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冲压模具材料的选用及热处理要求

时间:2011-06-18 14:29:18  来源:  作者:

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一. 冲裁模具材料的选用及热处理要求64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量,若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料;还应考虑被冲工件的材质,不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度,两者的硬度越高,碳化物的数量越多,则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性 的劣优依次 为碳素工具钢 — 合金工具钢 — 基体钢 — 高碳高铬钢 — 高速钢 — 钢结 硬质合金 — 硬质合金。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的影响。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

1.传统模具用钢 长期以来,国内薄板冲裁模用钢为 T10A 、 CrWMn 、 9Mn2V 、 Cr12 和 Cr12MoV 等。
其中 T10A 为碳素工具钢,有一定强度和韧性。但耐磨性不高,淬火容易变形及开裂,淬透性差,只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

T10A 碳素工具钢的热处理工艺为: 760~810 ℃水或油 淬, 160~180 ℃ 回火,硬度 59~62HRC 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

CrWMn 、 9Mn2V 是高碳低合金钢种,淬火操作简便,淬透性优于碳素工具钢,变形易控制。但耐磨性和韧性仍较低,应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。 CrWMn 钢的热处理工艺为:淬火温度 820~840 ℃ 油冷 ,回火温度 200 ℃,硬度 60~62HRC 。 9Mn2V 钢的热处理工艺为:淬火温度 780~820 ℃ 油冷 ,回火温度 150~200 ℃,空冷,硬度 60~62HRC 。注意 回火温度在 200~300 ℃范围有回火脆性和显著体积膨胀,应予避开。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

Cr12 和 Cr12MoV 为高碳高铬钢,耐磨性较高,淬火时变形很小,淬透性好,可用于大批量生产的模具,如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性,易产生碳化物偏析,冲裁时容易出现崩 刃 或断裂。其中, Cr12 含碳量较高,碳化物分布不均比 Cr12MoV 严重,脆性更大一些。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

Cr12 型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求,当模具要求比较小的变形和一定韧性时,可采用低温淬火、回火( Cr12 为 950~980 ℃淬火, 150~200 ℃回火; Cr12MoV 为 1020~1050 ℃淬火, 180~200 ℃回火 )。若要提高模具的使用温度,改善其淬透性和红硬性,可采用高温淬火、回火 ( Cr12 为 1000~1100 ℃淬火, 480~500 ℃回火; Cr12MoV 为 1110~1140 ℃淬火, 500~520 ℃回火 )。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

高铬钢在 275~375 ℃区域有回火脆性,应予避免。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

2.常用模具新钢种64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

为了弥补传统模具钢种性能的不足,国内开发或引进了以下性能较好的冲压模具用钢:64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 1 ) Cr12Mo1V1 (代号 D2 )钢 为仿美国 ASTM 标准中的 D2 钢引进 的钢种,属 Cr12 型钢。由于 D2 钢中 Mo 、 V 含量增加,细化了晶粒,改善了碳化物的分布状况,因此 D2 钢的强韧性(冲击韧度、抗弯强度、挠度)比 Cr12MoV 钢有所提高,耐磨性和抗回火稳定性也比 Cr12MoV 更高。可用深冷处理,提高硬度并改善尺寸稳定性。用 D2 钢制作的冲裁模具寿命要高于 Cr12MoV 钢模具。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

D2 钢的锻造性能和热塑成形性比 Cr12MoV 钢略差,机械加工性能和热处理工艺与 Cr12 型钢相似。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 2 ) Cr6WV 钢 为高 耐磨微 变形高碳中铬钢,碳、铬含量均低于 Cr12 型钢,碳化物的分布状态较 Cr12MoV 均匀,具有良好的淬透性。热处理变形小,机械加工性能较好。抗弯强度、冲击韧度优于 Cr12MoV , 只是耐磨性略低于 Cr12 型钢。用于承受较大冲击力的高硬度、高耐磨板料冲裁模,其效果好于 Cr12 型钢。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

钢的常用热处理工艺为:淬火温度9701 ~ 000℃,一般可热油或硝盐分级淬火冷却,尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后应立即回火,回火温度160210 ~ ℃,硬度 58 ~ 62HRC。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 3 ) Cr4W2MoV 钢 也是高 耐磨微 变形高碳中铬钢,替代 Cr12 型钢而研制的钢种,碳化物均匀性好,耐磨性高于 Cr12MoV ,适于制作形状复杂、尺寸精度要求高的冲压模具,可用于硅钢片冲裁模。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

