(60)--3.5.2 合金模具钢金属材料及热处理.ppt

3.5.2合金模具钢合金模具钢合金模具合金模具钢按其用途分按其用途分为冷作模具冷作模具钢和和热作模具作模具钢两大两大类。（1）冷作模具钢）冷作模具钢用途：用途：冷模具用于制造各种冷冲模、冷冷模具用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷模、冷挤压模和拉模和拉丝模等，模等，工作温度不超工作温度不超过200300。性能要求：性能要求：冷模具工作冷模具工作时承受很大的承受很大的压力、弯曲力、冲力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。荷和摩擦。主要失效形式是磨主要失效形式是磨损，也常出，也常出现崩刃、断裂和崩刃、断裂和变形等失效形等失效现象。因此，象。因此，冷模具冷模具钢应具有以下具有以下基本性能基本性能：高硬度，一般高硬度，一般为58HRC62HRC；高耐磨性；高耐磨性；足足够的的韧性和疲性和疲劳抗力；抗力；热处理理变形小。形小。成分特点成分特点高碳高碳碳碳质量分数多在量分数多在1.0%以上，个以上，个别甚至达到甚至达到2.0%，以保，以保证高的硬度和高高的硬度和高耐磨性。耐磨性。加入加入Cr、Mo、W、V等合金元素等合金元素形成形成难熔碳化物，提高耐磨性，尤其是熔碳化物，提高耐磨性，尤其是Cr。典型。典型钢种是种是Cr12型型钢，铬的含量高达的含量高达12%。铬与碳形成的碳化物，能极大提高与碳形成的碳化物，能极大提高钢的耐磨性，的耐磨性，铬还显著提高著提高钢的淬透性。的淬透性。钢种和牌号种和牌号常用冷作模具常用冷作模具钢和耐冲和耐冲击工具用工具用钢的牌号、成分、的牌号、成分、热处理及用途理及用途9Mn2V、9SiCr、CrWMn要求不高的冷模具用低合金刃具要求不高的冷模具用低合金刃具钢制造。制造。Cr12大型冷模具用大型冷模具用钢，热处理理变形很小，制造重形很小，制造重载和形状复和形状复杂的模具。的模具。冷冷挤压模工作模工作时受力很大，条件苛刻，受力很大，条件苛刻，选用基体用基体钢（成分与高速（成分与高速钢基基体相同）或体相同）或马氏体氏体时效效钢制造。制造。钢号钢号化学成分化学成分w/%CSiMnCrMoWV9Mn2V0.850.950.401.702.000.100.25CrWMn0.901.050.400.801.100.91.201.201.60Cr122.002.300.400.4011.5013.500.150.30Cr12MoV1.451.700.400.4011.0012.500.400.600.801.10Cr4W2MoV1.121.250.400.700.403.504.000.801.201.902.600.701.106W6Mo5Cr4V0.550.650.400.603.704.304.505.506.007.004CrW2Si0.350.450.801.100.401.001.302.002.506CrW2Si0.550.650.500.800.401.001.302.202.70钢号钢号退火退火淬火淬火回火回火用途举例用途举例温度温度/硬度硬度/HB温度温度/冷却介质冷却介质温度温度/硬度硬度/HRC9Mn2V750770229780820油油1502006062滚丝模、冷冲模、冷滚丝模、冷冲模、冷压模、塑料模压模、塑料模CrWMn760709190230820840油油1401606265冷冲模、塑料模冷冲模、塑料模Cr128709002072559501000油油2004505864冷冲模、拉延模、压冷冲模、拉延模、压印模、滚丝模印模、滚丝模Cr12MoV85087020725510201040油油1504255563冷冲模，压印楧，冷冷冲模，压印楧，冷镦模、冷挤压模镦模、冷挤压模11151130硝盐硝盐5105206062零件模、拉延模零件模、拉延模Cr4W2MoV8508702402559801000油油26030060代代Cr12MoV钢钢硝盐硝盐50054060626W6Mo5Cr4V85087017922910201040油或硝盐油或硝盐5605806063冷挤压模（钢件、硬冷挤压模（钢件、硬铝件）铝件）4CrW2Si71074017921711801200油油2002505356剪刀、切片冲头（耐剪刀、切片冲头（耐冲击工具用钢）冲击工具用钢）43047044456CrW2Si700730229285860900油油2002505356剪刀、切片冲头（耐剪刀、切片冲头（耐冲击工具用钢）冲击工具用钢）4304704045常用冷作模具钢和耐冲击工具用钢的牌号、成分、热处理及用途（摘自常用冷作模具钢和耐冲击工具用钢的牌号、成分、热处理及用途（摘自GB/T1299-2000）热处理特点理特点冷作模具冷作模具钢的的热处理与低合金刃具理与低合金刃具钢类似。高碳高似。高碳高铬冷模具冷模具钢的的热处理方案有两种：理方案有两种：一次硬化法：在一次硬化法：在较低温度（低温度（9501000）下淬火，然后低温）下淬火，然后低温（150180）回火，硬度可达）回火，硬度可达61HRC64HRC，使，使钢具有具有较好的好的耐磨性和耐磨性和韧性，适用于重性，适用于重载模具。模具。