模具失效与维护 教学课件 作者陈志刚第三章课件3.2.ppt

《模具失效与维护 教学课件 作者陈志刚第三章课件3.2.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、3．2热作模具的选材及热处理根据热作模具的工作条件和失效特点，可以对热作模具材料提出以下几方面性能要求。（1）室温及高温下的硬度，以评价其耐磨性和塑变抗力。（2）室温及高温下的抗拉强度，以评价其静载断裂抗力。（3）室温及高温下的冲击韧度，以评价其冲击载荷下的断裂抗力。（4）热疲劳抗力、疲劳裂纹扩展抗力、断裂韧度，以评价其在交变热负荷和交变机械负荷共同作用下的断裂抗力。不同的热作模具又各有不同的工作条件和不同的主要失效形式（见表3-11），因而它们对模具材料的性能要求也各有侧重。如有些模具着重要求高的热强性和耐磨性，有些模具着重要求热疲劳抗力和断裂抗力等。由此，可将常用的热作模具材料按照其用

2、途、性能、合金化特点等进行大致地分类，如表3-12所示。应该注意，不同模具所用的材料是相互交叉的，并没有严格的界限，选用什么材料主要根据模具的具体情况而定。如大型机锻模的主要失效形式与锤锻模类似，中小型机锻模的主要失效形式与热挤压模类似，它们的选材就分别与锤锻模用钢和热挤压模用钢相交叉。3．2．1锤锻模材料及热处理3．2．1．1对锤锻模材料的性能要求根据锤锻模的工作条件和失效特点，它所用的材料应具备以下主要性能。（1）高的冲击韧度和断裂韧度。材料在室温下的ak值应不低于30J／cm2，最好高于50J／cm2，在300~650℃温度下，要求ak≥70J／cm2，以保证它在冲击载荷作用下有高的

3、断裂抗力。为了延缓热疲劳裂纹的扩展，材料还应具有高的断裂韧度。（2）高的回火稳定性和高温强度。材料淬火后经640℃×4h回火，要求硬度≥35HRC，且在650℃温度下，要求屈服强度σ0.2≥400MPa，以防止模具早期塑性变形和磨损，并提高其使用寿命。（3）高的热疲劳抗力，导热性好，热膨胀系数小，以推迟热疲劳裂纹的产生。（4）高的淬透性，能使尺寸很大的锤锻模在整个截面上性能均匀一致。3．2．1．2锤锻模用钢锤锻模最危险的失效形式是断裂，为了保证其韧性，模具材料主要是采用中碳、多元低合金的热模钢。其中最常用的传统钢种是5CrNiMo和5CrMnMo，后来新开发的钢种有5CrNiW、5CrNi

4、Ti、5CrMnMoSiV、4CrMnSiMoV、3Cr2MoWVNi等。5CrNiMo是世界通用的传统钢种，它有优良的综合力学性能，冲击韧度好，淬透性高，且对第二类回火脆性不敏感。它主要用于大型、特大型锤锻模及大批量生产用中小型复杂锤锻模。5CrMnMo钢的硬度、强度与5CrNiMo钢相当，但冲击韧度和淬透性较低，且有过热倾向，只适用于制造中小型、形状简单、载荷不很大的锤锻模。5CrNiW钢的力学性能与5CrNiMo钢相差不多，5CrNiTi钢的硬度、强度较低而塑性、韧性较高。它们都可用来制造大型、特大型锤锻模。4CrMnSiMoV钢和5CrMnMoSiV钢的强度、热稳定性、淬透性均高于

5、5CrNiMo钢，但冲击韧度稍低，是5CrNiMo钢的代用钢种。在锻造加工高合金钢、不锈钢及耐热钢时，由于坯料的塑变抗力大，要求模具有更高的高温硬度和耐磨性。这时，可选用中碳中合金热模钢3Cr2MoWVNi、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、2Cr3Mo3VNb等。由于这些钢种的热稳定性较高，还常用于制造压力机锻模。3．2．1．3锤锻模的热处理特点锤锻模的热处理特点是淬火后高中温回火。具体淬火温度和回火温度的选择，视模具的尺寸、工作条件及失效形式而定。如果模具以脆断失效，则热处理工艺参数的选择应以提高材料的强韧性为目标；如果模具以磨损或变形失效，应设法通过热处理提高其热硬性和热强性

6、。在通常情况下，模具采用常规温度淬火，回火温度根据硬度要求而定。随着硬度的提高，模具的耐磨性和塑变抗力提高，而冲击韧度和断裂韧度降低。实践表明，锤锻模在服役过程中只要不发生早期脆断，就能获得一定的寿命。因而模具的最佳硬度值就是保证不发生早期脆断失效的最高硬度值。这个硬度值随着模具的种类、形状、尺寸、模具材料等的不同而有所不同，表3-13列出了用传统钢种制造的不同尺寸锤锻模的硬度选择范围。其中，模具燕尾部分应力集中严重，易于产生开裂，其硬度应低于模腔部分的硬度。为了进一步提高锤锻模的寿命，其热处理工艺也在不断改进，新的工艺方法包括以下几个方面。（1）提高淬火加热温度对于以磨损、堆塌、热疲劳而

7、失效的模具，提高淬火温度有利于延长其使用寿命。当5CrNiMo、5CrMnMo钢的淬火温度高于880℃，淬火组织以板条马氏体为主，并使残留奥氏体量增加。经过回火后，钢的断裂韧度、热稳定性、抗回火软化能力均有所提高，还能推迟热疲劳裂纹的产生。但不足之处是，钢的奥氏体晶粒长大，尤其是5CrMnMo钢的晶粒更大，从而使钢的冲击韧度降低。目前的研究认为，5CrNiMo钢的淬火温度可提高到950℃，5CrMnMo钢的淬火温度可提高