热作模具的选材及热处理.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

2、管推广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。3．2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

3、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

4、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，

5、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、5CrNiTi、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

6、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

7、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。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

8、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