热作模具钢及其热处理

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,六热作模具钢,6,1 热作模具的工作条件与性能要求,6,11 热作模具的工作条件,612 热作模具的性能要求,6,2 热作模具材料的选用,621 锻压模具用钢的选用,622 热挤压模具用钢的选用,623 压铸模具用钢的选用,6,3 热作模具的制造工艺路线,64 热作模具的热处理,641 退火,642 淬火,643 回火,6,5 热作模具热处理实例,651 锤锻模具热处理,652 铬系热作模具钢热处理,6,热作模具钢及其热处理,热作模具钢的碳含量一般为,0.3%,0.6%,，有良好的强度、硬度和韧性。添加镍、钨、钼、铬、钒等合金元素，可以提高钢的淬透性和高温性能。,根据不同的合金元素含量，热作模具钢可以分为锻压模具用热作模具钢、钨钼系热作模具钢等。,表6-1 常用热作模具钢的钢号和化学成分,钢号,化学成分,/%,C,Si,Mn,Cr,Mo,V,其它,锤锻模具用钢,5CrMnMo,5CrNiMo,4CrMnSiMoV,5Cr2NiMoVSi,0.5/0.6,0.5/0.6,0.35/0.45,0.46/0.53,0.25/0.6,0.4,0.8/1.1,0.6/0.9,1.2/1.6,0.5/0.8,0.8/1.1,0.4/0.6,0.6/0.9,0.5/0.8,1.3/1.5,1.54/2,0.15/0.3,0.15/0.3,0.4/0.6,0.8/1.2,-,-,0.2/0.4,0.3/0.5,-,Ni1.4/1.8,-,Ni0.8/1.2,铬系热作模具钢,4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1,4Cr5W2VSi,0.33/0.43,0.32/0.45,0.32/0.42,0.8/1.2,0.8/1.2,0.8/1.2,0.2/0.5,0.2/0.5,0.4,4.75/5.5,4.75/5.5,4.5/5.5,1.1/1.6,1.1/1.75,-,0.3/0.6,0.8/1.2,0.6/1.0,-,-,W1.6/2.4,钨钼热作模具钢,3Cr2W8V,3Cr3Mo3W2V,5Cr4W5Mo2V,0.30.4,0.320.42,0.40.5,0.4,0.60.9,0.4,0.4,0.65,0.4,2.22.7,2.83.3,3.44.4,-,2.53.0,1.52.1,0.20.5,0.81.2,0.71.1,W7.59,W1.21.8,W4.55.3,6.1 热作模具的工作条件与性能要求,6.1.1 热作模具的工作条件,热作模具是将加热到再结晶温度以上的固态或液态金属压制成型的工具，包括热锻模具、热挤压模和压铸模三类。热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触，这是与冷作模具工作条件的主要区别。,热作模具的工作条件主要有以下三方面:,(1)型腔表层金属受热。尽管热锻模具不同，型腔表层金属受热温度也不相同，但是最 低也有几百摄氏度;热挤压模具与压铸模具型腔表层温度更高。,(2)型腔表层金属产生热疲劳。热作模具的工作特点是具有间歇性。每次使热态金属成型后都要用冷却介质冷却型腔的外表。因此，热作模具的工作状态是反复受热和冷却，从而使型腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用。其结果是引起型腔外表出现裂纹，称为热疲劳现象。,(3)载荷作用。锤锻模受强烈的冲击载荷和工作应力;热挤压模具和压铸模具是在高压下服役的。,6.1.2,热作模具的性能要求,1.