冷作模具材料和性能要求課件

冷作模具材料和性能要求冷作模具材料和性能要求1第一節(jié)冷作模具對材料性能的要求一、使用性能要求冷作模具的受載形式拉伸、彎曲、壓縮沖擊、疲勞、摩擦冷作模具的失效形式磨損、開裂斷裂、變形、咬合、使用性能的基本要求：良好的耐磨性模具硬度應(yīng)高于工件的30%~50%模具組織應(yīng)為M回或B下加細(xì)小碳化物高強(qiáng)度σS、σ壓應(yīng)滿足模具受載要求足夠的韌性（受沖擊載荷大、易受偏心彎曲的模具）第一節(jié)冷作模具對材料性能的要求一、使用性能要求冷作模2良好的抗疲勞性：σ-1應(yīng)滿足模具的要求良好的抗咬合性能：取決于潤滑條件和成形材料的性質(zhì)二、工藝性能要求鍛造性熱鍛變形抗力低、塑性好鍛造溫度范圍寬鍛裂、冷裂及碳化物析出傾向小切削加工性切削力小、切削用量大刀具磨損小、加工表面光潔磨削加工性對砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏感不易發(fā)生磨傷與磨裂熱處理工藝性①淬透性：獲得淬硬層深度②回火穩(wěn)定性：模具鋼受熱軟化的能力③脫碳傾向、過熱敏感性④淬火變形開裂傾向良好的抗疲勞性：σ-1應(yīng)滿足模具的要求二、工藝性能要求鍛造性3三、冷作模具材料的成分特點1、鋼的含量對高耐磨的冷作模具：0.7%~2.3%C對高強(qiáng)韌性冷作模具：0.5%~0.7%C2、合金化特點加入強(qiáng)碳化物形成元素和增加淬透性的元素主要合金元素的作用：錳淬透性減小變形有回火脆硅淬透性回火穩(wěn)定性屈服強(qiáng)度過熱脫碳傾向大鉻淬透性抗氧化性耐磨性有回火脆性鎳強(qiáng)度和韌性淬透性耐蝕性有回火脆三、冷作模具材料的成分特點1、鋼的含量對高耐磨的冷作模具：04

鉬、鎢、釩：屬強(qiáng)碳化物形成元素，具有二次硬化效果，對提高鋼的回火穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性都具有顯著作用。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范冷作模具鋼綜合分類：①低淬透性冷作模具鋼②低變形冷作模具鋼③高耐磨微變形冷作模具鋼④抗沖擊冷作模具鋼⑤高強(qiáng)韌性冷作模具鋼⑥高耐磨、高韌性冷作模具鋼⑦特殊用途冷作模具鋼鉬、鎢、釩：屬強(qiáng)碳化物形成元素，具有二次硬化效果5一、低淬透性冷作模具鋼（一）碳素工具鋼1、主要性能特點優(yōu)點：價格便宜，來源方便，較高的硬度，一定的耐磨性，易于鍛造，易于軟化。缺點：淬透性差，淬火易于變形、開裂，模具壽命短。典型鋼種：T7A、T10A、T12A2、熱加工工藝1）鍛造鍛造工藝見表2~3。工藝要點：終鍛溫度不能過高，冷卻速度不宜過緩（鍛后空冷），以避免析出二次網(wǎng)狀滲碳體。一、低淬透性冷作模具鋼（一）碳素工具鋼1、主要性能特點典型鋼6無粗大或網(wǎng)狀碳化物時，采用球化退火。出現(xiàn)粗大或網(wǎng)狀碳化物時，先正火再球化退火。2）退火與正火鍛后模具毛坯應(yīng)經(jīng)預(yù)備熱處理：球化退火和正火工藝見表2-4、2-5。3）淬火與回火

碳素工具鋼淬火和回火工藝規(guī)范見表2-6，但對于具體模具應(yīng)進(jìn)行選擇。淬火溫度的選擇考慮的因素見圖2-1、2-2。

圖2-1淬火溫度對T10A鋼強(qiáng)韌性的影響

圖2-2淬火溫度對T8鋼淬硬層深度的影響無粗大或網(wǎng)狀碳化物時，采用球化退火。2）退火與正火鍛后模具毛7

綜合分析如下：

提高淬火溫度，鋼的強(qiáng)韌性下降，變形、開裂的傾向增大。但提高淬火溫度，可提高淬透性，增加硬化層深度，提高模具的承載能力。據(jù)此，碳素工具鋼制模具的淬火溫度選擇原則是：對于小型模具，可采用較低淬火溫度（760~780℃）。對于較大型模具，適當(dāng)提高淬火溫度（800~850℃）。對于形狀復(fù)雜的模具，應(yīng)采用較低淬火溫度。淬火冷卻方式的選擇冷卻方式水溶液、油冷水溶液—油、水溶液—硝鹽分級淬火、等溫淬火具體冷卻方法及適用范圍見表2-7。綜合分析如下：提高淬火溫度，鋼的強(qiáng)韌性下降，8

回火溫度選擇

淬火后應(yīng)及時回火，回火溫度根據(jù)性能要求而定。圖2-3所示為碳素工具鋼的力學(xué)性能與回火溫度的關(guān)系。圖2-3綜合分析，回火溫度確定如下：硬度要求較高時，宜采用150~200℃回火?？箯潖?qiáng)度要求較高時，宜采用220~280℃回火回火時間1~2小時回火冷卻油冷或硝鹽浴3、應(yīng)用范圍

碳素工具鋼只適宜制作尺寸較小、形狀簡單受載輕、生產(chǎn)批量不大的模具。

如：T7-輕載小型冷作模，T8-拉深模，T10-冷鐓模，T12-拉絲、切邊?；鼗饻囟冗x擇淬火后應(yīng)及時回火，回火溫度根據(jù)9（二）GCr15鋼1、主要性能特點GCr15鋼是專用軸承鋼，冶金質(zhì)量較高，與碳工鋼相比：硬度高，耐磨性好接觸疲勞強(qiáng)度高淬透性高，淬、回火變形開裂傾向小回火穩(wěn)定性高，有較高的強(qiáng)韌性使用壽命大幅提高2、熱加工工藝GCr15鋼的鍛造性能較好，工藝規(guī)程一般是：加熱溫度：1050~1100℃

始鍛溫度：1020~1080℃

終鍛溫度：850℃，鍛后緩冷。鍛造工藝不當(dāng)，碳化物將出現(xiàn)不良分布。（二）GCr15鋼1、主要性能特點GCr15鋼是專用軸承鋼，102)球化退火與正火鍛后采用等溫球化退火：加熱溫度：770~790℃，保溫2~4h。等溫溫度：690~720℃，等溫4~6h。退火后硬度：217~255HBW。鍛后若出現(xiàn)網(wǎng)狀、條狀碳化物，在退火前必須正火。正火工藝：加熱溫度930~950℃。冷卻方式小型模塊，空冷；較大模塊，鼓風(fēng)或噴霧；大型模塊，熱油中冷卻。3）淬火與回火淬火加熱溫度：830~860℃，油冷。尺寸較大或分級淬火的模具，宜選840~860℃。尺寸較小模具，宜選830~850℃。箱式爐加熱應(yīng)比鹽浴爐加熱溫度高。2)球化退火與正火鍛后采用等溫球化退火：加熱溫度：770~711

3、應(yīng)用適于制作精度要求較高的小尺寸落料模、冷擠壓模、搓絲板和成型模。二、低變形冷作模具鋼成分特點：碳工鋼+少量Gr、Mn、Si、W、V典型鋼種：CrWMn、9Mn2V、MnCrWV（一）CrWMn1、主要性能特點淬透性良好（φ40~φ50模具油中可淬透）耐磨性良好（W碳化物作用）淬火變形小易形成網(wǎng)狀碳化物，鍛造不良，韌性差2、熱加工工藝1）鍛造加熱：1100~1150℃，始鍛：1050~1100℃3、應(yīng)用二、低變形冷作模具鋼成分特點：碳工鋼+少量Gr、12終鍛：800~850℃，鍛后空冷至650℃后緩冷2)退火與正火

退火工藝：加熱790~830℃，等溫700~720℃，保溫1~2h，爐冷至550℃出爐。

鍛造不良，出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物或粗大晶粒時，需正火。

正火工藝：930~950℃保溫后空冷3)淬、回火圖2~6、2~7為CrWMn鋼的力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系：終鍛：800~850℃，鍛后空冷至650℃后緩冷2)退火與正13