二次硬化法二次硬化法：在：在较高温度（高温度（11001150）下淬火，然后于）下淬火，然后于510520多次（一般多次（一般为三次）回火，三次）回火，产生二次硬化，使硬度达生二次硬化，使硬度达60HRC62HRC，红硬性和耐磨性都硬性和耐磨性都较高（但高（但韧性性较差）。适用于在差）。适用于在400450温度下工作的模具。温度下工作的模具。（2）热作模具钢）热作模具钢用途：用途：热作模具作模具钢用于制造各种用于制造各种热锻模、模、热压模、模、热挤压模和模和压铸模等，工作模等，工作时型腔表面温度可达型腔表面温度可达600以上。以上。性能要求性能要求热模具工作模具工作时承受很大的冲承受很大的冲击载荷、荷、强烈的摩擦、烈的摩擦、剧烈的冷烈的冷热循循环所所引起的不均匀引起的不均匀热应变和和热应力，以及高温氧化、出力，以及高温氧化、出现崩裂、塌陷、磨崩裂、塌陷、磨损、龟裂等失效形式。因此裂等失效形式。因此热模具模具钢的主要的主要性能要求性能要求是：是：高的高的热硬性和高温耐磨性；硬性和高温耐磨性；高的抗氧化性能；高的抗氧化性能；高的高的热强性和足性和足够的的韧性，尤其是受冲性，尤其是受冲击较大的大的热锻模模钢；高的高的热疲疲劳抗力，以防止抗力，以防止龟裂破坏；裂破坏；由于由于热模具一般模具一般较大，所以大，所以还要求要求热模具模具钢有高的淬透性和有高的淬透性和导热性。性。成分特点成分特点中碳中碳碳碳质量分数一般量分数一般为0.3%0.6%，以保，以保证高高强度、高度、高韧性、性、较高的硬度高的硬度（35HRC52HRC）和）和较高的高的热疲疲劳抗力。抗力。加入加入较多的提高淬透性的元素多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等等，Cr是提高淬透是提高淬透性的主要元素，同性的主要元素，同时和和Ni一起提高一起提高钢的回火的回火稳定性。定性。Ni在在强化化铁素体素体的同的同时还增加增加钢的的韧性，并与性，并与Cr、Mo一起提高一起提高钢的淬透性和耐的淬透性和耐热疲疲劳性能。性能。加入加入产生二次硬化的生二次硬化的Mo、W、V等元素等元素，Mo还能防止第二能防止第二类回火回火脆性，提高高温脆性，提高高温强度和回火度和回火稳定性。定性。常用常用热作模具作模具钢的牌号的牌号5CrMnMo、5CrNiMo及及5CrMnSiMoV：对韧性要求高而性要求高而热硬性要求不硬性要求不太高的太高的热锻模。模。3Cr2W8V、4Cr5MoVSi：热强性更好的大型性更好的大型锻压模或模或压铸模。模。常用热作模具钢的牌号、成分、热处理及用途（摘自常用热作模具钢的牌号、成分、热处理及用途（摘自BG/T1299-2000）钢号钢号化学成分化学成分w/%CSiMnCrMoWV其它其它5CrMnMo0.500.600.250.601.201.600.600.900.150.305CrNiMo0.500.600.400.500.800.500.800.150.30Ni1.401.804Cr5MoSiV0.330.420.801.200.200.504.755.501.101.600.300.503Cr3Mo3W2V0.320.420.600.900.652.803.302.503.001.201.800.801.205Cr4W5Mo2V0.400.500.400.403.404.401.502.104.505.300.701.103Cr2Mo0.280.400.200.800.601.001.402.000.300.55Ni0.851.153Cr2MnNiMo0.320.400.200.401.101.501.702.000.250.40Ni0.851.15钢号钢号退火退火淬火淬火回火回火用途举例用途举例温度温度/硬度硬度/HB温度温度/冷却介质冷却介质温度温度/硬度硬度/HRC5CrMnMo780800197241830850油油4906403047中型锻模（模高中型锻模（模高275mm400mm）5CrNiMo780800197241840860油油4906603047大型锻模（模高大型锻模（模高400mm)4Cr5MoSiV84090010922910001025油油5406504054热镦模、压铸模、热挤压模、热镦模、压铸模、热挤压模、精锻模精锻模3Cr3Mo3V84590010101040空气空气5506004054热镦模热镦模5Cr4W5Mo2V85087020023011301140油油6006305056热镦模、温挤压模热镦模、温挤压模3Cr2Mo塑料模具钢塑料模具钢3CrMnNiMo塑料模具钢塑料模具钢热处理理热作模具作模具钢中中热锻模模钢的的热处理理和和调质钢相似相似，淬火后高温（，淬火后高温（550左右）回火，以左右）回火，以获得回火索氏体或回火屈氏体得回火索氏体或回火屈氏体组织；热压模模钢淬火后在略高于二次硬化峰淬火后在略高于二次硬化峰值的温度（的温度（600左右）下回火，左右）下回火，组织为回火回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体，氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体，与高速与高速钢类似似。为了保了保证热硬性，要硬性，要进行多次回火。行多次回火。