模具壽命與材料PPT第三節(jié) 熱作模具材料

?第三節(jié)

熱作模具材料熱理:是將金屬材料鋼在固態(tài)下加熱保和冷卻,以變鋼的織結(jié),獲得所需要性能的一種工、熱處理特:熱處理區(qū)別于其他加工工藝如鑄造、壓力工等的特點(diǎn)是只通過(guò)改變工件的組織來(lái)改變性能，而不改變其形狀。、處理適用范圍:只用于固態(tài)下發(fā)生相變的材料，不發(fā)生固態(tài)相變的材料不能用熱處理強(qiáng)化。熱處理主要目:改變鋼的性能。一、熱作模具工作條件、失效形式及性能要求、熱作模具分類☆熱作模具：用于熱變形加工和壓力鑄造的模具?！罘诸悾焊鶕?jù)工作條件，分為熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模和熱沖裁模等。熱作模具在工作中既有力的作用又有溫度的作用，模具的工作條件差、失效形式復(fù)雜，性能要求高.、熱鍛模包括錘鍛模、壓力機(jī)鍛模、熱鐓模和高速鍛模等。中錘鍛模最有代表性。）工作條件及主要失效形式工作時(shí)受很大的壓應(yīng)力和沖擊載荷的作用，沖擊頻率很高；模具型腔表面和熾熱金屬接觸，使模具升溫到300-400，局部溫度達(dá)到℃工作時(shí)，鍛完一個(gè)零件后，用水或油冷卻模具，產(chǎn)生急冷急熱作用；坯料對(duì)模具型腔有強(qiáng)烈的摩擦作用。☆錘鍛模的主要失效形式：氧化；磨損；斷裂；產(chǎn)生熱疲勞裂紋，形成龜裂；塑性變形造成型腔面塌陷。）主要性能要求：較高強(qiáng)度和良好的韌性；良好的耐磨性和耐冷熱疲勞性；模具尺寸較大時(shí)，應(yīng)具有高的淬透性、熱擠壓模）工作條件及主要失效形式：■受力復(fù)雜：承受壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，脫模時(shí)有拉應(yīng)力；有沖擊載荷作用；■模具溫升較高，承受急冷急熱的熱疲勞作用。模具與熾熱金屬接觸時(shí)間較長(zhǎng)，溫度比錘鍛模溫度更高，尤其是擠壓鋼件和難熔金屬時(shí)，溫度高達(dá)600-800?！鲋饕问剑耗Ｇ贿^(guò)量塑性變形、開裂、冷熱疲勞、熱磨損及表面氧化腐蝕。）主要性能要求：高的熱穩(wěn)定性；良好的冷熱疲勞抗力和高耐磨性；較高的高溫強(qiáng)度和足夠的韌性。、壓鑄模具）工作條件及主要失效形式：■模具溫升高、有熱疲勞作用：工作時(shí)與高溫液態(tài)金屬接觸，受熱時(shí)間長(zhǎng)，受熱溫度高(鑄有色金屬溫度達(dá)℃鑄色屬溫度可達(dá)℃上同時(shí)模具有冷.■高的壓力(及金屬液流的高速?zèng)_刷作用；■主要失效形式：熱疲勞開裂、熱磨損和熱熔蝕。低溫合金的壓鑄，以磨損失效為主。?2主要性能要求：(1)較高的耐熱性和良好的高溫力性能；(2)優(yōu)良的耐冷熱疲勞性和高的導(dǎo)性；(3)良好的抗氧化性和耐蝕性；(4)較高的淬透性。、熱沖切模由切邊凹模和凸模組成，切邊時(shí)凸模無(wú)刃口起力作用由凹模切除飛邊、連皮。）工作條件及主要失效形式：凹模刃口與毛坯有摩擦，同時(shí)有一定的沖擊載荷；刃口受熱而溫度升高?！鍪У闹饕问绞牵喝锌谀p、崩刃、卷邊等。）主要性能要求：高耐磨性，高硬度及熱硬性；具有一定的強(qiáng)韌性（避免崩刃具有良好的工藝性。二、熱作模具用鋼根據(jù)工作溫度、性能和用途常用材料見表、錘鍛模用鋼主要采用中碳、多元低合金熱作模具鋼。傳統(tǒng)鋼種有5CrMnMo5CrNiMo近年來(lái)研制的新鋼種有5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVS、（一）5CrNiMo主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用：■良好的綜合力學(xué)性能和淬透性硬，拉強(qiáng)度1200-1400MPa沖擊韌度／第二類回火脆性不敏感）?！