綜合兩圖分析：普通淬火溫度820~840℃油冷適宜，硬度可達(dá)63~65HRC。

圖2~8為CrWMn鋼普通淬火與等溫淬火的力學(xué)性能比較。

由圖可見：要求高韌性的模具，采用等溫淬火合適。圖2~8

圖2~9、2~10、2~11為CrWMn鋼回火溫度與力學(xué)性能的關(guān)系。

由圖可見CrWMn鋼回火溫度160~200℃合適圖2~9圖2~10圖2~11綜合兩圖分析：普通淬火溫度820~840℃油冷適宜143、應(yīng)用范圍

主要用于制造要求變形小、形狀復(fù)雜的輕載沖裁模，輕載拉深、彎曲、翻邊模。CrWMn鋼碳化物易產(chǎn)生偏析的問題，生產(chǎn)中往往難以解決，造成模具使用中脆斷損壞比較嚴(yán)重，建議選用MnCrWV或9CrWMn鋼替代。（二）9Mn2V鋼1、主要性能特點

與CrWMn鋼相比，二者耐磨性相近，9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開裂的傾向性比CrWMn鋼小，但淬透性低，回火穩(wěn)定稍差。2、熱加工工藝1）鍛造始鍛：1130~1160℃，終鍛：800~850℃，空冷至650~700℃轉(zhuǎn)入爐灰中冷卻。3、應(yīng)用范圍主要用于制造要求變形小、形狀復(fù)雜的輕載沖裁152）退火加熱750~770℃/3~5h，等溫0~700℃/4~6h。3）淬、回火

圖2~11、圖2~12為9Mn2V鋼的力學(xué)性能與淬火溫度的關(guān)系。圖2~11圖2~12

由圖分析可知：9Mn2V鋼的淬火溫度范圍較寬，在840℃以下淬火，力學(xué)性能基本不變，840℃以上淬火，綜合力學(xué)性能將會下降。因此合適的淬火溫度為780~840℃，根據(jù)模具的性能要求在此范圍可適當(dāng)調(diào)整。

淬火一般采用油冷，形狀復(fù)雜的模具可用100℃熱油冷卻或硝鹽浴分級淬火。2）退火加熱750~770℃/3~5h，等溫0~16

圖2~14是回火溫度對9Mn2V鋼的硬度和沖擊韌性的影響，分析可知：

因此，9Mn2V鋼適宜的回火溫度為160~180℃。在200~250℃回火，出現(xiàn)明顯的回火脆。在200℃以上回火，硬度下降速率增大，表明回火穩(wěn)定性差。3、應(yīng)用范圍9Mn2V鋼適用于制作鋼板厚度小于4mm的冷沖模，還適合制作精密量具。圖2~14（三）其他低變形冷作模具鋼

應(yīng)用較多的低變形冷作模具鋼還有9CrWMn、MnCrWnV、SiMnMo等。往往作為CrWMn和9Mn2V的替代鋼種，使用效果良好。圖2~14是回火溫度對9Mn2V鋼的硬度和沖擊韌性的17Cr12型鋼包括Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1。其中Cr12Mo1V1屬于新型鋼種。

此類鋼從成分特點看屬于高碳高鉻鋼，從組織特點看屬于萊氏體鋼，從應(yīng)用上看，應(yīng)用廣，用量大。既有傳統(tǒng)鋼種，也有新型鋼種，典型鋼號有：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr4W2MoV.

（一）Cr12型鋼三、高耐磨微變形冷作模具鋼1、主要性能特點應(yīng)用狀態(tài)，組織中含有大量鉻的碳化物顆粒，耐磨性很高。具有高硬度、高抗壓強(qiáng)度和高承載能力。淬火變形小，通過淬火溫度的調(diào)整可達(dá)微變形程度。Cr12型鋼特點比較：Cr12碳量高達(dá)2.3%，碳化物不均勻性嚴(yán)重，脆性大；Cr12MoV碳量減少至1.5%，Mo、V加入碳化物細(xì)化，韌性增加；Cr12Mo1V1鋼Mo、V進(jìn)一步增加，碳化物更加細(xì)化，韌性更好，但鍛造性稍差，難退火。Cr12型鋼包括Cr12、Cr12MoV、Cr1182、熱加工工藝1）鍛造Cr12型鋼因是萊氏體鋼，軋制后仍殘留明顯的帶狀和網(wǎng)狀碳化物，將造成模具淬火開裂，嚴(yán)重?fù)p害鋼的力學(xué)性能，必須嚴(yán)格鍛造，使碳化物級別符合要求。（P24：表2~11為碳化物級別與力學(xué)性能的關(guān)系）鍛造工藝預(yù)熱750~850℃，加熱1050~1100℃始鍛1000~1050℃，終鍛850~900℃Cr12型鋼鍛造性能差，必須堅持多向、多次鐓拔才能使碳化物碎化并分布合理。2）退火鍛后應(yīng)及時退火。等溫退火工藝加熱850870℃/2~4h等溫740~760℃/4~6h爐冷至550℃以下出爐空冷退火后的硬度為207~255HBW，便于切削加工。2、熱加工工藝1）鍛造Cr12型鋼因是萊氏體鋼，軋制后仍193）淬火與回火圖2~15、2~16是淬火溫度對Cr12MoV鋼的組織和性能的影響。圖2~15圖2~16由圖分析可知：隨著淬火溫度升高，淬火硬度相應(yīng)增加。淬火溫度大于1050℃若再提高淬火溫度，殘留奧氏體大幅增加導(dǎo)致硬度急劇下降。淬火溫度大于1050℃淬火，奧氏體變粗，抗彎強(qiáng)度、沖擊韌度明顯降低。3）淬火與回火圖2~15、2~16是淬火溫度對Cr12M20圖2~17、2~18、2~19是回火溫度對Cr12MoV鋼力學(xué)性能的影響。圖2~17圖2~19由圖分析可見：鋼在520℃左右回火出現(xiàn)明顯的二次硬化。在200℃左右回火，其抗彎、抗壓強(qiáng)度最高。在400℃左右回火，斷裂韌度最高。圖2~17、2~18、2~19是回火溫度對Cr12MoV鋼力21

因此，Cr12型鋼的淬火、回火溫度應(yīng)根據(jù)模具的性能要求而定，一般可選用三種淬回火工藝。①低溫淬火及低溫回火淬火溫度分別為Cr12鋼950~980℃，Cr12MoV鋼為1000~1020℃，Cr12Mo1V1鋼為980~1040℃，回火都為180~200℃。性能特點：具有高的硬度、耐磨性及韌性，但抗壓強(qiáng)度較低②高溫淬火及高溫回火淬火溫度分別為：Cr12鋼為1000~1100℃，Cr12MoV鋼為1115~1130℃，Cr12Mo1V1鋼為1060~1100℃，回火都為500~520℃。性能特點：具有高耐磨性、熱硬性及較高抗壓強(qiáng)度。③中溫淬火及中溫回火主要用于Cr12MoV鋼，淬火溫度為1020~1040℃，回火400~425℃。性能特點：最好的韌性，較高的斷裂韌度。Cr12型鋼淬火可采用空冷、油冷、分級淬火，回火可采用油冷或空冷，回火次數(shù)1~3次。因此，Cr12型鋼的淬火、回火溫度應(yīng)根據(jù)模具的223、應(yīng)用范圍Cr12鋼：只適用于制造沖擊負(fù)荷小、耐磨性要求高的沖切薄硬鋼板的沖裁模。Cr12MoV和Cr12Mo1V1鋼：廣泛用于制造大截面、形狀復(fù)雜的重載模具，如切邊模、落料模、滾邊模、拉絲模。Cr12Mo1V1脆斷傾向最小，模具壽命是Cr12MoV的幾倍。（二）Cr4W2MoV鋼Cr4W2MoV鋼是新型中合金冷作模具鋼，Cr量比Cr12型鋼減少2/3，性能相近，主要特點如下：1、主要性能特點①共晶碳化物顆粒細(xì)小，分布均勻。②具有較高的淬透性和淬硬性。③具有較好的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。（具體性能指標(biāo)見教材表2~12、2~13）3、應(yīng)用范圍Cr12鋼：只適用于制造沖擊負(fù)荷小、231、熱加工工藝Cr4W2MoV鋼鍛造溫度較窄，變形抗力較大，鍛造時應(yīng)注意這點。加熱：1130~1150℃，始鍛：1040~1060℃終鍛：≥850℃，坑冷或熱砂緩冷。2）退火采用等溫退火。1）鍛造加熱：860℃/3h，爐冷至760℃等溫4~6h出爐緩冷。（球化效果良好，硬度小于241HBW）3）淬火與回火根據(jù)模具工作條件可采用兩種淬回火工藝：①要求耐磨性和熱硬性高的模具：1020~1040℃淬火，520~540℃三次回火。②要求韌性好、變形小的模具：960~980℃分級淬火，270~290℃回火二次。1、熱加工工藝Cr4W2MoV鋼鍛造溫度較窄，變24Cr4W2MoV鋼主要用于制造各種沖模、冷鐓模、落料模、冷擠凹模及搓絲板，可替代Cr12型鋼。3、應(yīng)用范圍三、其他高耐磨微變形冷作模具鋼