Cr4W2MoV 钢的热处理工艺:要求强度、韧性较高时,采用低温淬火、低温回火工艺:淬火温度 960~980 ℃,回火温度 280~320 ℃,硬度 60~62HRC 。要求热硬性和耐磨性较高时,采用高温淬火、高温回火工艺:淬火温度 1020~1040 ℃,回火温度 50 0~540 ℃,硬度 60~62HRC 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 4 ) 7CrSiMnMoV( 代号 CH-1) 钢 为 空淬微变形低合金钢、火焰淬火钢,可以利用火焰进行局部淬火,淬硬模具刃口部分。淬火温度( 800~1000 ℃ ),具有良好的淬透性和 淬硬性 (可达 60 HRC 以上),强度和韧性较高,崩 刃 后能补焊。可代替 CrWMn 、 Cr12MoV 钢,制作形状复杂的冲裁模。 CH-1 钢的推荐热处理工艺:淬火温度 900~920 ℃, 油冷 , 190~200 ℃ 回火 1~3 小时,硬度 58~62 HRC 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 5 ) 6CrNiSiMnMoV( 代号 GD) 钢 为高韧性低合金钢,淬透性好,空淬变形小,耐磨性较高。其强韧性显著高于CrWMn 和 Cr12MoV 钢,不易崩刃或断裂。尤其适用于细长、薄片状 凸模及 大型、形状复杂、薄壁凸凹模。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

GD 钢的推荐热处理工艺:淬火温度 870~930 ℃( 900 ℃ 最佳 ),盐浴炉加热( 45s/mm ), 油冷或 空冷、风冷 , 175~230 ℃ 回火 2 小时,硬度 58~62 HRC 。由于空冷即可淬硬 ,也可采用火焰加热淬火。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 6 ) 9Cr6W3Mo2V2( 代号 GM) 钢 为高耐磨高强 韧 合金钢,各项工艺性能良好,其耐磨性、强韧性、加工性能均优于 Cr12 型钢,能够用于高速压力机冲压下的多工位 级进模等 精密模具,是较理想的耐磨、精密冲压模具用钢。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

GM 钢的热处理工艺:淬火温度 1080~1120 ℃,硬度 64~66HRC 。 回火温度 540~560 ℃,回火二次。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 7 ) Cr8MoWV3Si ( 代号 ER5) 钢 属高耐磨高强 韧合金钢,具有较好的电火花加工性能,强度、韧性、耐磨性都优于 Cr12 型钢,适用于大型精密冲压模具。用于硅钢片冲裁模,一次 刃 磨寿命为 21 万次,总寿命高达 360 万次,是目前合金钢冲模冲裁硅钢片的较高寿命水平。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

ER5 钢的推荐热处理工艺:对高耐磨性、高强韧性的模具,采用 1150 ℃ 淬火, 520~530 ℃ 回火 3 次; 对重载服役条件下的模具,采用 1120~1130 ℃ 淬火, 550 ℃ 回火 3 次。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

3 .硬质合金及钢结硬质合金64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

当工件的批量极大时,可以考虑选用硬度和耐磨性比各类模具钢种更高的硬质合金 或钢结硬质合金 。用作模具材料的硬质合金为 钨钴类 ,随着含钴量的 增加,韧性及抗弯强度提高而硬度降低。对于承受冲击力较小的模具,可以选用 含钴量较低 的 YG10X ;承受冲击力中等或较大的模具,可以选用 含钴量较高 的 YG15 或 YG20 。硬质合金的缺点为韧性较差、难以加工,作为模具的工作部件可以设计为镶拼结构。 钢结硬质合金的性能介于硬质合金和高速钢之间,能够机械加工和热处理,可以用于制作复杂的高寿命模具。用作冲裁模 的钢结硬质合金 有 DT 、 GT35 、 TLMW50 、 GW50 等。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

厚板冲裁模具64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

厚板冲裁模承受的冲压力高于薄板冲模,为重载冲裁模,易磨损、崩 刃 和断裂,所以要求模具材料应具有高的耐磨性和强韧性。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

? 传统模具用钢 传统的重载冲裁模具钢种主要有 T8A 、 Cr12MoV 、 W18Cr4V 、 W6Mo5 Cr4V2 等。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

其中 T8A 为碳素工具钢,虽然淬透性、韧性比 T10A 钢有所改善,但易残存网状碳化物、热硬性差,只能用于工件批量较小的中厚冲裁模。 T8A 工具钢的热处理工艺为: 790~820 ℃水或油 淬, 160~180 ℃ 回火,硬度 58~61HRC 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2为高速工具钢,具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性,但韧性较低,工作时有可能产生崩 刃或断裂,而且价格较贵。建议采用低温淬火、快速加温淬火等工艺措施来改善其韧性。对于工件批量较大的厚板冲裁模,可以用W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2钢做 凸 模,Cr12MoV 钢做凹模 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

