常用模具材料及热处理.ppt
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1、第二章 常用模具材料及热处理1 常用模具材料 2 模具热处理3 模具表面强化处理1常用模具材料模具材料主要是满足特定要求的钢材。也有一些其它类型的材料。钢:炭钢(普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢)合金钢(合金结构钢、合金工具钢、不锈钢)牌号普通碳素结构钢的牌号用其屈服强度表示,即“Q”。如Q235(相当于旧牌号A3)。优质碳素结构钢的牌号用其平均含碳量的万分率表示,如20钢、45钢、40钢等。碳素工具钢的牌号用其平均含碳量的千分率表示,如T8、T10(A)。合金钢的编号原则“数字+合金元素符号+数字”。最前面的数字表示平均含碳量:结构钢用万分率,两位数字;工具钢用千分率,一位数字。含
2、碳量很高时不表示。合金元素符号后的数字表示平均百分含量,小于1.5时可不标出。合金元素含量1.5-2.5标为“2”,2.5-3.5标“3”,以此类推。一.常用模具材料 可可用用于于制制造造模模具具的的材材料料种种类类繁繁多多,包包括括各各种种碳碳素素工工具具钢钢、合合金金钢钢、硬硬质质合合金金、铸铸铁铁、有有色色金金属属及及合合金金、非金属材料等。非金属材料等。.碳素合金工具钢碳素合金工具钢含碳量:含碳量:0.70.7-1.4-1.4主要牌号:主要牌号:T7(A)T7(A)、T8(A)T8(A)、T10(A)T10(A)、T12(A)T12(A)。特特点点:价价格格便便宜宜、切切削削性性能能好
3、好。淬淬火火后后有有较较高高硬硬度度和和耐耐磨磨性性,淬淬透透性性低低,淬淬火火时时必必须须急急冷冷,变变形形开开裂裂倾向大、回火稳定性差,红硬性低(倾向大、回火稳定性差,红硬性低(250250C C)适用范围:尺寸小、形状简单、负荷小、冷作模具。适用范围:尺寸小、形状简单、负荷小、冷作模具。合金工具钢 低低 合合 金金 工工 具具 钢钢:CrWMnCrWMn、9Mn2V9Mn2V、5CrNiMo5CrNiMo、9SiCr9SiCr、GCr15GCr15、5CrMnMO5CrMnMO含合金量:总量为含合金量:总量为1 1-3-3特特点点:淬淬透透性性和和淬淬硬硬性性均均较较好好。耐耐磨磨性性,
4、红红硬硬性性较高。回火稳定性好,热处理变形小。较高。回火稳定性好,热处理变形小。CrWMnCrWMn钢:(各种中小型冷作模具)钢:(各种中小型冷作模具)钨形成的碳化物硬度很高,钨能细化晶粒,提高钨形成的碳化物硬度很高,钨能细化晶粒,提高韧性。淬火后残留奥氏体较多,故变形小。韧性。淬火后残留奥氏体较多,故变形小。9Mn2V钢:(冲裁模、弯曲模)钒(V)的加入能显著细化晶粒和提高韧性。锰的含量一般控制在2。9SiCr钢:(搓丝板、滚丝模)250C回火时有回火脆性。较高的淬硬性和较好的回火稳定性。淬透性优于9Mn2V。GCr15钢:常用的轴承钢,具有较高的淬透性和耐磨性。常用的轴承钢,具有较高的淬透
5、性和耐磨性。铬铬的的加加入入有有利利于于提提高高淬淬透透性性、细细化化碳碳化化物物并并使使其其分布均匀。分布均匀。5 5CrMnMOCrMnMO 钢:(弯曲热态模、切边模)钢:(弯曲热态模、切边模)5 5CrNiMoCrNiMo中中碳碳低低合合金金钢钢,典典型型热热作作模模具具钢钢。强强度度高高,韧韧性性好。好。淬淬透透性性好好,抗抗回回火火性性好好,导导热热性性和和耐耐热热疲疲劳劳性性好好,耐磨性好。耐磨性好。高合金工具钢:Cr12型钢:包括Cr12和Cr12MoV高碳高合金钢、工具钢、莱氏体钢淬透性高、淬火硬度极高、热变形小。Cr12钢的含碳量较Cr12MoV高,碳化物多但分布不均匀性严重
6、。Cr12钢的强度和韧性比Cr12MoV低。D2钢是近年用来替代Cr12MoV钢的新钢种。D2钢的碳化物数量增多颗粒较细。CCrWV3Cr2W8V0.3-0.42.2-2.77.5-90.2-0.5H130.38C1.0Si5.3Cr1.3Mo0.93Cr2W8V钢和H13钢(4Cr5MoV1Si)、H11钢(4Cr5MoVSi)钨系低碳高合金钢。H13钢除强度略低于3Cr2W8V钢外,其它力学性能均优于3Cr2W8V钢,是其替代钢种。较好的氮化性能。较小的热膨胀系数,较好的耐磨性和红硬性,良好的导热性。热处理变形小、但高温韧性差。3Cr3MoW2V钢:代号HM1适合于急冷急热条件下工作。5C
