《工程材料》配套PPT,工程材料,工程,材料,配套,PPT 2022/10/11量具量具量具量具第四章 工具鋼tool and mould steel模模具具刃具刃具刃具刃具 什么叫完全淬火和不完全淬火什么叫完全淬火和不完全淬火?一般情況下，結(jié)構(gòu)鋼（亞共析鋼）采用一般情況下，結(jié)構(gòu)鋼（亞共析鋼）采用完全淬火工藝，而工具鋼（過共析鋼）采用完全淬火工藝，而工具鋼（過共析鋼）采用不完全淬火工藝不完全淬火工藝?亞共析鋼：亞共析鋼：Ac3+3050?過共析鋼：過共析鋼：Ac1+3050?2022/10/114.1概述概述工具鋼用來制造各種工具的鋼種工具鋼用來制造各種工具的鋼種 碳素工具鋼碳素工具鋼 刃具用鋼刃具用鋼 低合金工具鋼低合金工具鋼 高速工具鋼高速工具鋼分類分類 冷作模具鋼冷作模具鋼 模具用鋼模具用鋼 熱作模具鋼熱作模具鋼 塑料模具鋼塑料模具鋼 量具用鋼量具用鋼說明：量具用鋼無專用鋼種，一般可根據(jù)量具種類說明：量具用鋼無專用鋼種，一般可根據(jù)量具種類 和精度要求在有關(guān)鋼種中選擇。和精度要求在有關(guān)鋼種中選擇。2022/10/114.1.1工具鋼成分與工藝特點(diǎn)工具鋼成分與工藝特點(diǎn)11成分成分組織組織 一般含一般含 0.61.3%C M+足夠數(shù)量足夠數(shù)量K。M硬硬度高度高、切斷抗力較高、耐磨性好。切斷抗力較高、耐磨性好。什么什么 M?Cr、W、Mo、V等等:淬透性、耐磨性和淬透性、耐磨性和熱穩(wěn)定性；熱穩(wěn)定性；Mn、Si輔助加入輔助加入:淬透性，回穩(wěn)性淬透性，回穩(wěn)性 第二相第二相K 球狀、細(xì)小、均勻分布球狀、細(xì)小、均勻分布。主要主要矛盾矛盾 韌度和耐磨性間的合理平衡韌度和耐磨性間的合理平衡基體成基體成分和分和K的性質(zhì)、數(shù)量、形態(tài)和分布。的性質(zhì)、數(shù)量、形態(tài)和分布。2022/10/11工藝工藝特點(diǎn)特點(diǎn) 鍛造鍛造 球化退火球化退火不完全淬火不完全淬火 淬火工藝參數(shù)要求嚴(yán)格。淬火工藝參數(shù)要求嚴(yán)格。變形變形開裂開裂傾向傾向工藝工藝措施措施熱熱 應(yīng)應(yīng) 力力組織應(yīng)力組織應(yīng)力變形變形開裂開裂 分級(jí)加熱、分級(jí)淬火、等溫分級(jí)加熱、分級(jí)淬火、等溫淬火、雙液淬火淬火、雙液淬火;零件設(shè)計(jì)與其零件設(shè)計(jì)與其他工藝措施等他工藝措施等 模具增加工藝孔減少變形開裂模具增加工藝孔減少變形開裂強(qiáng)度強(qiáng)度塑性塑性 靜彎或扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)靜彎或扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)彎曲強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、撓度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)角；撓度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度、扭轉(zhuǎn)角；?韌度韌度硬度硬度熱穩(wěn)熱穩(wěn)定性定性 一般采用無缺口沖擊試樣一般采用無缺口沖擊試樣?一般硬度一般硬度60HRC以上，以上，K可適可適當(dāng)當(dāng)硬度硬度23HRC 對(duì)高速鋼，通常就是紅硬性對(duì)高速鋼，通常就是紅硬性4.1.2、工具鋼基本性能及檢測方法、工具鋼基本性能及檢測方法 淬透淬透性性 斷口法斷口法碳素工具鋼和低合金工具鋼；碳素工具鋼和低合金工具鋼；端淬法端淬法合金工具鋼，以端淬曲線上合金工具鋼，以端淬曲線上 60HRC處距水冷端距離表示。處距水冷端距離表示。淬透性作用強(qiáng)弱順序：淬透性作用強(qiáng)弱順序：Si、Mn、Mo、Cr、NiMe淬透性淬透性,只有溶入只有溶入A中，才起作用；中，才起作用；Me作用隨鋼中含碳量而變化，如作用隨鋼中含碳量而變化，如Si。