， 所以要求模具材料應(yīng)具有高的耐磨性和強(qiáng)韌性。傳統(tǒng)模具用鋼傳統(tǒng)的重載沖裁模具鋼種主要有T8A、Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5 C

17、r4V2 等。其中T8A為碳素工具鋼，雖然淬透性、韌性比T10A鋼有所改善，但易殘存網(wǎng) 狀碳化物、熱硬性差，只能用于工件批量較小的中厚沖裁模。T8A工具鋼的熱處理工藝為： 790820 C水或油 淬,160180 C 回火，硬度 5861HRC。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2為高速工具鋼，具有很高的硬度、抗壓強(qiáng)度和耐磨性， 但韌性較低，工作時(shí)有可能產(chǎn)生崩刃或斷裂，而且價(jià)格較貴。建議采用低溫淬火、快速加溫淬火等工藝措施來改善其韌性。對(duì)于工件批量較大的厚板沖裁模， 可以用 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼做 凸 模，Cr12MoV鋼做凹模。W18Cr4V鋼的推薦熱處理工藝：122012

18、50 C 淬火；550570 C 回火3次。 W6Mo5Cr4V2鋼的推薦熱處理工藝： 11601200 C 淬火：550570 C 回火 3次。3.常用模具新鋼種為了克服高速工具鋼的缺點(diǎn)，提高使用壽命，重載沖裁模具可選用降碳降鈾高 速鋼6 W6Mo5 Cr4V (6W6)和以高速鋼成分為基礎(chǔ)，添加少量的其它元素構(gòu)成 的高強(qiáng)韌性模具鋼一基體鋼，如65Nb鋼、LD鋼、012AL鋼、CG-2鋼等等。(1)6 W6Mo5 Cr4V (6W6痢 為高強(qiáng)韌性高速鋼，由于降低了碳化物的含量和 分布均勻性，使其在保持硬度和耐磨性的同時(shí)， 抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和塑性都有 顯著提高，雖然耐磨性略低，仍可用低溫氮碳

19、共滲提高表面硬度和耐磨性。其 熱處理工藝和高速鋼W6Mo5Cr4V2相似。(2 ) 6Cr4W3Mo2VNb (65Nb)車岡65Nb車岡取自 W6Mo5CrV2車岡正常 淬火后 的基本成分，碳含量比高速鋼低，碳質(zhì)量 分?jǐn)?shù) 的中限為0.65% ,故名65Nb 。 各合金元素在鋼中的作用和在高速鋼中相似， 另加入3%的Nb可形成高穩(wěn)定 性的碳化物NbC，能有效阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，改善鋼的力學(xué)性能和工藝性能。這種鋼具有較好的耐磨性和較強(qiáng)的高溫韌性，可以代替Cr12MoV、W18Cr4V鋼，用于重載沖裁模和冷擠壓模、冷鍛模。65Nb鋼鍛造和退火工藝性能良好，熱處理溫度范圍寬，淬火溫度可以在10801

20、180 C,回火溫度在 520600 C之間選擇。當(dāng)采用比 W6Mo5CrV2鋼正 常淬火溫度低的溫度淬火后，其組織為在碳含量較低的馬氏體基體上均勻分 布有細(xì)粒狀未溶碳化物。通過熱處理參數(shù)的調(diào)整，可以得到不同的強(qiáng)度、韌性、 耐磨性配合，以適合不同模具的性能要求。65Nb鋼的熱處理工藝：10801180c鹽浴爐加熱(1520s/mm )油 淬,520560 C 回火2次，硬 度 5763 HRC。(3 ) 7Cr7Mo2V2Si (LD)鋼LD鋼含碳、 含鉆量高于 65Nb ,含鈾量也較 高。銳可細(xì)化 晶粒，提高耐磨性。因此其抗壓、抗彎強(qiáng)度和耐磨性均高于 65Nb 由于具有良好的強(qiáng)韌性和耐磨性，

21、因而適于制造各種重載模具。LD鋼的推薦熱處理工藝：850 C預(yù)熱，11001150 C淬火；油冷后530570 C 回火23次，每次12小時(shí)，硬度 5763 HRC 。(4 ) 5Cr4Mo3SiMnVAL (012AL)鋼 012AL 鋼中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0.30.7% 的鋁，目的是為了細(xì)化晶粒，提高鋼的沖擊韌性和熱加工塑性，加Si則為了強(qiáng)化基體。012AL鋼強(qiáng)韌性高，綜合性能好，通用性強(qiáng)，是冷、熱兼用型模具鋼。其抗彎強(qiáng)度及撓度高于 W18Cr4V高速鋼，代替高速鋼作模具時(shí)很少發(fā)生折斷現(xiàn) 象?？梢杂米髦泻癜辶蠜_裁模具和 各類冷、熱作模具。012AL鋼的推薦熱處理工藝：10901120 C鹽浴

22、爐加熱（30s/mm ）油 淬， 510 C 回火2次， 每次油冷2小時(shí),硬度6062 HRC 。（5 ） 6Cr4Mo3Ni2WV（CG-2）鋼CG-2鋼在成分中加 Ni ,強(qiáng)化了基體，改善了韌性和高溫性能。同時(shí)增加Mo減少 W ,以降低碳化物的偏析。CG-2鋼 具有高的強(qiáng)度和強(qiáng)韌性，在熱處理到高硬度時(shí)仍能維持良好的韌性， 較好地解決 了高硬度與韌性的合理配合。但鍛造塑性較差，退火后硬度偏高。亦可用作中厚 板料沖裁模具和各類冷、熱作模具。CG-2鋼的熱處理工藝：淬火溫度 11001140 c加熱（20s/mm ）, 油冷， 540 C 回火2次，每次 2小時(shí)，空冷，硬度 6062 HRC 。二.拉深模具材料的選用及熱處理要求表11.2.1各種板料適用的 拉深模材料由于拉深模具的失效主要為粘附磨損和磨粒磨損，并以粘附磨損為主。因此選用 的模具材料必須具有較高的耐磨性和抗粘附性能，以及足夠的強(qiáng)度。按被拉深材 料 考慮適用的拉 深模材料 可以參考表11-1。選用時(shí)還應(yīng)考慮被拉深材料的