霾蛔阒幨枪ぷ鳒囟壬缘?，鍛坯中易產(chǎn)生白點(diǎn)?！鲞m合于制造形狀復(fù)雜沖負(fù)較大要求高強(qiáng)度和韌性較高的中大錘鍛模。如高度尺寸>375mm的型錘鍛模。熱加工工藝：鍛造→退火（完全退火或等溫退火）→淬火和回火■淬火預(yù)熱溫度600-650℃，加溫度830-860℃油淬；■回火溫度根據(jù)模具尺寸和部位確定℃■鍛模燕尾部分回火溫度較其它部位高100℃左右，保證燕尾部分的韌性、降低燕尾開失效韌性在所有的熱作模具鋼中最好。（二）鋼主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用（和鋼比）■強(qiáng)度、硬度相當(dāng)，但沖擊韌性稍差；■淬透性、耐熱疲勞性稍差；■熱處理過(guò)熱傾向較大；■適合制作受力較輕的中小型錘鍛模。熱加工工藝：鍛造→等溫退火(加熱溫度℃等溫度℃→火和回火■等溫退火加熱溫度850-870℃，等溫溫度680℃■淬火加熱溫度℃油淬，冷卻到℃右出油立即回火；為減少變形，防止開裂，淬火時(shí)最好延時(shí)冷卻，可空冷到740-780℃油；■回火溫度根據(jù)模具尺寸和部位確定℃鍛模燕尾部分回火溫度較其它部位高100左右，保證燕尾部分的韌性、降低燕尾開裂失效（三）鋼（1主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用：■具有較高強(qiáng)度、耐磨性和沖擊韌性；■高溫性能、熱疲勞抗力和淬透性優(yōu)于5CrNiMo■制作小、中、大型錘鍛模，模具壽命比5CrNiMo高（2熱加工工藝：鍛造→等溫退火→淬火和回火■等溫退火：加熱溫度為840-860℃等溫溫為700-720℃■大型錘鍛模淬火溫度℃油淬；■中小型錘鍛模淬火溫度900-930℃、油淬?！龃笮湾N鍛?；鼗饻囟龋骸婊鼗鹩捕葹?；■中型錘鍛模回火溫度℃回火硬度41-44HRC；■小型錘鍛?；鼗饻囟葹?70-610℃，回火硬度44-49HRC。該鋼用于壓力機(jī)椴模生產(chǎn)汽車用連桿、前梁和齒輪等。（四）和45Cr2NiMoVSi-新錘鍛模具鋼主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用鋼比高溫強(qiáng)度提高了64％，熱穩(wěn)定性提(度提高了150-170℃)500X截的鍛模，其心部硬度較5CrNiMo鋼13HRC使用壽命提高倍。鋼要用于制造各類壓力機(jī)模和上錘鍛模；45Cr2NiMoVSi鋼合制作各類錘鍛模，特別是10t以的大截面錘鍛模具。熱加工工藝：鍛造→退火→淬火和回火■等溫退火800720℃等；■完全退火℃緩冷至500出爐空冷?！龃慊鸾劐N鍛模）鋼淬火溫度：960-980，回火度：℃；45Cr2NiMoVSi，淬火溫度℃，型腔回火溫度：630-670℃，■燕尾回火溫度680-700℃。如是一齒輪高錘鍛模具工作條件和技術(shù)要求為輪坯尺寸×，鍛錘噸位，4噸大批生產(chǎn)，凹模通循環(huán)水冷卻；凹模硬度要求為46-50HRC沖頭硬度要求為44-48HRC。要求：1、對(duì)凹模、沖頭進(jìn)行選材分析，選擇合適的材料，制定熱處理工藝。、為模具輔助零件：下頂料桿M12×45栓進(jìn)行選材分析，選擇合適的材料，制定熱處理工藝。、熱擠壓模具用-包括機(jī)鍛模、高速鍛模用鋼，主要有鎢系、鉻系、鉻鉬系熱作模具鋼及基體鋼。(一鉻：代表鋼種（4Cr5MoSiV（H11）4Cr5W2VSi于中碳中鉻鋼。成分特:碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低約為0.3%。合金元素含量中等，有較高的、Mo、V、等碳化物形成元素，的含量為5%，俗稱Cr型模鋼。