7、r4W5Mo2V钢:代号RM24Cr3Mo3W4VNb钢:代号GR高温性能良好,热作模具钢。8Cr2MnWMoVS钢:适用于精密塑料模。空冷微变形,易切削。调质状态硬度HRC40-50。调质后切削即可直接适用,不存在热处理变形。7CrSiMnMoV钢:高强度和韧性好,焊接性能好。适合于制造结构形状复杂的模具零件。高速钢 钨系高速钢(W18Cr4V)钼系高速钢(W6Mo5Cr4V2钢)在高温(600C)下仍保持高强度、高硬度、高耐磨性和好的韧性。钢中含碳量为0.7-0.9,合金元素含量超过15,属莱氏体钢。高淬透性,空冷即可淬硬。高速钢含有大量粗大碳化物,且分布不均匀,不能用热处理方法消除之。必
8、须反复十字镦拔以打碎粗大碳化物,并使其分布均匀。需经多次回火,从而使大量残余奥氏体大部分转为马氏体,并使马氏体析出弥散碳化物。(300C左右为回火脆性区)硬质合金和钢结硬质合金 硬质合金以难熔的金属碳化物(WC、TiC等)作硬质相,以铁族金属(Co或Ni)为粘结相,用粉末冶金方法生产的一种多相组合材料。钨钴(YG):强度、韧性较高,多用于制造模具。钨钴钛(YT):较高的红硬性和抗氧性。万能硬质合金(YW):高强度、高硬度。(成分、性能可见P244表4-2)钢结硬质合金 以以合合金金钢钢为为基基本本,金金属属碳碳化化物物(TiCiWCTiCiWC)作作硬硬质质相相,用用粉粉末末冶冶金金方方法法生
9、生产产的的一一种种新新型型模模具具材材料料。它它是是在在具具有有一一定定强强度度和和硬硬度度的的合合金金钢钢基基体体上上,弥弥散分布许多细小硬质颗粒。散分布许多细小硬质颗粒。特点:特点:.具具有有钢钢的的可可锻锻性性、可可机机加加工工性性、可可热热处处理理等等性性能,热处理变形极小。能,热处理变形极小。.淬火后具有硬质合金的硬度和刚性。淬火后具有硬质合金的硬度和刚性。两大类:.碳化钛(TiC)作硬质相;.碳化钨(WC)作硬质相。许多性能因基体(粘结剂)种类不同而不同可作硬质合金基体的有铬钼钢、不锈钢、高速钢等。(性能和一般化学成分见P245表A-3和表A-4)二.模具钢材的选用 模具钢材的选用
10、及其锻造或热处理是模具制造技术中的关键之一。对提高模具质量和延长模具寿命有很大的影响。选用模具材料时,需要综合考虑模具的工作条件、性能要求、形状和尺寸、结构特点等。对模具材料的性能要求有时会遇到矛盾,则需适当取舍、协调平衡解决。1.模具材料的一般要求 包包括括力力学学性性能能、高高温温性性能能、表表面面性性能能、工工艺艺性性能、经济性等。能、经济性等。力学性能:硬度、强度、韧性力学性能:硬度、强度、韧性高高温温性性能能:高高温温强强度度、抗抗氧氧化化性性、耐耐热热疲疲劳劳性性、回火稳定性、热膨胀系数小回火稳定性、热膨胀系数小表面性能:耐磨性、耐蚀性表面性能:耐磨性、耐蚀性 工工艺艺性性能能:切
11、切削削加加工工性性、电电加加工工性性、抛抛光光性性、可锻性、淬透性、热处理性能、可焊性可锻性、淬透性、热处理性能、可焊性经济性:资源条件、市场供应情况、价格经济性:资源条件、市场供应情况、价格 各种模具工作条件不同,对材料性能要求也就各有差异。如:冷冲压模:高强度、高硬度。冷挤压模:高强度(抗压、断裂、疲劳强度)、高韧性、高硬度。热锻模:高温强度、硬度、耐蚀性、高温回火稳定性、抗高温氧化性、耐热疲劳性、热膨胀系数小、导热性高。塑料模:较高的强度和硬度、较高的耐蚀性、良好的电加工性、良好的抛光性、较高的导热性、可焊性、切削加工性。橡胶模:耐蚀性、耐热性、可抛光性、一定强度和硬度。陶瓷模:高硬度、
12、耐热性、可抛光性、一定强度和韧性。玻璃模:耐热性、耐蚀性、耐磨性、导热性、一定强度和韧性。表A-6 常用模具钢的性能特点及用途钢材性能特点用途10、20易挤压成形,渗碳及淬火后耐磨性稍高、热处理变形大、淬透性低工作载荷不大、形状简单的冷挤模、陶瓷模45耐磨性差、韧性差、热处理过热倾向小、淬透性低、耐高温性能差工作载荷不大,形状简单的型腔模、冲孔模、橡胶模及锌合金压铸模等T10A、T12A耐磨性差、热处理变形大,淬透性低工作载荷不大、形状简单的冷冲模、成形模T7A、T8A耐磨性稍好、热处理变形大、淬透性低工作载荷不大、形状简单的冷冲模、成形模表A-6 常用模具钢的性能特点及用途(续)40Cr耐磨
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