W18Cr4V 钢的推荐热处理工艺: 1220~1250 ℃ 淬火; 550~570 ℃ 回火 3 次。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

W6Mo5Cr4V2 钢的推荐热处理工艺: 1160~1200 ℃ 淬火 : 550~570 ℃ 回火 3 次。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

3. 常用模具新钢种64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

为了克服高速工具钢的缺点,提高使用寿命,重载冲裁模具可选用 降碳降钒 高速钢6 W6Mo5 Cr4V(6W6)和以高速钢成分为基础,添加少量的其它元素构成的高强韧性模具钢 — 基体钢,如 65Nb钢、LD钢、012AL钢、CG-2 钢等等 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 1)6 W6Mo5 Cr4V (6W6)钢为高强韧性高速钢,由于降低了碳化物的含量和分布均匀性,使其在保持硬度和耐磨性的同时,抗弯强度、冲击韧性和塑性都有显著提高,虽然耐磨性略低,仍可用低温 氮碳共渗提高 表面硬度和耐磨性。其热处理工艺和高速钢W6Mo5Cr4V2相似。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 2 ) 6Cr4W3Mo2VNb (65Nb) 钢 65Nb 钢取自 W6Mo5CrV2 钢正常淬火后的基本成分,碳含量比高速钢低, 碳质量 分数 的中限为 0.65% ,故名 65Nb 。各合金元素在钢中的作用和在高速钢中相似, 另加入 3% 的 Nb 可形成高稳定性的碳化物 NbC ,能有效阻止奥氏体晶粒长大,改善钢的力学性能和工艺性能。这种钢具有较好的耐磨性和较强的高温韧性,可以代替 Cr12MoV 、 W18Cr4V 钢,用于重载冲裁模和冷挤压模、 冷镦模 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

65Nb 钢锻造和退火工艺性能良好,热处理温度范围宽,淬火温度可以在 1080~1180 ℃,回火温度在 520~600 ℃之间选择。 当采用比 W6Mo5CrV2 钢正常 淬火温度低的温度淬火后,其组织 为在碳含量 较低的马氏体基体上均匀 分布有细粒状未溶碳化物。通过热处理参数的调整,可以得到不同的强度、韧性、耐磨性配合,以适合不同模具的性能要求。 65Nb 钢的热处理工艺: 1080~1180 ℃盐浴炉加热( 15~20s/mm )油 淬, 520~560 ℃ 回火 2 次,硬度 57~63 HRC 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 3 ) 7Cr7Mo2V2Si (LD) 钢 LD 钢含碳、 含钴量高于 65Nb ,含钒量也较高。 钒可细化 晶粒,提高耐磨性。因此其抗压、抗弯强度和耐磨性均高于 65Nb 由于具有良好的强韧性和耐磨性,因而适于制造各种重载模具。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

LD 钢的推荐热处理工艺: 850 ℃预热, 1100~1150 ℃ 淬火; 油冷后 530~570 ℃ 回火 2~3 次,每次 1~2 小时,硬度 57~63 HRC 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 4 ) 5Cr4Mo3SiMnVAL (012AL) 钢 012AL 钢中加入质量分数为 0.3~0.7% 的铝,目的是为了细化晶粒,提高钢的冲击韧性和热加工塑性,加 Si 则为了强化基体。 012AL 钢强韧性高,综合性能好,通用性强,是冷、热兼用型模具钢。其抗弯强度及挠度高于 W18Cr4V 高速钢,代替高速钢作模具时很少发生折断现象。可以用作中厚板料冲裁模具和 各类冷 、热作模具。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

012AL 钢的推荐热处理工艺: 1090~1120 ℃盐浴炉加热( 30s/mm )油 淬, 510 ℃ 回火 2 次, 每次油冷 2 小时 ,硬度 60~62 HRC 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

( 5 ) 6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2) 钢 CG-2 钢在成分中加 Ni ,强化了基体,改善了韧性和高温性能。同时增加 Mo 减少 W ,以降低碳化物的偏析。 CG-2 钢具有高的强度和强韧性,在热处理到高硬度时仍能维持良好的韧性,较好地解决了高硬度与韧性的合理配合。但锻造塑性较差,退火后硬度偏高。亦可用作中厚板料冲裁模具和 各类冷 、热作模具。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

CG-2 钢的热处理工艺:淬火温度 1100~1140 ℃加热( 20s/mm ), 油冷 , 540 ℃ 回火 2 次,每次 2 小时,空冷,硬度 60~62 HRC 。64W中国热处理技术网 — 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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