中合金冷作模具鋼Cr6WV：具有較好的耐磨性和韌性的配合，碳化物分布均勻，淬火變形小。主要用于制造高強(qiáng)度、高耐磨和承受一定沖擊載荷的模具，如鉆套、冷沖模及沖頭等。

中合金空冷模具鋼Cr5Mo1V：引自美國的A2開發(fā)的新鋼種，具有良好的空冷硬化性能，這對制造形狀復(fù)雜的冷沖模是極為有利，特別適于制造要求高耐性又要求好的韌性的模具，如下料模、沖頭、滾絲模、剪刀片等。（以上兩只鋼的熱處理工藝見教材表2~14）Cr4W2MoV鋼主要用于制造各種沖模、冷鐓模、落料25四、高強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼典型鋼種：即高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V21、主要性能特點成分特點：Wc：0.7%~0.9%

性能特點：具有高屈服強(qiáng)度、高抗壓強(qiáng)度、高抗彎強(qiáng)度，高耐磨性，同時具有很高的回火穩(wěn)定性和熱硬性。承載能力位于各傳統(tǒng)冷作模具鋼之首。（與Cr12MoV的性能比較見教材表2~15）

主要缺陷：軋材中存在大量的合金碳化物，并且成帶狀、網(wǎng)狀、塊狀分布，只能用改鍛的方法使之細(xì)化。其次，導(dǎo)熱性差、韌性不足，易脫碳氧化。耐磨性比較見圖2~20圖2~20四、高強(qiáng)度高耐磨冷作模具鋼典型鋼種：即高速鋼W18Cr4V、262、熱加工工藝1）鍛造

鎢系高速鋼：加熱1120~1150℃，始鍛1040~1050℃，終鍛900~950℃，鍛后坑冷、砂冷或爐冷。鉬系高速鋼：始鍛1000~1020℃，終鍛≥850℃工藝要點：應(yīng)反復(fù)鐓粗與拔長，鍛造比一般為10左右2）退火常采用等溫退火W18Cr4V鋼：加熱870~880℃/2~4h，等溫720~750℃/4~6h，隨爐冷至600~650℃出爐空冷。W6Mo5Cr4V2鋼：加熱850~860℃，其余工藝參數(shù)同上。3）淬回火

高速鋼傳統(tǒng)的用途主要用制造高速切削的各類刀具，為了滿足刀具的熱硬性和耐磨性的要求，常采用高淬高回的熱處理工藝，這種處理對于刀具雖然滿足了熱硬性和耐磨性的要求，但韌性不足。2、熱加工工藝1）鍛造鎢系高速鋼：加熱1120~127W6Mo5Cr4V2鋼經(jīng)不同淬火溫度和回火溫度的處理，其硬度和韌性的變化見圖2~21。圖2~21

由圖可見，如要求較高的韌性，采用低溫淬火工藝較合理。

因此，高速鋼用于重載模具常采用低淬低回或低淬高回的工藝。具體工藝如下：W18Cr4V鋼：1100~1250℃加熱淬火，560℃回火三次或150~250℃回火一次。W6Mo5Cr4V2鋼：1050~1200℃加熱淬火，560℃回火三次或150~250℃回火一次。經(jīng)此處理硬度約為58~64HRC，韌性良好。W6Mo5Cr4V2鋼經(jīng)不同淬火溫度和回火溫度的283、應(yīng)用范圍

高速鋼主要用來制作重負(fù)荷沖頭，如冷擠壓鋼鐵材料的凸模，冷鐓沖頭，中厚鋼板沖孔沖頭（φ10~25），直徑<5~6mm的小凸模以及用于沖裁奧氏體鋼、彈簧鋼、高強(qiáng)度鋼板的中、小凸模和粉末冶金壓模等。W6Mo5Cr4V2鋼的綜合性能優(yōu)于W18Cr4V鋼，制作重載沖頭的使用效果更好。五、抗沖擊冷作模具鋼

這類鋼化學(xué)成分接近合金調(diào)質(zhì)鋼，主加元素Mn、Si、Cr、W、Mo（見教材表2~17）。（一）鉻鎢硅系鋼典型鋼種：4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si（均已納入國標(biāo)）1、主要性能特點淬透性良好，碳化物少，組織均勻，淬火組織以板條狀馬氏體為主。3、應(yīng)用范圍高速鋼主要用來制作重負(fù)荷沖頭，如冷擠29具有高抗彎強(qiáng)度，高沖擊疲勞抗力高韌性和一的耐磨性?？箟簭?qiáng)度低，熱穩(wěn)定性差。淬火變形難以控制，脫碳敏感性較大。2、熱加工工藝1）鍛造

始鍛：1150~1180℃，終鍛：800~850℃，鍛后緩冷。2）退火

普通退火：加熱800~820℃/3~5h，爐冷至550℃出爐空冷。為了改善切削加工性可采用軟化退火（高溫回火）。

工藝：加熱710~740℃/3~6h，爐冷或空冷。3）淬火與回火具有高抗彎強(qiáng)度，高沖擊疲勞抗力高韌性和一的耐磨性。抗壓強(qiáng)度低30圖2~22為鉻鎢硅系鋼的熱處理特性：a）淬火溫度對6CrW2Si鋼的硬度和沖擊韌度的影響b）5CrW2Si鋼的淬火工藝、回火溫度對硬度的影響c）5CrW2Si鋼的淬硬層曲線d）回火溫度對6CrW2Si鋼硬度、沖擊韌度的影響

綜合分析可知：①鉻鎢硅系鋼具有較好的淬透性及明顯的強(qiáng)韌性峰值。淬硬性低的4CrW2Si鋼進(jìn)行滲碳淬火，可以獲得良好的綜合力學(xué)性能。②鉻鎢硅系鋼在300~350℃回火有輕微的回火脆，450℃左右回火可以獲得較高的沖擊韌度。因此回火工藝有兩種選擇，即20~250℃低回和430~470℃中回。圖2~22為鉻鎢硅系鋼的熱處理特性：a）淬火溫度對6CrW231鉻鎢硅系鋼適宜的淬回火工藝為：淬火加熱：860~900℃油冷，淬火硬度53~57HRC回火加熱消除應(yīng)力，穩(wěn)定組織：200~250℃，53~58HRC良好韌性：430~470℃，45~50HRC3、應(yīng)用范圍4CrW2Si鋼：主要制造大中型重載冷鐓沖頭及精壓模5CrW2Si鋼：主要制造重載冷剪刀片、中厚鋼板穿孔沖頭及風(fēng)動工具等。6CrW2Si鋼：常用于耐磨和強(qiáng)度要求較高的重載沖模、壓模。（二）9SiCr

該鋼是傳統(tǒng)的低合金工具鋼，廣泛用于制造薄刃具，也多用于制造形狀復(fù)雜的輕載冷沖模。鉻鎢硅系鋼適宜的淬回火工藝為：淬火加熱：860~900℃油冷32主要性能特點：具有較好的淬透性和回火穩(wěn)定性。碳化物顆粒細(xì)小，組織均勻。淬火變形較小。脫碳傾向大。淬回火工藝：

圖2~23為淬、回火溫度對9SiCr鋼的力學(xué)性能的影響綜合分析可知，適宜的淬回火工藝為：主要性能特點：具有較好的淬透性和回火穩(wěn)定性。碳化物顆粒細(xì)小，33淬火工藝：加熱860~880℃油冷、分級?；鼗鸸に嚕孩儆捕纫鬄?2~64HRC時，取180~220℃回火。②硬度要求為56~58HRC時，取280~320℃回火。③硬度要求為54~56HRC時，取350~400℃回火。應(yīng)用范圍：

主要用于制造形狀復(fù)雜、變形小，耐磨性要求較高的冷作模具，如沖模、打印模、搓絲板、冷軋輥等。（三）其他抗沖擊冷作模具鋼

典型的合金彈簧鋼60Si2Mn常作為抗沖擊工具、模具使用，如標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)中的冷鐓模沖頭、螺母冷鐓模具等。（抗沖擊冷作模具鋼的常規(guī)熱處理工藝見教材表2~18）淬火工藝：加熱860~880℃油冷、分級?；鼗鸸に嚕孩儆捕纫?4六、高強(qiáng)韌性冷作模具鋼

低合金鋼、不銹鋼和軸承鋼冷擠壓技術(shù)的發(fā)展對冷作模具鋼擔(dān)出了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且還要有高韌性。能夠滿足這些性能要求的只有近年來研制的降碳高速鋼、基體鋼、低合金高強(qiáng)度鋼、馬氏體時效鋼等。其典型鋼種的牌號及成分見教材表2~29。（一）降碳高速鋼6W6Mo5Cr4V（6W6）1、主要性能特點