使用性能,(1),硬度和红硬性,(2)耐磨性,(3)强度和韧性,(4)热疲劳性能,热作模具工作时除了承受周期性载荷作用之外，还要承受高温及周期性的急冷急热变化。热交变应力易使热作模具材料发生疲劳破坏，导致模具热裂。,一般说来，影响钢的热疲劳性能的因素主要有:,钢的导热性,钢的临界点,2.工艺性能,1加工性,热作模具材料的加工性主要包括冷加工中的切削加工性能和热加工中的锻压加工性能两种。它主要取决于钢的化学成分和热处理工艺等。,2淬透性和淬硬性,热作模具对这两种性能要求根据其工作条件不同有所侧重。对于小型模具，由于尺寸小，容易淬透，所以只要求高的硬度，偏重于高淬硬性;对于尺寸较大的模具，如果截面未淬透，那么回火后未淬透局部的屈服点和韧性会显著降低，影响模具工作寿命，所以其淬透性更为重要。,3热处理变形性,热作模具在热处理时，尤其在淬火过程中，要产生体积、形状变化，为保证模具质量，要求模具钢的热处理变形小，各方向变化相近似，且组织稳定。它主要取决于热处理工艺和钢的冶金质量等。,4脱碳敏感性,热作模具如果在无保护气氛下加热，其外表会发生氧化、脱碳现象，就会使其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低。因此，要求模具钢的氧化、脱碳敏感性好。对于某些氧化、脱碳敏感性强的热作模具钢，可采用特种热处理，如真空热处理、可控气氛热处理等。,6.2 热作模具材料的选用,影响热作模具使用寿命的因素很多，如工作温度、承受的载荷、模具的形状与尺寸、被加工材料的性质、质量、成型方式等因素。选择热作模具材料要综合考虑这些因素，合理选用，并且模具钢的纯洁度要高、等向性要好、经过炉外精炼和多向锻造，确保热作模具工作寿命。,6.2.1 锻压模具用钢的选用,锤锻模用钢有两个问题比较突出,工作时受冲击负荷作用，故对钢的力学性能要求较高，特别是韧性要求较高;,锤锻模的截面尺寸较大(400mm)，故对钢的淬透性要求比较高，以保证整个模具组织和性能均匀。,中、小型锤锻模多项选择用合金含量较低、冲击韧性高的材料，如5CrMnMo钢;,大型及型腔复杂的锤锻模通常选用淬透性较高的钢，如5CrNiMo钢。5Cr2NiMoVSi钢耐热疲劳性、冲击性好，适于制造大截面锤锻模具。,很多有色金属和钢的型材、管材和异型材是采用热挤压工艺成型的。,热挤压模具是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的。热挤压模具主要由,挤压筒、冲头、凹模和心棒,(用于挤压管材)等主要部件组成。热挤压模具的工作特点是加载速度较慢，因此，型腔受热温度较高，通常可达,500,800,。对这类钢的使用性能要求应以耐磨性、高的回火稳定性和抗热疲劳性能为主。常用的热挤压模具用钢有,4Cr5MoSiV,，,4Cr5MoSiV1,，,3Cr2W8V,，,4Cr5W2VSi,钢,等。热挤压模具用钢选择见表,6-3。,6.2.2,热挤压模具用钢的选用,热挤压工件的材料,模,具,名,称,凹模,冲头,芯棒,挤压缸内套,铝、镁合金,4Cr5MoSiV1,4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1,4Cr5MoSiV,4CrMnSiMoV,4Cr5MoSiV1,4Cr5MoSiV,4Cr5W2VSi,4Cr5MoSiV1,4Cr5MoSiV,铜和铜合金,4Cr5MoSiV1 4Cr5MoSiV 3Cr3Mo3W2V 3Cr2W8V,5Cr4W5Mo2V,4Cr5MoSiV1,3Cr2W8V 4CrMnSiMoV,5Cr4W5Mo2V,4Cr5MoSiV1,3Cr2W8V,3Cr3Mo3W2V,4Cr5MoSiV1,4Cr3Mo3SiV,表,6-3,热挤压模具用钢选择,6.2.2,热挤压模具用钢的选用,6.2.3 压铸模具用钢的选用,压铸模具在服役条件下不断承受高速、高压喷射、金属的冲刷腐蚀和加热作用，从总体上看，压铸模具用钢的使用性能要求与热挤压模具用钢相近，即以要求耐磨性、高的回火稳定性与抗热疲劳性为主。