工具鋼淬透性隨熱處理?xiàng)l件而變化工具鋼淬透性隨熱處理?xiàng)l件而變化,如如V 注意注意點(diǎn)點(diǎn)圖4-1Si在不同碳含量情況下的淬透性因子圖4-2V在不同淬火溫度時(shí)對(duì)淬透性的影響2022/10/11 4.1概述概述4.2碳素鋼與低合金工具鋼碳素鋼與低合金工具鋼 4.3高速鋼（熱硬性高，淬透性高）高速鋼（熱硬性高，淬透性高）4.4冷作模具鋼冷作模具鋼 4.5熱作模具鋼（熱作模具鋼（S回回組織）組織）4.6其他類型工具用鋼其他類型工具用鋼本章內(nèi)容本章內(nèi)容2022/10/11刃具用鋼的種類刃具用鋼的種類刃具種類繁多，刃具種類繁多，包括各種切削工包括各種切削工具：具：車刀，板牙，車刀，板牙，絲錐，銑刀，刨絲錐，銑刀，刨刀，滾刀，鉆頭，刀，滾刀，鉆頭，刮刀等。刮刀等。4.2碳素鋼與低合金工具鋼碳素鋼與低合金工具鋼2022/10/112022/10/11一一.化學(xué)成分：化學(xué)成分：0.651.35碳含量碳含量用用“T”（碳）表示含碳量千（碳）表示含碳量千分之幾的數(shù)值表示分之幾的數(shù)值表示其中：其中：A高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼二二.牌號(hào)：牌號(hào)：T7,T8,T8Mn,T9,T10,T11,T12,T13T7A，T8A，T8MnA,T10A，T12A碳素工具鋼帶碳素工具鋼帶4.2.1碳素工具鋼碳素工具鋼（GB12982008）2022/10/11T7T13做低速切削的刃具和簡單的冷沖模。做低速切削的刃具和簡單的冷沖模。淬透性低，斷面尺寸小于淬透性低，斷面尺寸小于15mm的工具。的工具。T7有較好塑韌性，宜做受沖擊的刃具，如鑿子等；有較好塑韌性，宜做受沖擊的刃具，如鑿子等；T8易過熱，制造形狀簡單的木工工具等；易過熱，制造形狀簡單的木工工具等；T10、T12耐磨性較好，強(qiáng)度高，但韌度低，制造不耐磨性較好，強(qiáng)度高，但韌度低，制造不受沖擊或沖擊較小形狀簡單的工具，如車刀、銑刀等受沖擊或沖擊較小形狀簡單的工具，如車刀、銑刀等 淬火冷卻方式常用水淬火冷卻方式常用水-油雙液淬火、分級(jí)淬火油雙液淬火、分級(jí)淬火.成本低、工藝性能好、用量大。成本低、工藝性能好、用量大。2022/10/11（1）預(yù)處理（球化退火）預(yù)處理（球化退火）750770（2）淬火：）淬火：780-800（3）回火：低溫）回火：低溫180-200 回火后的組織為：隱晶回火馬氏回火后的組織為：隱晶回火馬氏體細(xì)粒狀滲碳體少量的殘余體細(xì)粒狀滲碳體少量的殘余奧氏體；奧氏體；硬度在硬度在HRC60以上以上球狀珠光體球狀珠光體T12鋼正常淬火組織鋼正常淬火組織三三.熱處理熱處理1.合金工具鋼碳含量：含碳量小于1時(shí)用千分之幾表示，如 9SiCr，9Mn2V等。含碳量大于1時(shí)不標(biāo)碳含量，如 Cr12MoV，CrWMn等。2.2.合金元素含量：合金元素含量：合金元素含量：合金元素含量：1 1）平均含量少于）平均含量少于）平均含量少于）平均含量少于1.51.5的合金鋼僅表示元素，一般不標(biāo)含的合金鋼僅表示元素，一般不標(biāo)含的合金鋼僅表示元素，一般不標(biāo)含的合金鋼僅表示元素，一般不標(biāo)含量量量量,V,V、TiTi、B B、RERE除外除外除外除外 2 2）含量在含量在含量在含量在1.51.52.492.49，2.52.53.493.49,3.5,3.54.494.49 分別以分別以分別以分別以2 2，3 3，44表示。表示。表示。表示。3）低鉻工具鋼）低鉻工具鋼Cr含量用千分之幾表示，如：含量用千分之幾表示，如：Cr064.2.2低合金工具鋼低合金工具鋼淬火淬火工藝工藝T淬淬為為Ac1+3050?油冷，油冷，熔鹽分級(jí)淬火，熔鹽分級(jí)淬火，等溫淬火等溫淬火(B等溫淬火和等溫淬火和M等溫淬火等溫淬火)一般一般組織組織含碳量含碳量0.50.6的的M+未溶粒狀未溶粒狀K合金合金化化 Cr、Si、W、Mo、Mn、V等元素，等元素，耐磨性和回穩(wěn)性，耐磨性和回穩(wěn)性，淬透性淬透性采用采用緩冷方式，緩冷方式，變形開裂變形開裂 Cr:1%左右，細(xì)化左右，細(xì)化K，均勻分布；，均勻分布；Mn:主要主要淬透性淬透性;Si:低溫回穩(wěn)性，低溫回穩(wěn)性，Si強(qiáng)化強(qiáng)化F,切削加工性切削加工性,脫碳敏感性，不單獨(dú)加入；脫碳敏感性，不單獨(dú)加入；?W:0.51.5%，W含量太多含量太多K類型轉(zhuǎn)變類型轉(zhuǎn)變，且使且使K分布不均勻，惡化性能。分布不均勻，惡化性能。