與高速鋼比較碳、釩含量減少較多，使得碳化物總量減少，碳化物不均勻性得到改善。

淬火硬化狀態(tài)的抗彎強(qiáng)度和塑性提高了30%~50%，沖擊韌度提高了50%~100%，硬度降低了2~3HC。易脫碳，耐磨性稍差。六、高強(qiáng)韌性冷作模具鋼低合金鋼、不銹鋼和軸承鋼冷352、熱加工工藝1）鍛造始鍛溫度：1050~1100℃，終鍛溫度：850~900℃，鍛后緩冷。2）退火可按高速鋼進(jìn)行。3）淬回火圖2~24是淬、回火溫度對6W6鋼的力學(xué)性能的影響：圖2~24

由圖分析可知：為了獲得良好的韌性和較高的耐磨性，可采用較低溫度淬火和較高的回火溫度，即：

加熱1180~1200℃油淬，回火三次。2、熱加工工藝1）鍛造始鍛溫度：1050~11363、應(yīng)用范圍6W6鋼主要用于取代高速鋼或Cr12型鋼制作易于脆斷或開裂的冷擠壓凸模或冷鐓模，壽命可提高2~10倍；用于大規(guī)格的圓鋼下料剪刀壽命可提高10倍。（二）基體鋼是指具有高速鋼正常淬火時基體成分的鋼。典型鋼種：65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）7Cr7Mo2V2Si（LD）5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)1、65Nb鋼

（1）主要性能特點具有高速鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，又有較好的韌性。鋼的工藝性能得到很大改善，直徑小于50mm的鋼軋材坯料不需改鍛，仍可獲得滿意的性能和壽命。3、應(yīng)用范圍6W6鋼主要用于取代高速鋼或Cr1237（2）熱加工工藝1）鍛造始鍛：1080~1120℃，終鍛：900~850℃，鍛后緩冷。2）退火加熱860℃/730~740℃等溫。

該鋼退火易軟化，延長等溫時間，硬度可降至180HBW，為模具的冷擠壓成型提供了條件。3）淬火與回火圖2~25是淬火溫度對65Nb鋼力學(xué)性能的影響

由圖可見，當(dāng)淬火溫度大于1180℃，晶粒粗化，殘余奧氏體增加，硬度、強(qiáng)度下降。適宜淬火溫度為：1080~1180℃回火溫度與力學(xué)性能的關(guān)系見教材表2~20。由于有二次硬化現(xiàn)象，65Nb鋼一般采用高溫回火，回火溫度為520~580℃/1~2h，二次。圖2~25（2）熱加工工藝1）鍛造始鍛：10838

生產(chǎn)中常根據(jù)模具的不同用途，采用不同的淬、回火工藝，具體工藝方案及性能見教材表2~21。（3）應(yīng)用范圍65Nb鋼適于制作形狀復(fù)雜的非鐵金屬擠壓模、冷沖模、冷剪模及單位壓力為2500MPa左右的鋼鐵材料冷擠壓模具，也可用于軸承、標(biāo)準(zhǔn)件、汽車行業(yè)中的鍛模、沖模及剪切模具可獲得高的使用壽命。2、7Cr7Mo2V2Si（LD）

該鋼不含鎢，鉻、鉬、釩含量都高于高速鋼基體，二次硬化強(qiáng)烈，淬透性提高，晶粒細(xì)化。所以，該鋼性能優(yōu)于Cr12型鋼、高速鋼、，具有高強(qiáng)度、高韌性和高耐磨性。其次是冷熱加工工藝性良好，通用性強(qiáng)。（1）主要性能特點生產(chǎn)中常根據(jù)模具的不同用途，采用不同的淬、回火工藝，39（2）熱加工工藝1）鍛造宜緩慢加熱，鍛造溫度嚴(yán)格控制在1130~1150℃，終鍛溫度為850℃，鍛后砂冷。2）退火采用球化退火。加熱840~860℃/2h，等溫700~720℃/4~6h，緩冷至400℃以下出爐空冷。3）淬火與回火LD鋼淬火溫度與硬度、晶粒度、殘留奧氏體量的關(guān)系及回火硬度見教材表2~22、2~23。

綜合分析：淬火溫度為1100~1150℃。淬后有34%的殘留奧氏體。

回火溫度540~570℃/1~2h，回火2~3次。高韌性要求的模具，也可以采用低淬低回工藝。

（3）應(yīng)用范圍

廣泛用于冷擠、冷鐓、沖壓和彎曲等冷作模具的制造，其壽命可比高鉻鋼、高速鋼提高幾倍到幾十倍。（2）熱加工工藝1）鍛造宜緩慢加熱，鍛造溫度403、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)（1）主要性能特點碳量較低，為0.47%~0.57%。強(qiáng)韌性高，熱疲勞性好。是冷、熱兼用型模具鋼。滲碳性能良好，可通過滲氮進(jìn)一步提高耐磨性。（2）熱加工工藝該鋼導(dǎo)熱性差，變形抗力大，鍛造較為困難。鍛造工藝：加熱1100~1140℃，始鍛1050~1100℃

終鍛850℃以上，鍛后砂冷。

退火工藝：加熱850~870℃/4h，爐冷至710~720℃/6h，保溫結(jié)束爐冷至550℃出爐空冷。

淬火工藝：用于冷作模具最佳工藝為500℃和800℃二次預(yù)熱，鹽浴加熱1090~1120℃油淬。3、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)（1）主要性能41

回火工藝：510℃回火二次，每次2h油冷?；鼗鹩捕葹?0~62HRC。（3）應(yīng)用范圍012Al用于冷作模具，主要替代Cr12MoV鋼制作冷鐓模、中厚鋼板凸模、搓絲板、內(nèi)六角凸模、切邊模等，使用壽命比Cr12MoV鋼大幅提高。（三）6CrNiSiMnMoV（GD）

基體鋼的缺陷是：合金化程度高，鋼材成本較大。淬火溫度區(qū)間都較窄，一般不能用箱式電阻爐加熱，限制了該項鋼在中小企業(yè)的推廣使用。GD鋼就是針對上述缺陷研制的新鋼種。

主要性能特點：①鋼的韌性、抗壓強(qiáng)度等性能顯著優(yōu)于CrWMn和Cr12MoV鋼，但耐磨性略低于Cr12MoV。②碳化物偏析小，可以不改鍛，下料后直接使用?；鼗鸸に嚕?10℃回火二次，每次2h油冷。回火硬度為42③淬透性良好，空冷可以淬硬，淬火變形小。④淬火加熱溫度低，區(qū)間寬，可采用油淬、風(fēng)冷及火焰加熱淬火，回火溫度也低，利于節(jié)能。⑤淬硬性良好，油淬硬度可達(dá)64~65HRC，空淬硬度可達(dá)60~61HRC最佳熱處理工藝：

淬火加熱870~930℃，回火175~230℃/2h一次。

應(yīng)用范圍：GD鋼主要替代CrWMn、Cr12型鋼、9Mn2V、6CrW2Si鋼制造各種異形、細(xì)長薄片冷沖凸模，形狀復(fù)雜的大型凸凹模，中厚鋼板沖裁模、剪刀片及精密淬硬型塑料模具等。（四）7CrSiMnMoV（CH-1）CH-1鋼又稱火焰淬火鋼，也稱低合金空淬模具鋼。是為適應(yīng)大型、特大型模具的熱處理要求、縮短制造周期、節(jié)約生產(chǎn)成本而研制的新鋼種。③淬透性良好，空冷可以淬硬，淬火變形小。最佳熱處理工藝：43主要性能特點：①具有高強(qiáng)韌性（參見教材表2~26）。②耐磨性良好（見下圖）。CH-1鋼耐磨性比較③淬火溫度范圍很寬，在860~960℃范圍內(nèi)變化，利于火焰加熱淬火。④淬透性好，淬硬性高，熱處理變形小，空冷后硬度可達(dá)60HRC以上。⑤碳化物偏析小，塑性變形抗力低，鍛造性能良好。⑥焊接工藝性好，能滿足沖模的焊補(bǔ)要求。應(yīng)用范圍：

主要用于大型、形狀復(fù)雜的多孔位薄板冷沖模，如汽車覆蓋件冷沖模，也可以替代Cr12MoV鋼制造強(qiáng)韌性要求高的冷作模具。主要性能特點：①具有高強(qiáng)韌性（參見教材表2~26）。44（五）8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）8Cr2S鋼又稱易切削精密冷作模具鋼，主要性能特點如下：①淬透性、淬硬性良好，100mm的圓鋼空淬或硝鹽分級淬火，硬度可達(dá)61~64HRC。②熱處理工藝簡單，作為預(yù)硬鋼的熱處理工藝為：（860~880）℃×2min/mm空冷，（550~620）℃×2h回火。作為高硬態(tài)模具的熱處理工藝為：860~900℃空淬，160~250℃回火。③具有較高的強(qiáng)韌性（見教材表2~28）。④切削加工性良好，退火態(tài)可比一般工模具鋼縮短加工工時30%以上，硬度為40~45HRC的調(diào)質(zhì)狀態(tài)仍可采用高速鋼刀具順利地進(jìn)行車、銑、刨、鉆、鏜攻螺紋等常規(guī)加工。⑤熱處理變形小。⑥具有良好的表面熱處理性能。（五）8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）8Cr2S45應(yīng)用范圍：①作為預(yù)硬鋼，適于制作精密的塑料模、膠木模和印刷電路板沖孔模，與其他模具鋼相比，配合精度提高，使用壽命提高。②作為高硬態(tài)鋼，主要制作精密零件的沖裁模，如手表零件、電子零件的沖裁模，壽命較傳統(tǒng)模具鋼都有大幅提高。（高強(qiáng)韌性冷作模具鋼的熱處理規(guī)范見教材表2~29）七、高耐磨高韌性冷靜作模具鋼