所以,通常所选用的钢种大体上与热挤压模具用钢相同,。,压铸模具用钢选择可以参考表,6,-,4,。,表,6-4,压铸模具用钢选择,压铸工件的材料,推荐钢号,锌及其合金,4CrMnSiMoV,、4Cr5MoSiV1,、,4Cr5W2VSi,铝、镁及其合金,4Cr5W2VSi,、4Cr5MoSiV1、4Cr5MoSiV、3Cr2W8V、5Cr4W5Mo2V、3Cr3Mo3W2V,铜及其合金,3Cr2W8V,、3Cr3Mo3W2V,6.3 热作模具的制造工艺路线,热作模具的制造，就是通过各种专业工艺，按照一定顺序，进行加工、装配来完成的。热作模具的制造工艺路线大致为毛坯制备、成形加工、热处理、钳工整修、模具装配、试模与验收等阶段。,一般热作模具主要零件的制造工艺路线：,毛坯锻造退火机械粗加工精加工成形淬火、高温回火钳工整修、抛光模具装配试模,。,1.,毛坯制备,2.,成型加工,3.,热处理,4.,钳工整修,5.,模具装配,6.,试模与验收,6.4 热作模具的热处理,热处理是热作模具制造中不可缺少的重要工序。热处理目的就是通过加热和冷却的方法，改变钢的组织，提高硬度、韧性等力学性能。热作模具使用条件不同，对其性能要求的重点也不同。比方，锤锻模对韧性要求较高，而热挤压模具以耐磨性、高的回火稳定性、抗热疲劳性为主。这就要求对不同的热作模具采取不同的热处理工艺，以到达要求的使用性能。热处理对热作模具的质量和使用寿命都有重要的影响。,6.4.1 退火,完全退火、等温退火、球化退火、扩散退火、去应力退火,6.4.2 淬火,1锤锻模:由于锤锻模用钢一般淬透性不高，通常用油作淬火介质。,2热挤压模具、压铸模具:除了3Cr2W8V钢外，这类钢淬透性好，大型模具空冷淬火后可得到较高的硬度。该类钢可以采用空冷或油冷淬火。,6.4.3 回火,热作模具要求具有高的强度和好的韧性，并且要有高的抗回火性，所以这类模具都要进行高温回火，一般在500650回火。,6.5 热作模具热处理实例,6.5.1,锤锻模具热处理,1.,退火工艺,2.淬火工艺,3.回火工艺,图,6-2,锤锻模一般热处理过程,6.5.2 铬系热作模具钢热处理,1.退火工艺 2.淬火工艺 3.回火工艺,淬火工艺：4Cr5MoSiV1(H13)钢奥氏体等温转变曲线如图6-3所示，4Cr5MoSiV1钢经过高温奥氏体化后，如果冷却速度缓慢，在450以上会析出先共析碳化物。所以在冷却时，应该快速冷却至450，以防止析出先共析碳化物，影响性能。4Cr5MoSiV1钢淬火后的组织为,细针状马氏体+未溶碳化物+剩余奥氏体,图,6,-3 4Cr5MoSiV1,钢奥氏体等温转变曲线,3.,回火工艺,4Cr5MoSiV1钢在630高温回火后得到,回火索氏体+回火屈,氏体,。,铬系热作模具钢一般热处理过程见图6-4,。,图,6,-4,铬系,热作模具钢,一般热处理过程,6.5.3 钨钼系热作模具钢的热处理,钨钼系热作模具钢中钨的质量分数为8%10%，参加适量的钼、钒，其高温强度、硬度、抗回火性能均优于前两类热作模具钢，但是其韧性和抗热疲劳性能那么不及铬系热作模具钢。钨钼系热作模具钢适用于型腔工作温度为600650的热作模具。如锻压机模具、热挤压模具。,图,6,-6,钨钼系热作模具钢的一般热处理过程,