V:過熱敏感性過熱敏感性,細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒,回穩(wěn)性回穩(wěn)性合金元素具體作用合金元素具體作用9SiCr：Si/Cr淬透性，淬透性，D油油60HRC；K細(xì)小、均細(xì)小、均 勻勻不容易崩刃；不容易崩刃；分級(jí)淬火或等溫淬火處理，變形較?。环旨?jí)淬火或等溫淬火處理，變形較?。籗i使鋼的脫碳傾向較大使鋼的脫碳傾向較大。適于制作形狀較復(fù)雜、變形要求小工件，特別適于制作形狀較復(fù)雜、變形要求小工件，特別是薄刃工具，如絲錐、扳牙、鉸刀等。是薄刃工具，如絲錐、扳牙、鉸刀等。三三.典型的低合金工具鋼典型的低合金工具鋼（GB/T12992000）2022/10/11CrWMn：Cr、W、Mn復(fù)合，復(fù)合，淬透性，淬透性，D油油=5070mm；AR在在1820%，淬火后變形?。?，淬火后變形小；含含Cr、W碳化物較多且較穩(wěn)定，晶粒碳化物較多且較穩(wěn)定，晶粒細(xì)小細(xì)小高硬度、高耐磨性；高硬度、高耐磨性；回穩(wěn)性較好，回穩(wěn)性較好，250回火，回火，10%AR +K1回火回火回火回火 M回回 +M +7%AR +K2 M回回 +AR（1-2%）+K3（K1 等以示區(qū)別）等以示區(qū)別）2022/10/11圖圖4-16W18Cr4V高速鋼回火次數(shù)與殘余奧氏體量高速鋼回火次數(shù)與殘余奧氏體量（a）和性能（）和性能（b）的關(guān)系）的關(guān)系 圖4-17W18Cr4V鋼回火一次金相組織鋼回火一次金相組織 （400X）圖4-18W18Cr4V鋼回火三次的金相組織鋼回火三次的金相組織 （400X）2022/10/11作業(yè)題1.高速鋼（W18Cr4V）的A1點(diǎn)溫度在800左右，為什么常用的淬火加熱溫度卻高達(dá)1280？2.有一批W18VCr4V鋼制鉆頭，淬火后硬度偏低，經(jīng)檢驗(yàn)是淬火加熱溫度出了問題。淬火加熱溫度可能會(huì)出現(xiàn)什么問題？怎樣從金相組織上去判斷？2022/10/113.高速鋼的鑄態(tài)組織是什么?正常淬火回火后的組織是什么?4.為什么高速鋼淬火后要選擇560回火?并在此溫度下進(jìn)行三次和多次回火?為何不能用一次長時(shí)間回火代替？回火后得到什么組織？2022/10/11 4.1概述概述 4.2碳素鋼與低合金工具鋼碳素鋼與低合金工具鋼 4.3高速鋼（熱硬性高，淬透性高）高速鋼（熱硬性高，淬透性高）4.4冷作模具鋼冷作模具鋼 4.5熱作模具鋼（熱作模具鋼（S回回組織）組織）4.6其他類型工具用鋼其他類型工具用鋼本章內(nèi)容本章內(nèi)容2022/10/114.4冷作模具鋼冷作模具鋼cold-working mould steel 4.4.1 冷作模具鋼性能及冷作模具鋼性能及分類分類4.4.2碳素工具鋼和低合碳素工具鋼和低合金工具鋼金工具鋼4.4.3高高Cr和中和中Cr模具鋼模具鋼4.4.4基體鋼基體鋼汽車沖壓模具汽車沖壓模具2022/10/11冷作模具鋼是指金屬在冷態(tài)下變形所用的模具鋼。冷作模具鋼是指金屬在冷態(tài)下變形所用的模具鋼。冷作模具鋼性能及分類冷作模具鋼性能及分類 金屬在冷金屬在冷態(tài)下變形態(tài)下變形 拉延、沖壓、冷拉延、沖壓、冷鐓鐓或或冷擠成形等冷擠成形等共同共同特點(diǎn)特點(diǎn) 工作工作T不高，模具主要承受高壓不高，模具主要承受高壓力或沖擊力，有強(qiáng)烈的摩擦力或沖擊力，有強(qiáng)烈的摩擦 主要技術(shù)要求為具有高硬度主要技術(shù)要求為具有高硬度和耐磨性，有一定韌性和耐磨性，有一定韌性技術(shù)技術(shù)要求要求典型沖壓模及產(chǎn)品典型沖壓模及產(chǎn)品2022/10/114.4.1 碳素工具鋼和低合金工具碳素工具鋼和低合金工具鋼鋼1.碳素工具鋼：碳素工具鋼：T8-T13優(yōu)點(diǎn)：加工性好，成本低優(yōu)點(diǎn)：加工性好，成本低缺點(diǎn)：淬透性低，耐磨性不夠，淬火變形大，使用壽命低。缺點(diǎn)：淬透性低，耐磨性不夠，淬火變形大，使用壽命低。用途：小尺寸，形狀簡單，負(fù)荷較低的模具用途：小尺寸，形狀簡單，負(fù)荷較低的模具2.