模具材料热作模具.ppt

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1、关于模具材料热作模具1现在学习的是第1页，共48页2第三节 热作模具钢 热作模具主要用于热变形加工和压力铸造的模具。其工作特点是在再结晶温度以上使金属材料产生一定的塑性变形，或者使高温的液态金属铸造成形，从而获得各种所需形状的零件或精密毛坯。现在学习的是第2页，共48页3第三节 热作模具钢 根据加工形式，热作模具可分为热冲切模（热切边模、热切料模）、热变形模（锤锻模、高速锤锻模、压力机锻模、热挤压模）和压铸模（铝合金压铸模、铜合金压铸模、黑色金属压铸模等）。根据加工材料，热作模具可分为金属模具（黑色金属、有色金属）、非金属模具（玻璃模具、塑料模具）等。一、热作模具的分类:现在学习的是第3页，共

2、48页4第三节 热作模具钢二、热作模具的工作条件主要考虑受热情况：1）受热时间：锤锻、挤压；2）被加工材料：黑色金属、有色金属。3）润滑、冷却 热量来源：高温金属的热传递、摩擦生热、变形热、模具预热。现在学习的是第4页，共48页5第三节 热作模具钢模具温度对组织性能的影响：1）模具温度低于回火温度：组织、性能变化不大；2）模具温度高于回火温度，但低于AC1（图5-12，5-13，5-14）：强度、硬度降低，塑性、韧性增加。3）模具温度高于AC1：形成马氏体组织，脆性增加。4）热应力循环，产生疲劳裂纹。现在学习的是第5页，共48页6第三节 热作模具钢三、各类热作模具的工作条件和性能要求 分锤锻模

3、、高速锤锻模、压力机锻模、热挤压模、热冲切模和压铸模介绍。现在学习的是第6页，共48页7第三节 热作模具钢1、锤锻模 高温下通过冲击加压、强迫金属成形的工具。（1）工作条件 承受很大的压应力和冲击载荷，且冲击频率很高；模具型腔表面受到炽热金属的不断加热，可使模具升温到300-400，局部温度达到500-600 。锻完一个零件毛坯之后，必须用水或油冷却模具，从而对模具产生急冷急热的作用。坯料对模具型腔还产生强烈的摩擦。现在学习的是第7页，共48页8第三节 热作模具钢1、锤锻模（2）失效形式 锤锻模的主要失效形式氧化、磨损、断裂、产生热疲劳裂纹，形成龟裂；塑性变形造成型面塌陷。（3）性能要求较高强

4、度和良好的韧性；良好的耐磨性和耐冷热疲劳性；具有高的淬透性。良好的导热性和抗氧化性。现在学习的是第8页，共48页9第三节 热作模具钢2、热挤压模（1）工作条件 热挤压模主要承受压缩力和弯曲应力，脱模时还承受一定的拉应力，但冲击力不大。模具与炽热金属接触时间比锤锻模长，使其受热温度比锤锻模温度更高，尤其是挤压钢件和难熔金属时，工作温度高达600-800。挤压过程中模具表面与坯料之间的摩擦较大。现在学习的是第9页，共48页10第三节 热作模具钢2、热挤压模（2）失效形式 热挤压模的主要失效形式是模腔过量塑性变形、开裂、冷热疲劳、热磨损及表面氧化腐蚀。（3）性能要求 热挤压模的尺寸一般比锤锻模小。因

5、此，对热挤压模的性能要求主要有：高的热稳定性；良好的冷热疲劳抗力和高耐磨性；较高的高温强度和足够的韧性。现在学习的是第10页，共48页11第三节 热作模具钢3、热冲切模 热冲切模由切边凹模和凸模组成。在切边时凸模无刃口，只起传力作用，由凹模切除飞边、连皮。（1）工作条件 由于是切边凹模完成剪切过程，因而凹模刃口与毛坯相摩擦，同时受到一定的冲击载荷。此外，刃口还受热而升温。（2）主要失效形式：刃口磨损、崩刃、卷边等。（3）性能要求 1）具有高的耐磨性，高的硬度及热硬性；2）为避免崩刃，应具有一定的强韧性。现在学习的是第11页，共48页12第三节 热作模具钢4、压铸模 在高压下使液态金属成型的一种

6、模具。（1）工作条件 压铸模工作时与高温的液态金属接触，不仅受热时间长，而且受热温度比热锻模高（压铸有色金属时的温度达400-800以上，压铸黑色金属时的温度可达1000），同时承受很高的压力，此外还受到反复加热和冷却的作用以及金属液流的高速冲刷。现在学习的是第12页，共48页13第三节 热作模具钢4、压铸模（2）失效形式：疲劳开裂（龟裂）、气蚀、冲蚀磨损。低温合金的压铸以磨损失效为主。（3）性能要求较高的耐热性和良好的高温力学性能；优良的耐冷热疲劳性和高的导热性；良好的抗氧化性和耐蚀性；具有较高的淬透性。现在学习的是第13页，共48页14第三节 热作模具钢热作模具总的性能要求：1)抗热性好（

