冷作模具钢的选材与热处理

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1、冷作模具钢的选材与热处理刘望道（武汉轻工大学机械工程学院材料成型及控制工程专业）【摘要】在模具制造中，模具材料作为制造模具的基础,它的性能和热处理工艺对模具寿命有着决定性的影响。本文分析了冷作模具钢的工作条件及失效形式，提出能满足冷作模具钢工作条件的性能要求，再选择适用的材料并进行相应的热处理，以保证其性能要求。冷作模具性能要求包括耐磨性、韧性、强度、抗疲劳性能和杭咬合性。冷作模具材料热处理工艺性能主要包括:淬透性,淬硬性,耐回火性,过热敏感性,氧化脱碳倾向,淬火变形和开裂倾向等。关键词：冷作模具钢；选材；热处理冷作

2、模具是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具。冷作模具种类繁多、结构复杂，模具在使用中受到压缩、拉伸、弯曲、冲击、摩擦等机械力的作用。冷作模具正常失效形式主要是磨损、脆断、折弯、咬合、塌陷、啃伤、软化等，因此要求冷作模具用钢在相变热处理后，具有高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、抗咬合等能力，以保证模具具有一定的耐用度【1】。1.冷作模具的性能要求根据冷作模具的工作条件及失效形式，冷作模具钢应具有如下基本性能【2-3】：a．高硬度和高耐磨性，工作时保持锋利的刃口b．较高的强度和韧性及～定的热硬性，工作时

3、刃部不易崩裂或塌陷。c．较好的淬透性，保证淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度。d．较好的加工工艺性和成形性，较好的淬火安全性，热处理变形小，在复杂断面上不易淬裂。1．1模具的耐磨性冷作模具在工作时，表面与坯料之间产生许多次摩擦，模具必须在这种情况下仍能保持较低的表面粗糙值和较高的的尺寸精度，以防早期失效。为提高冷作模具的抗耐磨性能，通常要求模具硬度高于加工件硬度(30～50)％，材料的组织为回火马氏体或下贝氏体，其上分布均匀、细小的粒状碳化物。因此钢中的碳的质量分数一般都在0．60％以上。1．2模具的韧性模具材料的韧

4、性，要根据模具t作条件来决定，对于受强烈冲击载荷的模具，如冷作模具的冲裁模、冷镦模具等，困受冲击载荷较大，需要高的韧性；对于一般工作条件下的冷作模具的失效形式是疲劳断裂，因此模具不必具有过高的冲击韧度值。1．3模具的强度模具的强度即模具零件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。强度指标是冷作模具设计和材料选择的重要依据，主要包括：拉伸屈服点、压缩屈服点等。屈服是衡量模具零件塑性变形抗力的指标，也是最常用的强度指标。为了获得高的强度，模具制造过程中，要选择合适的模具材料，并通过适当的热处理工艺来达到其要求。1．4模具的抗疲

5、劳性能冷作模具通常是在交变载荷的作用下发生疲劳破坏的，因此为了提高模具的使用寿命，需要有较高的抗疲劳性能。导致模具疲劳的因素有：钢中带状和网状碳化物、粗大晶粒；模具表面有微小刀痕、p1槽及截面尺寸变化过大和表面脱碳等。1．5模具的抗咬合性当冲压R材料与模具表面接触时，在高压摩擦下润滑油膜被破坏，此时被冲压金属“冷焊”在模具型腔表面形成金属瘤，从而在工件表面划出痕迹。咬合抗力就是对发生“冷焊”的抵抗力。2.模具的工艺性能要求2.1可锻性锻造不仅减少了模具材料的棚械加工余量，节约钢材，而且改善模具材料的内部缺陷，如碳化物

6、偏析、减少有害物质、改善钢的组织状态等。为了获得良好的锻造质鼍，对可锻造的要求是：热锻变形抗力低、翅性好、锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及网状碳化物的倾向性小。2．2可加工性对可加工性的要求是：切削力小，切削量大，刃磨损小以及加工后模具表面光洁。冷作模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢，大多数切削加工比较困难，为了获得良好的切削加工性，需要进行热处理，对于表面质量要求高的模具可选用含S，Ca等元素的易切削模具钢。2．3可磨削性为了保证模具具有较好的表面粗糙度和尺寸精度，大部分模具都必须经过磨削加工。对可磨削性的要求是：对砂轮

7、质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤和磨裂，如加强模具钢的磨削性，可以通过在炼钢过程中加变剂(如蛳，ca，稀土元素等)。2．4热处理工艺性热处理工艺性能主要包括：淬透性，淬硬性，耐回火性，过热敏感性化脱碳倾向，淬火变形和开裂倾向等。2．4．1淬透性和淬硬性淬透性主要取决于钢的化学成分、合金元素含量和淬火前的组织状态。淬透性好的模具钢淬火时采用较温和的冷却介质，就可以获得较深的硬化层。对于形状复杂的小型模具，采用淬透性的模具钢制造以减少模具的变形和开裂；对于大截面，深型腔模具，选用高淬透性钢制造，淬火后心部也台匕得到良好

8、的组织和硬度。淬硬性主要取决于钢的含碳量，所以对要求耐磨性高的冷作模具，一般选用高碳合金钢制造。2．4．2耐回火性耐回火性是在回火过程中随着温度的升高，钢抵硬度下降的能力。回火温度相同，硬度下降少的钢耐回火性好。耐回火性越高，钢的热硬性越高，在相同的硬度下，其韧性也较好。—般对于受到强烈挤压和摩擦的冷作模具，也要求模具材料具有较好的耐回火性。2