低合金工具鋼：低合金工具鋼：9Mn2V，9SiCr，GCr15，CrWMn等等優(yōu)點(diǎn)：較高淬透性，較好耐磨性，較小淬火變形優(yōu)點(diǎn)：較高淬透性，較好耐磨性，較小淬火變形用途：尺寸較大，形狀復(fù)雜，精度要求較高的模具用途：尺寸較大，形狀復(fù)雜，精度要求較高的模具T8AT129SiCrCr2/GCr15 CrWMn9Mn2V 9Mn2V特點(diǎn)特點(diǎn)：Mn淬透性，淬透性，D油油=30mm；Mn MS，AR約約2022%，變形?。?，變形小；V能克服能克服Mn缺點(diǎn)缺點(diǎn),過熱敏感性，細(xì)化晶粒；過熱敏感性，細(xì)化晶粒；硬度稍低，回穩(wěn)性較差硬度稍低，回穩(wěn)性較差 200以下回火；以下回火；VC使鋼的磨削性能變差。使鋼的磨削性能變差。各種類型的中小冷作模具都可采用。各種類型的中小冷作模具都可采用。2022/10/114.4.2高鉻和中鉻模具鋼高鉻和中鉻模具鋼用于大載荷，耐磨性高，熱處理變形小，形狀復(fù)用于大載荷，耐磨性高，熱處理變形小，形狀復(fù)雜的模具雜的模具（GB12992000）高鉻模具鋼Cr12Cr12MoV，不標(biāo)注含碳量。中鉻模具鋼中鉻模具鋼Cr4W2MoV表4-6 一些高鉻和中鉻模具鋼的化學(xué)成分（%）鋼號(hào)CCrWMoVSi Cr122.00-2.3011.50-13.00Cr12MoV1.45-1.7011.00-12.500.40-0.600.15-0.30Cr4W2MoV1.12-1.253.50-4.001.90-2.600.80-1.200.80-1.109Cr6W3Mo2V2(GM高耐磨)0.86-0.945.60-6.402.80-3.202.20-2.501.70-2.207Cr7Mo2V2Si(LD冷鐓)0.68-0.786.50-7.501.90-2.201.70-2.200.70-1.202022/10/114.4.2.1高碳高鉻模具鋼高碳高鉻模具鋼一一.代表鋼種：代表鋼種：（1）特性）特性 Cr12MoV鋼具有高淬透性，截面鋼具有高淬透性，截面200300mm 以下可以完全淬透。以下可以完全淬透。Cr12MoV鋼主要制造大尺寸、形狀復(fù)雜、承鋼主要制造大尺寸、形狀復(fù)雜、承受載荷較大的模具，有受載荷較大的模具，有“冷作模具王牌冷作模具王牌”之之稱。稱。(2)組織變化特點(diǎn)組織變化特點(diǎn)：選擇選擇T淬和回火溫度來控制工具的變形和回火溫度來控制工具的變形。調(diào)節(jié)淬火溫度：調(diào)節(jié)淬火溫度：T淬淬 AR 體積體積V 一定程度可一定程度可抵消抵消M轉(zhuǎn)變所引起的脹大；轉(zhuǎn)變所引起的脹大；調(diào)節(jié)回火溫度：調(diào)節(jié)回火溫度：450，AR轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸 體積體積 2022/10/11（1）鍛造）鍛造高高Cr模具鋼與高速鋼類似，模具鋼與高速鋼類似，屬屬萊氏體鋼萊氏體鋼，鑄態(tài)組織中的，鑄態(tài)組織中的碳化物嚴(yán)重不均勻，需要鍛碳化物嚴(yán)重不均勻，需要鍛軋破碎軋破碎（2）預(yù)備熱處理：球化退火）預(yù)備熱處理：球化退火消除應(yīng)力，便于切削加工消除應(yīng)力，便于切削加工為淬火做準(zhǔn)備為淬火做準(zhǔn)備二二.高高Cr模具鋼的熱加工工藝模具鋼的熱加工工藝v圖4-19 Cr12MoV鋼的球化退火工藝2022/10/11(3)Cr12型鋼熱處理工藝型鋼熱處理工藝一次一次硬化法硬化法 低淬和低回低淬和低回晶粒細(xì)小，強(qiáng)韌性好。晶粒細(xì)小，強(qiáng)韌性好。9801030淬火淬火+150170回火，硬度回火，硬度為為6163HRC，殘奧量少。，殘奧量少。12左右未溶左右未溶（Cr，F(xiàn)e）7C3碳化物。碳化物。一次硬化法使用較普遍一次硬化法使用較普遍二次二次硬化法硬化法 1050l100+500左右多次回火，硬左右多次回火，硬度回升到度回升到6062HRC。熱硬性較好，強(qiáng)韌。熱硬性較好，強(qiáng)韌性較低。二次硬化法適合于工作溫度比性較低。二次硬化法適合于工作溫度比 較高（較高（400500）且受載荷不大或淬火）且受載荷不大或淬火后表面需要氧化處理的模具后表面需要氧化處理的模具。圖4-20 Cr12MoV鋼的硬度、殘余奧氏體量與淬火溫度的關(guān)系鋼的硬度、殘余奧氏體量與淬火溫度的關(guān)系 2022/10/114.4.2.2.