高強(qiáng)韌性冷作模具鋼由于鋼中含碳量的減少，耐磨性不如高鉻鋼和高速鋼，高耐磨、高強(qiáng)韌性冷作模具鋼彌補(bǔ)了這類鋼不足。典型鋼種：

9Cr6W3Mo2V2（GM）Cr8MoWV3（ER5）應(yīng)用范圍：①作為預(yù)硬鋼，適于制作精密的塑料模、膠木46（一）GM鋼1、主要性能特點

與高鉻鋼、高速鋼相比，碳化物不均勻程度大大降低，晶粒細(xì)化，強(qiáng)度、韌性提高，具有最佳的耐磨性和強(qiáng)韌性配合。（見教材表2~31）2、熱加工工藝

（1）鍛造加熱1100~1150℃，始鍛1100℃，終鍛850~900℃，鍛后緩冷并及時退火。（加熱要緩，錘擊時應(yīng)按輕—重—輕法則操作）

（2）退火采用球化退火。加熱850~870℃/3h，爐冷至730~750℃/4~6h，爐冷至500℃出爐。（3）淬火與回火

圖2~27

淬火溫度對GM鋼硬度的影響見圖2~27。（一）GM鋼1、主要性能特點與高鉻鋼、高速鋼相比，47淬火溫度對GM鋼殘留奧氏體量的影響見圖2~28。

淬火溫度對GM鋼奧氏體晶粒尺寸的影響見圖2~29。

圖2~28

圖2~29

由圖分析可知：GM鋼有較寬的淬火溫度，淬火后晶粒細(xì)小，殘留奧氏體量少。通常淬火溫度為：1080~1120℃，油淬。

淬火硬度為：64~66HRC。回火溫度對GM鋼硬度的影響見圖2~30。淬火溫度對GM鋼殘留奧氏體量的影響見圖2~28。淬火溫度對48

圖2~30

由圖可見，GM鋼二次硬化能力顯著高于Cr12型鋼，接近高速鋼水平，硬化峰值范圍寬，說明回火穩(wěn)定性高。GM鋼適宜的回火溫度為：520~540℃/2h，回火2次.3、應(yīng)用范圍

主要用于多工位級進(jìn)模、高強(qiáng)度螺栓滾絲模和電機(jī)轉(zhuǎn)子片復(fù)式?jīng)_模等，其壽命比65Nb鋼和Cr12MoV鋼提高2~6倍以上。（二）ER5鋼1、主要性能特點

與基體鋼相比，ER5鋼提高了C、V、Cr、Mo、W等碳化物元素的含量，因此，在保持高韌性的同時，耐磨性比基體鋼、GM鋼好，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過Cr12MoV（見教材表2~32、2~33）。圖2~30由圖可見，GM鋼二次硬化能力顯著高于C492、熱加工工藝

鍛造：鍛造性能良好，始鍛1150℃，終鍛≥900℃。

退火：860℃/2h，冷至760℃/4h，爐冷至500℃以下出爐空冷，硬度為220~240HBW。

淬火與回火：淬火溫度寬，二次硬化效果好，熱處理變形小。一般工工藝為1120℃加熱，550℃三次回火。

應(yīng)用范圍：適于制作大型重載冷鐓模、精密冷沖模等。如用ER5制作的電動機(jī)硅鋼片沖模，總壽命達(dá)500萬次。八、特殊用途冷作模具鋼耐蝕冷作模鋼：9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo等。

這類鋼的成分特點是高碳高鉻，淬火后馬氏體中含鉻量高達(dá)12%，所以，既有高的耐磨性又有良好的耐蝕性能，主要用來制作耐蝕塑料模具。無磁模具鋼：7Mn15Cr2Al3V2WMo2、熱加工工藝鍛造：鍛造性能良好，始鍛1150℃，終鍛≥950

該鋼錳含量高，在使用狀態(tài)呈穩(wěn)定的奧氏體組織，所以導(dǎo)磁率非常低，在磁場中不被磁化，主要用來制造磁性材料的成型模具和無磁軸承。

熱處理工藝：1170℃固溶淬火，650~750℃時效15h，可獲得較高強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但切削加工性較差。九、硬質(zhì)合金種類：金屬陶瓷硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金1、金屬陶瓷硬質(zhì)合金成分：碳化物粉末（WC、TiC)+粘結(jié)劑（Co、Ni）

性能特點：具有高硬度、高抗壓強(qiáng)度和高耐磨性，脆性大，不能進(jìn)行鍛造、熱處理及切削加工。

應(yīng)用：用于冷沖模的硬質(zhì)合金一般是鎢鈷類（Co+WC），主要用于制作多工位級進(jìn)模、大直徑拉深凹模的鑲塊。（鎢鈷類硬質(zhì)合金的力學(xué)性能見教材表2~34）該鋼錳含量高，在使用狀態(tài)呈穩(wěn)定的奧氏體組織，所以導(dǎo)磁512、鋼結(jié)硬質(zhì)合金鋼結(jié)硬質(zhì)合金與金屬陶瓷硬質(zhì)合金比較：①粘結(jié)劑為合金鋼粉末。②力學(xué)性能特點相同，但鋼結(jié)硬質(zhì)合金具有可加工性和熱處理性。典型牌號：GT35、TLMW50、DT其中DT合金是較理想的有代表性的工模具材料（1）DT合金的力學(xué)性能（見教材表2~35）

具有高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度，又有一定的韌性，還具有較好的抗熱裂能力，不易出現(xiàn)崩刃、碎裂等。（2）DT合金的熱加工特性

等溫球化退火工藝：860~880℃/2~3h，爐冷，700~720℃/6h，爐冷至550℃以下出爐空冷。

淬火、回火工藝：預(yù)熱800~850℃，加熱1000~1020℃油淬。2、鋼結(jié)硬質(zhì)合金鋼結(jié)硬質(zhì)合金與金屬陶瓷硬質(zhì)合金比較：52

回火溫度取決于合金鋼基體的成分，一般采用低溫回火或高溫回火，回火時間為2h。鍛造工藝：

經(jīng)燒結(jié)態(tài)的合金必須經(jīng)過鍛造成形，提高合金密度，降低碳化物偏析。DT合金導(dǎo)熱性差，預(yù)熱要充分，加熱要緩慢均勻，要防止氧化脫碳，變形量控制在5%，采用輕錘快打，防止鍛裂。鍛后要緩冷，嚴(yán)禁水冷、空冷。

工藝為：預(yù)熱700~800℃，始鍛1150~1200℃，終鍛880~900℃。（3）DT合金的切削加工①DT合金退火后能夠進(jìn)行各種切削加工，但加工難易與加工工藝參數(shù)有很大的關(guān)系。②磨削加工時，應(yīng)采用高轉(zhuǎn)速，小磨削量，并供給充足的冷卻液，磨削退火工件，采用干磨合適。③電加工后，一般要采用二次回火來消除硬化層，并仔細(xì)研磨電加工面?；鼗饻囟热Q于合金鋼基體的成分，一般采用低鍛造工藝：53（4）DT合金的應(yīng)用DT合金性能優(yōu)越，現(xiàn)已越來越多地用于制造冷鐓模具、冷擠壓模具、沖裁模具、拉深模具等，使用壽命比高速鋼和高鉻鋼提高幾倍到幾十倍。DT合金價格比合金鋼貴幾倍，小批量生產(chǎn)時，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益不明顯。為了節(jié)約材料，制作模具時，一般采用鑲套、焊接、粘結(jié)和機(jī)械組合連接的方法。第三節(jié)冷作模具的選材一、冷作模具的選材原則1、滿足模具的使用性能要求

根據(jù)模具的工作條件、結(jié)構(gòu)尺寸和生產(chǎn)批量確定所選材料應(yīng)具備的主要性能指標(biāo)。2、滿足模具的工藝性能要求

根據(jù)模具的制造工藝方法、尺寸大小、精度要求等，要考慮所選用的模具材料是否能滿足模具制造的各種工藝性能要求。（4）DT合金的應(yīng)用DT合金性能優(yōu)越，現(xiàn)已越來越54