和Mo使鋼的淬透性大大提高，含V有于提高鋼的熱硬性和熱強(qiáng)性。主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用：■淬透性好，幾乎都采用空冷淬(屬空冷硬化鋼，厚度150mm鋼在中可淬透■沖擊韌度和斷裂韌度較高；■良好的耐熱疲勞性能和抗氧化性，能適應(yīng)急冷急熱的工作條件。與5CrNiMo鋼比，有更高的硬度、熱強(qiáng)性和耐磨.■鋼的綜合性能好最佳淬火回火熱處理工藝狀況下具有高的強(qiáng)度硬和良好的韌性和塑性的配合所有的熱作模具中這種鋼具有最高的疲勞強(qiáng)度熱理時(shí)尺寸變形都比較小。■這類鋼的工作溫度一般不超過(guò)℃。廣泛用于鋁型材擠壓模具；汽車、拖拉機(jī)、五金工具等行業(yè)機(jī)鍛模具、輥鍛模具；軸承行業(yè)擠壓模及輾壓輥；壓鑄模等。熱處理工藝：鍛造→等溫退火：℃℃溫，緩冷至℃出爐→淬火：℃、油+℃火（回火溫度根據(jù)硬度要求確定(二鎢系：3Cr2W8V、、5Cr4Mo2W2VSi，代表鋼種3Cr2W8V耐熱疲勞性較差，在壓鑄模中的應(yīng)用較多。具有以下特點(diǎn)：）成分上：含碳并不高，但接近共析或過(guò)共析成分；合金元素含量高或中等，普遍含合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%10%）性能上：該鋼具有高的耐熱性，即有較高的高溫強(qiáng)度和高溫硬度?？伞邷叵鹿ぷ?。具有高的耐磨性。3Cr2W8V綱是廣泛應(yīng)用的熱作模具鋼。用于壓鑄模、熱擠壓模、精鍛模等。它又叫半高鋼。由于含有多的易形成碳化物的元素Cr、W高耐熱強(qiáng)性最好。三鉻鋼鎢鉬:包括4Cr3Mo3SiV(H10)、、3Cr3Mo3W2V(HM1)、25Cr3Mo3VNb(HM3)。、25Cr3Mo3VNb(HM3):含碳量較低；加入少量的鈮，具有較高的耐熱疲勞性、熱強(qiáng)性和回火穩(wěn)定性?（1加工工藝：鍛造，鍛后緩冷→等溫退火（溫度℃、等溫度℃，爐至℃出爐空冷淬火（溫度1℃，油冷或水冷）+火（溫度根據(jù)模具硬度要求在℃范圍選擇回火二次。）應(yīng)用：熱鍛成形凹模輥模機(jī)模金壓鑄模等壽比5CrNiMo4CrSW2VSi3Cr2W8V鋼等模具提高2-10倍。、新種■綜合了和的優(yōu)點(diǎn)。其高溫強(qiáng)度、回火穩(wěn)定性、斷裂韌性、耐熱疲勞性和耐磨性優(yōu)于；耐熱性優(yōu)于H13鋼，可在700下工作。（1加工工藝：鍛造→退火（加熱溫度850℃，隨爐冷到℃爐空冷）→淬火℃油淬）+回火（溫度根據(jù)硬度要求可在650-700℃范圍選擇火二次。（2應(yīng)用：主要替代3Cr2W8V鋼作熱擠壓凸模與凹模，工作壽命可提。、：沖擊韌度及斷裂韌度與3Cr2W8V鋼近，但回火抗力比3Cr2W8V鋼，在保持高強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性的同時(shí)，耐冷熱疲勞性能比3Cr2W8V鋼得多。（1加工工藝：鍛造，鍛后緩冷→等溫退火（溫度870，等溫溫度730，隨爐緩冷到℃爐空冷度207-225?！?030-1120℃油淬）+回火（溫度580-620℃、2h火二次；硬度為48-49HRC（2應(yīng)用：HM1鋼目前國(guó)內(nèi)研制的強(qiáng)韌熱模鋼中應(yīng)用廣泛命長(zhǎng)的新鋼種適于制作高溫高負(fù)荷急熱急冷水冷條件下作的壓力機(jī)和軸承環(huán)熱鍛凹模強(qiáng)度和高熱強(qiáng)鋼零件的精鍛模，熱擠壓模，鋁和銅合金的壓鑄模等，使用壽命可比3Cr2W8V、5CrNiMoV鋼模具提高1-4。、鋼屬鎢鉬系熱作模具鋼，具有高的回火抗力和高的熱強(qiáng)性；耐冷熱疲勞性、熱穩(wěn)定性、耐磨性及高溫強(qiáng)度明顯高于；?