高碳中高碳中Cr模具鋼模具鋼 Cr5Mo1V（美（美A2）是值得推廣的空冷淬硬冷作）是值得推廣的空冷淬硬冷作模具鋼，是國際上通用的鋼種。模具鋼，是國際上通用的鋼種。100mm以下可以下可空冷淬硬，適用于形狀復(fù)雜、要求熱處理變形小又空冷淬硬，適用于形狀復(fù)雜、要求熱處理變形小又需要好的耐磨性和良好韌度的冷作模具，如下料模、需要好的耐磨性和良好韌度的冷作模具，如下料模、成形模、沖頭、剪刀片等。成形模、沖頭、剪刀片等。典型鋼號(hào)：典型鋼號(hào)：Cr4W2MoV和和Cr5Mo1V。K以以M7C3型為主，分布較均勻，具有耐磨性好和熱型為主，分布較均勻，具有耐磨性好和熱處理變形小的特點(diǎn)，適于制造既要求有高的耐磨性，處理變形小的特點(diǎn)，適于制造既要求有高的耐磨性，又具有一定韌度的模具。又具有一定韌度的模具。2022/10/114.4.3基體鋼基體鋼隨冷擠壓技術(shù)的發(fā)展，對(duì)模具的強(qiáng)度，韌性，耐磨性提出隨冷擠壓技術(shù)的發(fā)展，對(duì)模具的強(qiáng)度，韌性，耐磨性提出了更高的要求，一般的低合金工具鋼和了更高的要求，一般的低合金工具鋼和Cr12型鋼難以滿型鋼難以滿足要求，很多工廠以高速鋼作冷擠壓凸模。足要求，很多工廠以高速鋼作冷擠壓凸模。由于凸模無紅硬性要求，強(qiáng)度、韌性要求更高，所以必須由于凸模無紅硬性要求，強(qiáng)度、韌性要求更高，所以必須調(diào)整高速鋼成分和熱處理工藝。一般采用：調(diào)整高速鋼成分和熱處理工藝。一般采用：高速鋼的低溫淬火（高速鋼的低溫淬火（由于低溫淬火未溶碳化物多，阻礙由于低溫淬火未溶碳化物多，阻礙奧氏體晶粒長大，韌性較好奧氏體晶粒長大，韌性較好）應(yīng)用低碳高速鋼應(yīng)用低碳高速鋼(6W6Mo5Cr4V)選用基體鋼選用基體鋼(6Cr4W3Mo2VNb)(以前稱以前稱65Nb)2022/10/11概念：成分相當(dāng)于高速鋼淬火組織中基體成分的鋼種概念：成分相當(dāng)于高速鋼淬火組織中基體成分的鋼種特點(diǎn)：過剩碳化物少，顆粒細(xì)小，分布均勻，沖擊韌性和特點(diǎn)：過剩碳化物少，顆粒細(xì)小，分布均勻，沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度較好，并保持了較高的耐磨性和紅硬性疲勞強(qiáng)度較好，并保持了較高的耐磨性和紅硬性代表鋼種：代表鋼種：65Nb（6Cr4W3Mo2VNb）接近于接近于6-5-4-2的的基體。基體。表4-7高速鋼淬火狀態(tài)的基體化學(xué)成分鋼號(hào)淬火溫度/CWMoCrVW18Cr4V1100油0.345.24.50.351200油0.456.64.50.651300油0.578.74.51.0W6Mo5Cr4V21050油0.330.91.54.31.11150油0.421.31.84.31.51250油0.532.12.44.41.82022/10/11作業(yè)題v1.Crl2MoV是冷作模具鋼，如要求具有較高的強(qiáng)度和韌性，采用什么樣的熱處理工藝?如要求具有高的紅硬性及二次硬化效果應(yīng)采取什么樣的熱處理工藝?v2.為減少Cr12MoV鋼淬火變形開裂，只淬火到200左右就出油，出油后不空冷，立即低溫回火，而且只回火一次。這樣做有什么不好？為什么？v3.如果想選擇W18Cr4V鋼作為冷作模具鋼使用，熱處理工藝應(yīng)該如何選擇，為什么?2022/10/11 4.1概述概述 4.2碳素鋼與低合金工具鋼碳素鋼與低合金工具鋼 4.3高速鋼（熱硬性高，淬透性高）高速鋼（熱硬性高，淬透性高）4.4冷作模具鋼冷作模具鋼4.5熱作模具鋼（熱作模具鋼（S回回組織）組織）4.6其他類型工具用鋼其他類型工具用鋼本章內(nèi)容本章內(nèi)容2022/10/114.5熱作模具鋼熱作模具鋼hot-working mould steel（S回回組織）組織）4.5.1熱作模具鋼基本熱作模具鋼基本性能和成分特點(diǎn)性能和成分特點(diǎn)4.5.2錘鍛模大型壓錘鍛模大型壓力機(jī)鍛模用鋼力機(jī)鍛模用鋼4.5.3熱擠壓模小型熱擠壓模小型壓力機(jī)鍛模用鋼壓力機(jī)鍛模用鋼4.5.4壓鑄模用鋼壓鑄模用鋼2022/10/11熱作模具鋼基本性能和成分特點(diǎn)熱作模具鋼基本性能和成分特點(diǎn)（一）基本性能特點(diǎn)（一）基本性能特點(diǎn) 使熱或液態(tài)金屬獲得所需形狀使熱或液態(tài)金屬獲得所需形狀 模具是在反復(fù)受熱和冷卻條件下工作。