如：可鍛性、可加工性、焊接性、淬透性、氧化脫碳傾向、淬火變形和開裂傾向等。3、經(jīng)濟(jì)性盡可能選用價格低廉、貨源豐富、供應(yīng)方便的材料。

二、常用冷作模具的材料選用（一）冷沖裁模1、工作條件及失效形式?jīng)_裁模工作部位受力情況如圖2~31圖2~31

由圖分析可知：沖裁模刃口在側(cè)向壓力F的作用下，刃口部位受到很大的彎曲應(yīng)力，其次刃口部位受到?jīng)_擊和強(qiáng)烈的磨擦。工作條件：失效形式：①磨損刃口磨損到一定的程度會使沖裁件產(chǎn)生毛剌，為使刃口鋒利，需磨削，多次刃磨，導(dǎo)致失效。如：可鍛性、可加工性、焊接性、淬透性、氧化脫碳傾55②崩刃、凸模折斷安裝不良、沖裁工藝執(zhí)行不嚴(yán)或熱處理不當(dāng)導(dǎo)致這類非正常失效。性能要求：①高硬度、高耐磨性。②足夠的抗彎、抗壓強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)捻g性。

板料厚度不同，要求不同。薄板以高精度、高耐磨為主；厚板以高耐磨、高強(qiáng)韌性為主。凸凹模要求也有差異，對凹模來說，抗壓強(qiáng)度和韌性比凸模高。2、冷沖裁模材料選用選材考慮的因素：產(chǎn)品的形狀和尺寸、被沖材料特性、工作載荷大小、失效形式、生產(chǎn)批量、模具成本等。②崩刃、凸模折斷安裝不良、沖裁工藝執(zhí)行不嚴(yán)或熱56一般選用概況：

對于形狀簡單、載荷輕的沖裁模:選用碳素工具鋼，如T10A。

對于形狀復(fù)雜、尺寸較大、載荷較輕、精度較高：選用低合金工具鋼，如9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV等。

對于大中型模具：可選用高耐磨、高淬透性、變形小的高碳中鉻鋼、高鉻鋼、高速鋼、基體鋼和高強(qiáng)韌性低合金冷作模具鋼。

對于大量生產(chǎn)的冷沖裁模：選用硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金。

選材時應(yīng)重視新型冷作模具材料的使用，選用時可參照教材表2~38。

冷作模具的材料選用實例可參考教材表2~37。一般選用概況：對于形狀簡單、載荷輕的沖裁模:選57

沖裁模輔助零件的選材及熱處理要求參見教材表2~39，不同的冷沖裁模具，差異性不大。（二）冷鐓模具的選材1、工作條件和失效形式工作條件：①沖擊力大，單位沖擊壓力可達(dá)2000~2500MPa并且沖擊頻率高。②凹模型腔表面和凸模工作表面受強(qiáng)烈的沖擊摩擦，工作溫度可達(dá)300℃左右。③材料的不均、坯料端面不平、鐓機(jī)調(diào)整精度不夠，沖頭還受到彎曲應(yīng)力。失效形式：①擦傷沖頭和凹模工作表面出現(xiàn)溝痕或磨損。②崩落坯料金屬粘附在凹模上，致使凸模偏載，使局部區(qū)域成塊崩落。沖裁模輔助零件的選材及熱處理要求參見教材表2~39，58③脆性開裂常見冷鐓凹模，一是擦傷和崩落處，二是整個截面淬硬或非金屬夾雜物偏析造成脆性開裂。④硬度不足，或硬化層過淺而凹陷，或因尺寸超差而過早報廢。主要失效形式：擦傷和脆性開裂性能要求：

足夠的抗壓強(qiáng)度和耐磨性。尤其是冷鐓凹模，需要良好的強(qiáng)韌性配合，硬化層控制在1.5~4mm，硬度58~62HRC，心部需韌性較好的索氏體組織，不能整個截面淬硬。2、冷鐓模材料選用

選材考慮因素：模具零件受力情況、截面大小、硬化層要求、批量大小等。一般選材情況：①對于輕載小型凹模，硬化層要求不深時可選用T10A鋼；硬化層要求較深時，選用低合金工具鋼。③脆性開裂常見冷鐓凹模，一是擦傷和崩落處，二是整59②對于受載較重、形狀復(fù)雜的凹模，可選用高鉻中碳鋼或高速鋼、基體鋼制作的嵌鑲塊嵌入模套內(nèi)，模套則采用韌性較好的材料。③產(chǎn)量超過20萬件以上時，可選用鎢鈷類硬質(zhì)合金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金制成的嵌鑲模塊。冷鐓凸模的材料：

輕載時，大多采用T10A或低合金工具鋼；重載時，采用與凹模相同的材料制成模塊式鑲拼模具。

冷鐓模具的選材實例和輔助零件的選材可參考教材表2~40。（三）冷擠壓模具的選材1、冷擠壓模的工作條件和失效形式工作條件：①變形抗力大。擠壓非鐵金屬時，模具截面上的平均壓應(yīng)力可達(dá)1000MPa以上；正擠壓鋼材時，可達(dá)2000~2500MPa；反擠壓時可達(dá)3000~3500MPa。②對于受載較重、形狀復(fù)雜的凹模，可選用高鉻中碳鋼或60①模具表面反復(fù)受到劇烈摩擦，使接觸面磨損大，并且模具溫升最低溫度可達(dá)160~180℃，最高可達(dá)300~400℃。②凸模比凹模工作條件更繁重，往往受到偏心載荷，致使沖頭受到很大的彎曲應(yīng)力作用。③沖頭在脫模時還受到拉應(yīng)力的作用。失效形式：

擦傷磨損或氧化磨損。凸模斷裂裝配不良導(dǎo)致折斷模所受應(yīng)力超過材料的屈服極限產(chǎn)生“劈裂”（見下圖a）脫模時，拉應(yīng)力使模端部折斷，產(chǎn)生“脫帽”斷裂（見下圖b）①模具表面反復(fù)受到劇烈摩擦，使接觸面磨損大，并且模具61性能要求：

必須具有高強(qiáng)韌性、良好的耐磨性、足夠的回火穩(wěn)定性和耐熱疲勞性。1、冷擠壓模具的材料選用①擠壓力較小、批量不大的正擠壓模具，可選用碳素工具鋼和低合金工具鋼。②擠壓力較大的正擠壓模具，普遍采用Cr12型鋼，但鍛造、熱處理不良時，脆斷傾向大，模具壽命短。③承受高負(fù)荷的反擠壓凸模，可選用高速鋼，但也有脆斷問題，可用低溫淬火來提高脆斷抗力。④擠壓力較大、批量也較大的冷擠壓凸模，選用降碳高速鋼和基體鋼使用效果良好。⑤對于大批量生產(chǎn)的冷擠壓模具，應(yīng)采用硬質(zhì)全金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金。（選材示例可參考教材表2~41）性能要求：必須具有高強(qiáng)韌性、良好的耐磨性、足夠的回火穩(wěn)62（四）冷拉深、拉絲模具1、拉深模具工作條件：

凹模承受強(qiáng)烈摩擦和徑向拉應(yīng)力；凸模主要承受軸向壓縮力和摩擦力的作用。工作表面溫度可達(dá)400~500℃。失效形式：

被拉深材料撕落粘附在模具表面，形成凹凸不平的傷痕或粘結(jié)成瘤，使拉深產(chǎn)品表面質(zhì)量降低或成廢品。性能要求：具有高的強(qiáng)度和耐磨性。材料選用：

對中小模具，可選用T10A和低合金工具鋼；對大中型模具，可采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵，批量大時，磨損部位采用較好合金鋼鑲塊硬質(zhì)合金。（四）冷拉深、拉絲模具1、拉深模具工作條件：凹模承63防止粘附措施：拉深鋁、銅合金和碳素鋼時，凸、凹模應(yīng)滲氮或鍍鉻。拉深奧氏體不銹鋼時，凹模應(yīng)采用鋁青銅材料。高碳中鉻鋼和高碳高鉻鋼作拉深凹模時，應(yīng)進(jìn)行滲氮和拋光。（拉深模材料選用參照表2~42）2、拉絲模

拉絲變形量小，主要是刃口部分承受強(qiáng)烈的摩擦和徑向彎曲力。失效形式主要是磨損和崩刃，要求高硬度和耐磨性以及良好的抗粘附性能。

材料選用，主要根據(jù)被加工材料的類型、線徑大小生產(chǎn)批量等選用常用合金模具鋼、硬質(zhì)合金、人造金剛石等。（具體選用可參照表2~43）防止粘附措施：拉深鋁、銅合金和碳素鋼時，凸、凹模應(yīng)滲氮或鍍鉻64第四節(jié)冷作模具的鍛造與熱處理一、冷作模具材料的鍛造