淬透性、冷熱加工性好。（1加工工藝：鍛造，鍛后緩冷→等溫退火（溫度℃，等溫溫度℃爐冷至℃爐空冷）→淬火（溫度1160℃+回要求高韌性及塑性，選用較低淬火溫度；■要求高的高溫強(qiáng)度及回火穩(wěn)定性，則選用較高淬火溫度；■回火溫度：630℃、600℃二次回火，每次2-3h若形狀復(fù)雜的大模具，可采用三次回火，回火后硬度為。（2應(yīng)用：用于齒輪高速鍛造、精密鍛造、軸承套圈熱擠壓、小型機(jī)鍛模具等方面。3Cr2W8V鋼制模具相比，使用壽命大幅提高。(四基鋼：基體鋼中有多個(gè)鋼種是冷、熱兼用的模具鋼。如O12Al、5Cr4W5Mo2VRM2）6Cr4Mo3Ni2WV，用于熱擠壓模。鋼作熱作模具鋼使用，耐熱疲勞性和熱穩(wěn)定性3Cr2W8V高熱強(qiáng)性高于鉻系鋼。用于熱擠壓模、機(jī)鍛模壽命均高于。鋼室溫和高溫強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性高于鋼，耐熱疲勞性較好，但高溫沖擊韌度低于。用于熱擠、熱鐓、熱鍛、冷擠、冷鐓模具。）5Cr4W5Mo2V(RM2)鋼：較高強(qiáng)度和熱穩(wěn)性，在的熱穩(wěn)定性可達(dá)700℃，抗磨損性能好。適于制作小截面熱擠、高速鍛及滾鍛模具。三、壓鑄模用鋼以鎢系、鉻系、鉻鉬系熱作模具鋼為主。■要求不高時(shí)，可用合金工具鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，如40Cr、、30CrMnSi、、、5CrNiMo、■要求較高時(shí)，采用4Cr5MoSiV、、4Cr5W2VSi、3Cr3Mo3W2V、4Cr3Mo2MnVNbB3Cr2W8V。注：黃色是常用的壓鑄模具鋼。、鋼用于制造熱成形模具已有70多的歷史今仍廣泛使用其在壓鑄模中應(yīng)用最多。主要性能特點(diǎn)：■具有高的抗回火軟化能力和二次硬化效應(yīng)（600℃時(shí)，硬仍可保持服度高達(dá)高的高溫強(qiáng)度和耐磨性。■缺點(diǎn)：含鎢多，碳化物不均勻性和偏析傾向大，韌性較差；抗氧化和熱疲勞能力較差，易產(chǎn)生熱疲勞裂紋而斷裂失效。應(yīng)用：適合制作在高溫下長(zhǎng)時(shí)受熱、不受急冷急熱、動(dòng)負(fù)荷較小的壓鑄模具。）熱加工工藝：反復(fù)鍛造，鍛后快冷至700℃緩冷→退火→淬+火■采用不完全退火：830-850℃加熱，40／速度爐冷400出爐空冷；?■也可采用等溫退火：等溫度℃然后爐冷至500以下，出爐空冷，退火硬度：HBS■淬火：1050-1150、油冷或分級(jí)淬火；■回火：℃回火次和鋼▲成接近鋼；成接HD鋼—都屬高強(qiáng)韌性熱作模具鋼?！?Cr2W8V鋼比，抗熱疲勞性、沖擊韌性和抗熱溶蝕性高。但熱硬性稍差。應(yīng)用主用于鋁合金和銅合金鑄模具用壽命較3Cr2W8V提高倍也用于熱擠壓模和熱鍛模，效果也較好。三、其它熱作模具材料、熱沖裁模具用鋼熱作模具中，熱沖裁模具工作溫度低，對(duì)材料性能要求寬；幾乎所有熱作模具材料都可用于熱沖裁模具材時(shí)可重點(diǎn)考慮材料經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)管理上的方便；）推薦：5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1和等其中8Cr3鋼使用較多的鋼種。、非鐵金屬材料）硬質(zhì)合金▲硬質(zhì)合金具有很高的熱硬性和耐磨性有良好的熱穩(wěn)定性抗化性和耐蝕性可用于制作某些熱作模具。例：W-Co類硬質(zhì)合金(常制成鑲)可用于熱切邊凹模、壓鑄模、以及工作度較高的熱擠壓凸?；虬寄５?。實(shí)例：氣閥挺桿熱鐓擠模，原采用3Cr2W8V制作，熱處理后的硬度為49-52HRC，使用壽命次在模具工作部分采用YG20質(zhì)合金鑲塊，模具壽命提高到萬(wàn)。奧氏體不銹鋼鋼結(jié)硬質(zhì)合金和高碳高鉻合金鋼鋼結(jié)硬質(zhì)合金也可用于制作熱作模具。例鋼硬質(zhì)合金制作Cu熱壓模和熱沖孔模、熱平鍛模等。、銅合金—制作壓鑄模具制作黑色金屬壓鑄模具：銅合金導(dǎo)熱性好，散熱快，可使模具的溫升和溫度梯度大為降低降了模具的應(yīng)變和應(yīng)力使其強(qiáng)度足以承受壓鑄時(shí)的壓力時(shí)也減輕了熱疲勞的作用。此外，銅合金彈性模量低，熱膨脹系數(shù)較小，