模具失效与维护 教学课件 作者陈志刚第三章课件3.1.ppt

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1、第3章模具的选材及热处理模具的选材及热处理是影响模具的承载能力、工作寿命、制造精度、制造成本和合格品率的关键因素，合理选材并实施正确的热处理是保证模具的短时承载能力和长期使用寿命的基础。不同种类的模具，其工作条件及特点不同。同类模具中，各套模具的加工对象，生产批量、载荷的性质和大小也各不相同。因而，模具的选材范围很宽，其中包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢、各种工具钢和特殊性能钢，还包括非铁合金、硬质合金和钢结硬质合金。在这些材料中，有不少是借用的钢种和传统的模具钢。随着国内外对模具材料研究的进展，一批新型模具钢种已经在生产实践中得到检验并趋于成熟。尽管推广

2、使用新材料有一个过程，但新材料必将逐渐替代传统的老钢种。本章将根据模具的具体工作条件、失效特点及其对材料主要性能的要求，较为系统地介绍传统的和新近研制的主要模具材料，包括它们的化学成分、组织状态、性能特点、应用范围及热处理方法，以期对模具选材及热处理提供基本的依据或参考。3．1冷作模具的选材及热处理3．1．1冷冲裁模材料及热处理冷冲裁模是带有刃口、在工作时冲切、分离材料（主要是板材）而获得一定形状、尺寸工作的模具。包括落料模、冲孔模、切边模等。它的硬度要求见表3-1。3．1．1．1薄板冷冲裁模薄板（板厚≤1.5mm）冷冲裁模的主要失效形式是磨损，其选材主要应

3、根据加工对象的生产批量、硬度、精度和复杂程度所提出的对耐磨性和强韧性的要求而定。1．传统模具材料当小批量（如1000件以下）冲裁软料薄板时，模具可选用碳素工具钢T8A、T10A，甚至可选用锌合金或加镶钢皮刃口的锌合金。一般用于中批量（103～105件）生产的中负荷模具，可选用低合金工具钢，如9Mn2V、9CrWMn、CrWMn、GCr15等钢种。当大批量（如106件）生产时，可选用高耐磨的Cr12型模具钢，如硅钢片冲裁模常选用Cr12、Cr12MoV等钢种。负荷较大的易损小冲头则趋向于采用承载能力更高的高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。而当生产批

4、量特大时，可考虑采用硬质合金YG10X、YG15等。Cr12型模具钢主要包括Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1等钢种，属于高碳高铬莱氏体钢。这种类型的钢经热处理后具有高的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力仅次于高速钢。其淬透性高，热处理变形小，且可通过调整淬火温度及淬火后的低温冷却控制变形量。因而，这类钢被称为高耐磨微变形模具钢，是制造冷作模具的主要材料。其中，Cr12钢含碳量ω（C）最高达2.3%，易形成不均匀的共晶碳化物，脆性大，易断裂，只用于制造冲击负荷小，要求耐磨性高的模具，如冲切薄硬钢板的冲裁模。Cr12MoV钢含碳量比Cr12钢大为减少，

5、并加入少量Mo、V，使钢中碳化物分布不均匀性明显改善，韧性提高。Cr12Mo1V1钢中的Mo、V含量提高，使组织进一步细化，钢的强韧性进一步提高。这使得后两种钢可用来制造大截面、重负荷、形状复杂的冲裁模。但总的来说，这类钢组织中存在大量的共晶碳化物，易产生网状或带状偏析，从而严重影响模具的强韧性，服役中易产生崩刃和脆断，对模具的寿命极为不利。2．新型模具用钢随着生产的发展，要求模具材料既保持Cr12型模具钢的一系列优点，又克服其韧性不足的缺点，于是研制出了各种新型模具钢。（1）高耐磨微变形中铬模具钢这类钢的成分特点是高碳中铬，另加其他合金元素。其主要钢种有C

6、rSMo1V、Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV等。Cr5Mo1V钢和Cr6WV钢的C、Cr含量比Cr12型模具钢有较大幅度的减少，碳化物分布的不均匀性得到改善，因而其强韧性提高。它们仍具有高淬透性、高抗压强度，同时具有良好的机械加工性和热处理变形的可调节性，仅耐磨性略低于Cr12型模具钢。它们广泛用于各种五金冷冲模以及承受较大冲击的大型复杂冲裁模，其寿命与热加工质量良好的Cr12MoV钢模具接近。Cr4W2MoV钢中的碳化物均匀性好，力学性能较高，耐磨性不低于Cr12MoV钢。它主要用来替代Cr12型模具钢制造硅钢片冲裁模，并提高其使用

7、寿命。Cr2Mn2SiWMoV钢中含碳、含合金元素的量较少，碳化物细小均匀，可简化锻造工艺。它的淬火温度低，淬透性高，热处理变形小，属于空冷淬火微变形模具钢，主要用于制造轻载精密复杂冷冲模。（2）高耐磨高强韧模具钢这类钢的典型钢号有Cr6W3Mo3V（代号GM）和Cr8MoWV3Si（代号ER5）。GM钢的成分设计综合考虑了硬度、强度和韧性对钢的耐磨性能的影响，设计的目标是使钢的硬化能力接近高速钢而韧性保持或超过高铬工具钢的水平。和Cr12型模具钢相比，它们的C、Cr含量有较大的减少，并加入一定量的W、Mo、V等合金元素。钢的成分配比合理，热处理组织为高强韧

8、基体和均匀分布的细小碳化物。它们的强韧性、硬度、耐磨