鍛造目的：提高材料的致密度和均勻性、細(xì)化組織、獲得合理的流線分布等。1、高碳高合金鋼的鍛造工藝操作要點：①加熱和冷卻應(yīng)均勻緩慢，大尺寸坯料應(yīng)先預(yù)熱再加熱。②嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍，力爭一火鍛成。③鍛造工具圓角要大些，錘頭與錘砧要預(yù)熱200~300℃。④操作要領(lǐng)應(yīng)遵循“二輕一重”和“兩均勻”的原則。⑤盡量避免沖孔和擴(kuò)孔。

為了控制鍛造質(zhì)量，還應(yīng)重視鍛造方法、鍛造比和鍛錘噸位的選擇。第四節(jié)冷作模具的鍛造與熱處理一、冷作模具材料的鍛造652、鋼結(jié)硬質(zhì)合金的鍛造工藝要點：鋼結(jié)硬質(zhì)合金坯料在鍛前應(yīng)進(jìn)行球化退火，坯料上的尖角、棱角應(yīng)磨圓。鍛錘噸位選擇要合適，參照表2-44。錘頭、錘砧、工具和胎模鍛前需預(yù)熱。鍛造比不宜過大，一般大于2，注意采用“二輕一重”的操作要領(lǐng)。1~3火一般進(jìn)行鐓粗和拔長，拔長宜在V形鐵砧或胎模中進(jìn)行。二、冷作模具的熱處理技術(shù)1、冷作模具的制造工藝路線

一般冷作模具：鍛造球化退火機(jī)械粗加工淬火與回火鉗修裝配。2、鋼結(jié)硬質(zhì)合金的鍛造工藝要點：鋼結(jié)硬質(zhì)合金坯料在鍛前應(yīng)進(jìn)行66

成形磨削及電加工冷作模具：鍛造球化退火機(jī)械粗加工淬火與回火機(jī)械加工或電加工成形鉗修裝配。

高精度冷作模具：鍛造球化退火機(jī)械粗加工去應(yīng)力退火或調(diào)質(zhì)加工成形淬火與回火鉗工修配。熱處理工序安排應(yīng)注意以下幾點：①對于高精度要求的模具為減少熱處理變形，常在機(jī)械加工之后安排高溫回火或調(diào)質(zhì)處理。②對于線切割加工模具，為防止線切割時變形開裂，其淬回火常采用分級淬火或多次回火和高溫回火。

③為了保持模具尺寸的穩(wěn)定性，線切割之后應(yīng)及時再回火2、冷作模具的淬火成形磨削及電加工冷作模具：鍛造球67（1）合理選擇淬火加熱溫度

對于具體模具，在加熱工藝規(guī)范的基礎(chǔ)上要作精細(xì)選擇，選擇的依據(jù)主要是模具的使用性能要求。

如保證淬透、淬硬或較高的熱硬性，應(yīng)選擇較高的淬火加熱溫度；如要求較高的韌性和耐磨性，應(yīng)選擇較低的淬加熱溫度。（2）合理選擇淬火保溫時間

生產(chǎn)中常采用到溫入爐的方法加熱，淬火保溫時間可按以下經(jīng)驗公式確定：t=αDt淬火保溫時間（min或s）α加熱系數(shù)（min/mm或s/mm），見表2-45。D工件有效厚度（mm）（1）合理選擇淬火加熱溫度對于具體模具，在加熱工藝68

經(jīng)驗公式僅作為參考，生產(chǎn)中必須具體情況具體分析，對于形狀復(fù)雜的模具有時要通過實驗來確定淬火保溫時間。（3）合理選擇淬火介質(zhì)

一般：高合金冷作模具鋼，采用較緩的淬火冷卻介質(zhì)；碳素工具鋼和低合金工具鋼模具采用雙介質(zhì)淬火。

市場上有不少新型的淬火冷卻介質(zhì)，如三硝水溶液、氯化鋅堿溶液、氯化鈣水溶液等，選擇適當(dāng)可以提高淬火質(zhì)量。（4）采用合適的淬火加熱保護(hù)措施主要是防止氧化、脫碳，常用的方法有：①鹽浴加熱法②裝箱保護(hù)法③涂料保護(hù)法④包裝保護(hù)法3、冷作模具的強(qiáng)韌化處理工藝（1）低溫淬火工藝經(jīng)驗公式僅作為參考，生產(chǎn)中必須具體情況具體分析，對于69相對于于傳統(tǒng)淬火工藝進(jìn)行的淬火操作。工藝特點：相對傳統(tǒng)淬火加熱溫度低20~30℃。

性能特點：提高韌性和沖擊疲勞抗力，降低冷作模具脆斷、脆裂傾向性。典型冷作模具鋼低淬低回工藝見表2-46（2）高溫淬火工藝

對于某些冷模鋼，如T7A~TI0A、GCr15等，采用高于傳統(tǒng)工藝淬火溫度淬火，可使模具獲得較高斷裂韌性和耐磨性，從而提高模具壽命。（3）微細(xì)化處理工藝即細(xì)化基體組織和碳化物，提高模具壽命的方法四步熱處理法：高溫淬火+高溫回火+低溫淬火+低溫回火

如9Mn2V:820℃油冷+650℃回火+750℃油冷+200℃回火。相對于于傳統(tǒng)淬火工藝進(jìn)行的淬火操作。工藝特點：相對傳統(tǒng)淬火加70循環(huán)超細(xì)化處理

加熱Ac1（Acm）+10~20℃加熱Ac1（Acm）+10~20℃……

如Cr12MoV鋼：1150℃加熱油淬+650℃回火+1000℃加熱油淬+650℃回火+1030℃加熱油淬+170℃等溫30min空冷+170℃回火.（4）分級淬火和等溫淬火

是模具最重要的強(qiáng)韌性化方法，可以減少模具的變形和開裂.

冷作模具鋼的分級淬火和等溫淬火工藝及應(yīng)用范圍見表2—47.（5）其他強(qiáng)韌化處理方法

主要是：形變熱處理、噴液淬火、快速加熱淬火、消除鏈狀碳化物組織的預(yù)處理工藝等。循環(huán)超細(xì)化處理加熱Ac1（Acm）+10~20℃714、主要冷作模具的熱處理特點（1）沖裁模對于薄板沖裁模

在工藝上應(yīng)保證熱處理變形小、不開裂和高硬度。通常根據(jù)模材類型采用不同的減少變形的熱處理方法。如，雙液淬火工藝、堿浴淬火工藝、低溫淬火工藝、快速加熱分級淬火、恒溫預(yù)冷工藝、等溫淬火等。以上工藝方法的具體應(yīng)用參考表2-48。對于重載冷沖模

由于失效形式是崩刃和折斷，熱處理工藝上應(yīng)保證模具獲得高強(qiáng)韌性。通常采用的熱處理方法有：細(xì)化奧氏體晶粒處理、細(xì)化碳化物處理、貝氏體等溫淬火、循環(huán)超細(xì)化處理、低溫淬火等方法。4、主要冷作模具的熱處理特點（1）沖裁模對于薄板沖裁模72對于冷剪刀

冷剪刀由于工作條件的差異，工作硬度范圍較寬，但都要求刀刃抗沖擊能力好。為了減小淬火內(nèi)應(yīng)力，通常采用的淬火方法是：

熱浴淬火。即堿浴、鹽浴和熱油，溫度一般在100~180℃范圍。

間斷淬火。即加熱保溫后先油冷至上200~250℃，再轉(zhuǎn)入空冷至80~140℃，立即進(jìn)行預(yù)回火，最后根據(jù)硬度要求正式回火。

對成形冷剪刀，根據(jù)受載情況可用表2~49中的常規(guī)熱處理工藝。為了提高沖裁模的耐磨性和使用壽命，生產(chǎn)中常采用表面強(qiáng)化處理，如碳氮共滲、滲硼、鹽浴滲釩、滲鈮等。對于冷剪刀冷剪刀由于工作條件的差異，工作硬度范圍較73（2）冷鐓模熱處理特點如下：①碳工鋼冷鐓凹模采用噴水淬火法可使硬化層沿凹模型腔輪廓均勻分布，以避免過早開裂；采用片狀珠光體預(yù)處理（即完全退火）提高模具強(qiáng)度和斷裂韌度和壽命。②冷鐓模必須充分回火，2次或2次以上。③采用中溫淬火、中溫回火工藝，獲得最佳強(qiáng)韌性配合。④采用快速加熱工藝，提高模具的韌性。⑤采用表面處理，提高模具的耐磨性和抗咬合性。典型冷鐓模的熱處理可參照表2~50。（3）冷擠壓模熱處理特點是：

①易斷裂或易脹裂、回火抗力和耐磨性要求不高的冷擠壓模具，一般采用淬火溫度的下限淬火，以獲得高的強(qiáng)韌性。（2）冷鐓模熱處理特點如下：①碳工鋼冷鐓凹模采用74②高碳高合金冷擠壓模具，一般采用較長時間的回火或多次回火，以控制奧氏體含量，穩(wěn)定尺寸，消除應(yīng)力，提高韌性。