模具受模具是在反復(fù)受熱和冷卻條件下工作。模具受熱時(shí)間越長，受熱程度就越嚴(yán)重。熱時(shí)間越長，受熱程度就越嚴(yán)重。許多模具還受到較大沖擊力。工作條件苛刻許多模具還受到較大沖擊力。工作條件苛刻 模具鋼應(yīng)具有高抗熱塑性變形能力、高模具鋼應(yīng)具有高抗熱塑性變形能力、高韌性、高抗熱疲勞、良好的抗熱燒蝕性韌性、高抗熱疲勞、良好的抗熱燒蝕性服役條件服役條件技術(shù)技術(shù)要求要求2022/10/111.含碳量含碳量 0.3-0.6之間之間 靠碳化物強(qiáng)化，但不能太高，以保證鋼的韌性抗熱疲勞性靠碳化物強(qiáng)化，但不能太高，以保證鋼的韌性抗熱疲勞性2.合金元素合金元素 Cr，W，Mo，V，Ni，Si等元素等元素 （1）提高鋼的高溫強(qiáng)度，高溫硬度回火穩(wěn)定性，）提高鋼的高溫強(qiáng)度，高溫硬度回火穩(wěn)定性，以及高溫下的抗變形，磨損能力以及高溫下的抗變形，磨損能力 （2）提高）提高Ac1點(diǎn)，避免模具在受熱、受冷過程中產(chǎn)生點(diǎn)，避免模具在受熱、受冷過程中產(chǎn)生相變組織應(yīng)力，從而提高鋼的抗熱疲勞強(qiáng)度和韌相變組織應(yīng)力，從而提高鋼的抗熱疲勞強(qiáng)度和韌性性 （3）提高淬透性，強(qiáng)化基體）提高淬透性，強(qiáng)化基體 （二）熱作模具鋼成分特點(diǎn)（二）熱作模具鋼成分特點(diǎn)（GB12992000）2022/10/114.5.1錘鍛模大型壓力機(jī)鍛模用鋼錘鍛模大型壓力機(jī)鍛模用鋼熱錘鍛模鋼是在高溫下通過沖擊強(qiáng)迫金屬成形的工具服役條件服役條件性能要求性能要求1）反復(fù)冷、熱）反復(fù)冷、熱 龜裂、熱疲勞龜裂、熱疲勞 熱疲勞抗力熱疲勞抗力A1，硬度是有利的；硬度是有利的；2）表層溫度）表層溫度500,沖擊力大沖擊力大熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性韌度韌度高溫回火；高溫回火；消除回脆消除回脆,整體性能好；整體性能好；3）強(qiáng)烈摩擦磨損）強(qiáng)烈摩擦磨損模具高溫耐磨性模具高溫耐磨性4 4）模具尺寸比較大）模具尺寸比較大淬透性好，導(dǎo)熱性好淬透性好，導(dǎo)熱性好2022/10/11一、成分特點(diǎn)一、成分特點(diǎn) C：一般在：一般在0.450.60%，以保證一定硬度和沖擊韌度。，以保證一定硬度和沖擊韌度。Cr：一般：一般1%左右，左右，淬透性，淬透性，回穩(wěn)性，改善回穩(wěn)性，改善AK；Ni：能：能 AK，和，和Cr共同作用共同作用鋼淬透性；鋼淬透性；Mn：主要代：主要代Ni，但，但Mn 過熱敏感性和回火脆性。過熱敏感性和回火脆性。Si：能：能強(qiáng)度、回穩(wěn)性和耐熱疲勞性，強(qiáng)度、回穩(wěn)性和耐熱疲勞性，Si量量1%。Mo、V：有效地細(xì)化晶粒，：有效地細(xì)化晶粒，過熱傾向，過熱傾向，回穩(wěn)性。回穩(wěn)性。Mo（W）最重要的作用是）最重要的作用是鋼的回火脆性。鋼的回火脆性。不但熱錘鍛模鋼都含有不但熱錘鍛模鋼都含有Mo元素，其他熱作模具鋼也都元素，其他熱作模具鋼也都用用Mo（W）合金化。）合金化。使用最廣泛的是使用最廣泛的是5CrNiMo和和5CrMnMo鋼鋼。二、工藝特點(diǎn)二、工藝特點(diǎn) 硬度要求：硬度要求：小型模硬度要求在小型模硬度要求在40 44HRC，相對(duì)較高；，相對(duì)較高；大型模硬度在大型模硬度在3538HRC為宜，相對(duì)較低。為宜，相對(duì)較低。?鍛模模面：大中型模鍛模模面：大中型模36 42HRC，較高；，較高；鍛模模尾：大中型模鍛模模尾：大中型模30 35HRC，較低。，較低。?思考思考：鍛模模面和模尾硬度不同，在工藝上有什么措施鍛模模面和模尾硬度不同，在工藝上有什么措施?熱處理工藝：熱處理工藝：5CrNiMo5CrMnMo:T淬淬 830860;T回回 450580圖圖 4-22 硬度與硬度與T回回的關(guān)系的關(guān)系圖圖4-21 強(qiáng)度和韌度與強(qiáng)度和韌度與T回回的關(guān)系的關(guān)系三、工藝要求三、工藝要求：注意保護(hù)模面和模尾，以避免脫碳。注意保護(hù)模面和模尾，以避免脫碳。