③以脆斷為主的模具，常采用等溫淬火后再二次回火的工藝，以減少淬火內(nèi)應(yīng)力。

④采用表面處理。如滲氮、氮碳共滲、鍍硬鉻和滲硼等工藝，以提高抗咬合能力、耐磨性和改變表面應(yīng)力狀態(tài)。⑤使用一段時間后，進(jìn)行低溫去應(yīng)力回火，消除工作過程中積累的應(yīng)力和疲勞。

表達(dá)式2~51為典型冷擠壓模材料的熱處理工藝，以供參考。拉深模熱處理特點是：②高碳高合金冷擠壓模具，一般采用較長時間的回火或多75①做好加熱保護(hù)，避免氧化脫碳，以防止表面出現(xiàn)軟點，表面硬度不得低于500HV。②采用表面處理，提高表面的抗磨損和抗粘附的能力。如滲氮、滲硼、鍍硬鉻、滲釩是主要的方法。拉深模的典型熱處理規(guī)范見表2~52。三、冷作模具的熱處理實例1、

CrWMn鋼光欄片的熱處理右圖為光欄片上沖模簡圖技術(shù)要求端面ｍα=125°10ˊ±8ˊ硬度61~64HRC材料選擇碳工鋼易變形超差，Cr12型鋼加工困難，故CrWMn較合適。①做好加熱保護(hù)，避免氧化脫碳，以防止表面出現(xiàn)軟點，表76制造工藝路線

毛坯→球化退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→去應(yīng)力退火→精加工→淬火回火→精磨。熱處理工藝①球化退火：800℃×3~4h，爐冷至720℃×2~3h，爐冷至500℃以下出爐空冷。②調(diào)質(zhì)：830℃×15min，油淬，700~720℃×1~2h回火。③去應(yīng)力退火：640℃×4h，爐冷至300℃以下出爐。④淬回火：（見右下圖）2、T10A鋼沖裁凹模的熱處理模具尺寸如下圖制造工藝路線毛坯→球化退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→半精加工77技術(shù)要求①硬度60~64HRC②15mm處為配合尺寸，要求變形小淬火工藝

因孔型多，尺寸較大，采用的又是T10鋼，淬火變形開裂的可能性大，為防止變形、開裂，常采用堿浴分級淬火，并采取適當(dāng)?shù)姆雷冃未胧?。采用延遲淬火法。刃口采用局部淬火法。模具直角處包扎鐵皮。M10螺釘孔用石棉繩堵塞。（T10鋼組合凹模的淬火工藝見右上圖）3、65Nb十字槽光沖模的熱處理性能要求：極高的強(qiáng)韌性，高耐磨性。技術(shù)要求①硬度60~64HRC②15mm處為配合尺寸，要求變78選材分析

高碳高鉻鋼、高速鋼光沖壽命低，沖芯易折斷；60Si2Mn鋼光沖，壽命有所提高，但沖尖仍折斷失效。

現(xiàn)采用65Nb鋼制造，經(jīng)低溫淬火、高溫二次回火，壽命相比傳統(tǒng)材料常規(guī)熱處理工藝提高5~6倍。熱處理工藝（見右下圖）熱處理后硬度為50~59HRC圖2~384、W6Mo5Cr4V2鋼冷擠壓凹模的熱處理冷擠壓凹模和熱處理見下圖圖2~40選材分析高碳高鉻鋼、高速鋼光沖壽命低，沖芯易折斷；79技術(shù)要求硬度62~64HRC型腔表面粗糙度ｍ淬火時要保證表面粗糙度不受破壞熱處理工藝

為保證表面粗糙度要求，采用低溫分級淬火，淬火溫度為1180℃，分級溫度為300℃。

（見圖2~40）5、大型拉深凹模的熱處理

模具的外形尺寸見下圖：失效形式：R處的磨損硬度要求：55~60HRC

選材：原采用Cr12鋼，拉深發(fā)生粘料現(xiàn)象，后改用QT500-7的鑄態(tài)高強(qiáng)度球墨鑄鐵。技術(shù)要求硬度62~64HRC型腔表面粗糙度ｍ淬火時要保證表面80冷作模具材料和性能要求冷作模具材料和性能要求81第一節(jié)冷作模具對材料性能的要求一、使用性能要求冷作模具的受載形式拉伸、彎曲、壓縮沖擊、疲勞、摩擦冷作模具的失效形式磨損、開裂斷裂、變形、咬合、使用性能的基本要求：良好的耐磨性模具硬度應(yīng)高于工件的30%~50%模具組織應(yīng)為M回或B下加細(xì)小碳化物高強(qiáng)度σS、σ壓應(yīng)滿足模具受載要求足夠的韌性（受沖擊載荷大、易受偏心彎曲的模具）第一節(jié)冷作模具對材料性能的要求一、使用性能要求冷作模82良好的抗疲勞性：σ-1應(yīng)滿足模具的要求良好的抗咬合性能：取決于潤滑條件和成形材料的性質(zhì)二、工藝性能要求鍛造性熱鍛變形抗力低、塑性好鍛造溫度范圍寬鍛裂、冷裂及碳化物析出傾向小切削加工性切削力小、切削用量大刀具磨損小、加工表面光潔磨削加工性對砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏感不易發(fā)生磨傷與磨裂熱處理工藝性①淬透性：獲得淬硬層深度②回火穩(wěn)定性：模具鋼受熱軟化的能力③脫碳傾向、過熱敏感性④淬火變形開裂傾向良好的抗疲勞性：σ-1應(yīng)滿足模具的要求二、工藝性能要求鍛造性83三、冷作模具材料的成分特點1、鋼的含量對高耐磨的冷作模具：0.7%~2.3%C對高強(qiáng)韌性冷作模具：0.5%~0.7%C2、合金化特點加入強(qiáng)碳化物形成元素和增加淬透性的元素主要合金元素的作用：錳淬透性減小變形有回火脆硅淬透性回火穩(wěn)定性屈服強(qiáng)度過熱脫碳傾向大鉻淬透性抗氧化性耐磨性有回火脆性鎳強(qiáng)度和韌性淬透性耐蝕性有回火脆三、冷作模具材料的成分特點1、鋼的含量對高耐磨的冷作模具：084

鉬、鎢、釩：屬強(qiáng)碳化物形成元素，具有二次硬化效果，對提高鋼的回火穩(wěn)定性、耐磨性、耐熱性都具有顯著作用。第二節(jié)冷作模具材料及熱處理規(guī)范冷作模具鋼綜合分類：①低淬透性冷作模具鋼②低變形冷作模具鋼③高耐磨微變形冷作模具鋼④抗沖擊冷作模具鋼⑤高強(qiáng)韌性冷作模具鋼⑥高耐磨、高韌性冷作模具鋼⑦特殊用途冷作模具鋼鉬、鎢、釩：屬強(qiáng)碳化物形成元素，具有二次硬化效果85一、低淬透性冷作模具鋼（一）碳素工具鋼1、主要性能特點優(yōu)點：價格便宜，來源方便，較高的硬度，一定的耐磨性，易于鍛造，易于軟化。缺點：淬透性差，淬火易于變形、開裂，模具壽命短。典型鋼種：T7A、T10A、T12A2、熱加工工藝1）鍛造鍛造工藝見表2~3。工藝要點：終鍛溫度不能過高，冷卻速度不宜過緩（鍛后空冷），以避免析出二次網(wǎng)狀滲碳體。一、低淬透性冷作模具鋼（一）碳素工具鋼1、主要性能特點典型鋼86無粗大或網(wǎng)狀碳化物時，采用球化退火。出現(xiàn)粗大或網(wǎng)狀碳化物時，先正火再球化退火。2）退火與正火鍛后模具毛坯應(yīng)經(jīng)預(yù)備熱處理：球化退火和正火工藝見表2-4、2-5。3）淬火與回火

碳素工具鋼淬火和回火工藝規(guī)范見表2-6，但對于具體模具應(yīng)進(jìn)行選擇。淬火溫度的選擇考慮的因素見圖2-1、2-2。

圖2-1淬火溫度對T10A鋼強(qiáng)韌性的影響

圖2-2淬火溫度對T8鋼淬硬層深度的影響無粗大或網(wǎng)狀碳化物時，采用球化退火。2）退火與正火鍛后模具毛87

綜合分析如下：

提高淬火溫度，鋼的強(qiáng)韌性下降，變形、開裂的傾向增大。但提高淬火溫度，可提高淬透性，增加硬化層深度，提高模具的承載能力。據(jù)此，碳素工具鋼制模具的淬火溫度選擇原則是：對于小型模具，可采用較低淬火溫度（760~780℃）。對于較大型模具，適當(dāng)提高淬火溫度（800~850℃）。對于形狀復(fù)