加熱要注意預(yù)熱，加熱要注意預(yù)熱，450左右預(yù)熱，升溫速度左右預(yù)熱，升溫速度要慢要慢,50/h；冷卻要注意預(yù)冷，預(yù)冷到冷卻要注意預(yù)冷，預(yù)冷到780左右，循環(huán)左右，循環(huán)油冷，冷至油冷，冷至150200取出；取出；淬火后必須立即回火，絕對(duì)不允許冷至室淬火后必須立即回火，絕對(duì)不允許冷至室溫。溫。思考：為什么思考：為什么?上圖上圖 鍛模加熱時(shí)鍛模加熱時(shí) 的保護(hù)的保護(hù)右圖右圖 鹽浴中燕尾鹽浴中燕尾 部分的回火部分的回火2022/10/114.5.2熱擠壓模小型壓力機(jī)鍛模用鋼熱擠壓模小型壓力機(jī)鍛模用鋼 和和熱熱錘錘鍛鍛模模相相比比，熱熱擠擠壓壓模模在在工工作作時(shí)時(shí)需需要要較較長長時(shí)時(shí)間間與與被被變變形形加加工工的的金金屬屬接接觸觸，其其受受熱熱的的溫溫度度往往往往更高更高。熱擠壓模還承受很大的應(yīng)力和摩擦力。熱擠壓模還承受很大的應(yīng)力和摩擦力。這類模具的尺寸一般都不大，比錘鍛模要小。這類模具的尺寸一般都不大，比錘鍛模要小。熱熱擠擠壓壓模模主主要要要要求求有有高高的的熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性、較較高高的的高高溫溫強(qiáng)強(qiáng)度度、耐耐熱熱疲疲勞勞性性和和高高的的耐耐磨磨性性。有有鉻鉻系系、鎢鎢系系和鉬系熱模具鋼三類。和鉬系熱模具鋼三類。必須選用高熱強(qiáng)性熱作模具鋼必須選用高熱強(qiáng)性熱作模具鋼 2022/10/11鉻系鉻系：4Cr5MoSiV、4Cr5W2SiV等常等常用。淬透性較高，較高的強(qiáng)度和韌度，抗氧化性用。淬透性較高，較高的強(qiáng)度和韌度，抗氧化性較好。常用于制造尺寸不大的熱鍛模、鋼及銅的較好。常用于制造尺寸不大的熱鍛模、鋼及銅的熱擠壓模、鋁及銅合金的壓鑄模等。熱擠壓模、鋁及銅合金的壓鑄模等。3Cr2W8V鋼使用最多，具有高的熱穩(wěn)定性、鋼使用最多，具有高的熱穩(wěn)定性、耐磨性，但韌度和抗熱疲勞性較差。國外已基耐磨性，但韌度和抗熱疲勞性較差。國外已基本停止，以本停止，以H13（4Cr5MoSiV1）代之。代之。鎢系鎢系：2022/10/114.5.3壓鑄模用鋼壓鑄模用鋼汽車四缸壓鑄模 要求壓鑄模具鋼有高的耐熱疲勞性、要求壓鑄模具鋼有高的耐熱疲勞性、較高的導(dǎo)熱性、良好的耐磨性及耐蝕較高的導(dǎo)熱性、良好的耐磨性及耐蝕性和一定的高溫強(qiáng)度等性和一定的高溫強(qiáng)度等 壓力鑄造是在高的壓力下，使液態(tài)壓力鑄造是在高的壓力下，使液態(tài)金屬擠滿型腔成型。在工作中模具反金屬擠滿型腔成型。在工作中模具反復(fù)與熾熱金屬接觸復(fù)與熾熱金屬接觸.2022/10/11 壓鑄模具鋼的選擇首先要根據(jù)澆注金屬的溫度壓鑄模具鋼的選擇首先要根據(jù)澆注金屬的溫度和澆注金屬的種類來決定。和澆注金屬的種類來決定。鋅合金、鋁合金、鎂合金是低熔點(diǎn)的金屬合金，可鋅合金、鋁合金、鎂合金是低熔點(diǎn)的金屬合金，可以選擇以選擇30CrMnSi、40Cr、5CrMnMo等低合金鋼來制等低合金鋼來制造壓鑄模具。如壓鑄鋅合金的模具可采用造壓鑄模具。如壓鑄鋅合金的模具可采用5CrMnMo鋼，也可使用鋼，也可使用40Cr調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼.壓鑄鋁、鎂合金的模具目前常選用壓鑄鋁、鎂合金的模具目前常選用3Cr2W8V、H13(4Cr5MoSiV1)鋼鋼 銅合金和黑色金屬的熔點(diǎn)比較高采用難熔金屬為基銅合金和黑色金屬的熔點(diǎn)比較高采用難熔金屬為基的合金，如鉬基合金、鎢基合金等的合金，如鉬基合金、鎢基合金等鋁合金壓鑄模鋁合金壓鑄模2022/10/11作業(yè)題高速鋼和經(jīng)過二次硬化的Cr12型鋼都有很高的紅硬性，能否作為熱作模具使用？為什么？2022/10/11 4.1概述概述 4.2碳素鋼與低合金工具鋼碳素鋼與低合金工具鋼 4.3高速鋼（熱硬性高，淬透性高）高速鋼（熱硬性高，淬透性高）4.4冷作模具鋼冷作模具鋼 4.5熱作模具鋼（熱作模具鋼（S回回組織）組織）4.6其他類型工具用鋼其他類型工具用鋼本章內(nèi)容本章內(nèi)容4.6 其它類型工具用鋼其它類型工具用鋼 1、耐沖擊用鋼、耐沖擊用鋼（略）切邊、沖孔切邊、沖孔、剪切等、剪切等和一般模具比和一般模具比:剪切力大剪切力大，刃口薄，刃口薄和和一般一般刃具比，沖擊力大刃具比，沖擊力大耐磨性耐磨性韌度高韌度高韌度韌度耐磨耐磨C%，回穩(wěn)性回穩(wěn)性,形成穩(wěn)定形成穩(wěn)定K+Si、W+W、V 中高碳，中高碳，0.40.6%低合金，低合金，+W、Si、V、Cr 常用鋼號(hào)常用鋼號(hào)4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等。等。Si、Cr：低溫回火穩(wěn)定性，并推遲低回脆低溫回火穩(wěn)定性，并推遲低回脆性區(qū)，因此可性區(qū)，因此可回火溫度到回火溫度到280280，而得到較高，而得到較高的韌度，特別是的韌度，特別是Si元素更為有效；這些元素都元素更為有效；這些元素都淬透性、強(qiáng)度和耐磨性。淬透性、強(qiáng)度和耐磨性。W：進(jìn)一步：進(jìn)一步耐磨性和細(xì)化晶粒，耐磨性和細(xì)化晶粒，W W還能有效還能有效地地回火脆性，所以含回火脆性，所以含W鋼可在鋼可在430430470470回回火，可得到更好的韌度?；穑傻玫礁玫捻g度。2022/10/112.塑料模具用鋼塑料模具用鋼加工表面應(yīng)有高的光潔度，所以要求模具加工表面應(yīng)有高的光潔度，所以要求模具 材料夾雜物少，組織均勻，表面硬度高；材料夾雜物少，組織均勻，表面硬度高；表面耐磨耐蝕，能長期保持表面光潔度；表面耐磨耐蝕，能長期保持表面光潔度；有足夠的強(qiáng)韌性，能承受一定負(fù)荷而不變形；有足夠的強(qiáng)韌性，能承受一定負(fù)荷而不變形；變形要小，以保證互換性和配合精度。變形要小，以保證互換性和配合精度。塑料模具用鋼范圍非常廣泛，作為塑料模具塑料模具用鋼范圍非常廣泛，作為塑料模具專用鋼并已納入國家標(biāo)準(zhǔn)的僅有十余個(gè)專用鋼并已納入國家標(biāo)準(zhǔn)的僅有十余個(gè)。2022/10/11塑料模具鋼前面加SM，仍有很多使用中的未列入國標(biāo)中。SM45（萬分制）（萬分制），SM20Cr13，SM3Cr2Mo（千分制）（千分制）（P20）。塑料模制造成本高，材料費(fèi)只占模具成本塑料模制造成本高，材料費(fèi)只占模具成本的一小部分，一般在的一小部分，一般在10 20%，有時(shí)甚至低于，有時(shí)甚至低于10%。因此模具材料一般是優(yōu)先選用工藝性好、。因此模具材料一般是優(yōu)先選用工藝性好、性能穩(wěn)定和使用壽命長的材料。性能穩(wěn)定和使用壽命長的材料。常用牌號(hào)有常用牌號(hào)有SM4Cr5MoSiV、SM20Cr13 等。等。小小 結(jié)結(jié) 耐磨性與韌度的合理配合耐磨性與韌度的合理配合是工具鋼的主要是工具鋼的主要矛盾。工具鋼的合金化和熱處理工藝基本上都矛盾。工具鋼的合金化和熱處理工藝基本上都是圍繞這主要矛盾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的是圍繞這主要矛盾進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的.在在工藝措施工藝措施上，經(jīng)常采用預(yù)熱、預(yù)冷，淬上，經(jīng)常采用預(yù)熱、預(yù)冷，淬火常用等溫、分級(jí)、雙液淬火等方法，并且需火常用等溫、分級(jí)、雙液淬火等方法，并且需要及時(shí)回火。盡可能地降低淬火應(yīng)力、減小變要及時(shí)回火。盡可能地降低淬火應(yīng)力、減小變形開裂傾向和穩(wěn)定組織。形開裂傾向和穩(wěn)定組織。組織控制組織控制:在淬火加熱時(shí)在淬火加熱時(shí)K的溶解量決定了的溶解量決定了基體的含碳量和合金度，在回火過程中組織性基體的含碳量和合金度，在回火過程中組織性能主要取決于回火溫度。能主要取決于回火溫度。K的形狀、大小、數(shù)的形狀、大小、數(shù)量和均勻性對(duì)工具的性能有很大的影響量和均勻性對(duì)工具的性能有很大的影響 工具鋼的鍛造和預(yù)處理工藝工具鋼的鍛造和預(yù)處理工藝非常重要，它決非常重要，它決定了工具鋼最終熱處理前的組織狀態(tài)，特別是定了工具鋼最終熱處理前的組織狀態(tài)，特別是K的形態(tài)和分布，這是保證最終熱處理性能質(zhì)的形態(tài)和分布，這是保證最終熱處理性能質(zhì)量的基本前提。量的基本前提。