7、高温强度、热稳定性）；2)抗冷热疲劳性；3)高的强度和良好的韧性；4)淬透性大；5)耐磨性好。其中，不同的模具又有各自突出的性能要求：1）锤锻模突出要求高韧性；2）高速锤锻模要求高的强韧性；3）压力机锻模和热挤压模要求有高的高温强度；4）热冲切模要求耐磨性和热硬性高；5）压铸模要求高的冷热疲劳抗力和热强性。现在学习的是第14页，共48页15第三节 热作模具钢四、热作模具钢的特点：1）热作模具大多用合金工具钢制造，少数用高温合金和硬质合金。一般不用碳素工具钢（淬透性低、热疲劳抗力差、脆性大、易崩裂）。2）为了保证钢的韧性和热疲劳抗力，碳化物量不能太多，热作模具钢中的碳含量一般在0.3-0.6之间

8、，属亚共析钢。3）热作模具钢中的常用合金元素为Cr、W、Mn、Mo、V、Ni、Si等元素，其中，Cr、Mn、Si、Mo可提高淬透性；W、Mo、V可增加抗热性和耐磨性，Cr、Mn、Si可获得好的抗氧化性。现在学习的是第15页，共48页16第三节 热作模具钢五、热作模具钢的分类现在学习的是第16页，共48页17第三节 热作模具钢热作模具钢的分类1）按用途分：热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢、热冲裁模用钢。2）按性能分：高韧性热作模具钢、高热强性热作模具钢、高耐磨性热作模具钢。3）按合金元素分：钨系热作模具钢、铬系热作模具钢、钨钼系热作模具钢、铬钨钼系热作模具钢。4）按耐热性分：低耐热高韧性钢（

9、350-370）、中耐热韧性钢（550-600 ）、高耐热性钢（600-700 ）。现在学习的是第17页，共48页18第三节 热作模具钢1、低耐热高韧性钢 常用钢种有：5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi等。成分特点：碳含量在0.4-0.6之间。为提高淬透性和热强性，加入合金元素Cr、Ni、Mn、Si、Mo、V。属亚共析钢或接近共析钢。性能特点：淬透性高；有一定回火稳定性和高温强度，可在500-600 以下抗热使用，但相对其它热模钢，其耐热性较低；冲击韧度高、疲劳强度高，属高韧性钢。主要用于锤锻模。现在学习的是第18页，共48页19第三节 热作模具钢不同

10、牌号低耐热高韧性模具钢的性能特点：1)5CrNiMo 和5CrMnMo：由于碳化物形成元素含量低，碳化物主要为M3C型，阻止奥氏体长大的能力较差，耐热性低，热稳定性较差，热强性不高。5CrNiMo相对有良好的韧性和淬透性，主要用于制造各种类型的大、中型锤锻模。5CrMnMo是考虑我国的资源状况，为了节约镍而研制的，相对来讲，5CrMnMo的韧性、淬透性、耐热疲劳性均比5CrNiMo差一点，但硬度、耐磨性高一些，主要用于制造各种类型的中小型锤锻模。现在学习的是第19页，共48页20第三节 热作模具钢不同牌号低耐热高韧性模具钢的性能特点：2）5Cr2NiMoVSi在5CrNiMo的基础上添加了合金

11、元素V、Si，适当增加了Cr的含量，与5CrNiMo钢相比，其高温强度、淬透性及热稳定性温度均得到了提高。600以上高温强度比5CrNiMo高一倍。稳定性温度提高了150-170。500mm500mm 截面的锻模，其心部硬度较5CrNiMo高13HRC。主要用于制造大型重负荷锤锻模和较小压力机锻模。现在学习的是第20页，共48页21第三节 热作模具钢不同牌号低耐热高韧性模具钢的性能特点：3）4CrMnSiMoV含有Mo、V，提高了抗回火能力和高温硬度。具有较高的强度、耐磨性和冲击韧度，其高温性能、热疲劳抗力和淬透性均优于5CrNiMo 钢。可用于制造压力机锻模生产汽车用连杆、前梁和齿轮。现在学

12、习的是第21页，共48页22第三节 热作模具钢 该类型模具钢的加工工艺：以5CrNiMo为例 5CrNiMo钢的临界温度：AC1为730 ；AC3为780 ；Ms 为230 。锻造工艺：锻坯加热温度为1100-1150 ，始锻温度为1050-1100 ，终锻温度为800-880 ，砂冷或坑冷。交替进行拔长和镦粗2-3次以上。现在学习的是第22页，共48页23第三节 热作模具钢 退火工艺：采用完全退火或等温退火，退火工艺曲线如图所示。退火组织为片状或粒状珠光体+少量碳化物：主要为（Fe,M)3C，也有少量M23C6,M6C,MC。现在学习的是第23页，共48页24第三节 热作模具钢 淬火和回火工

13、艺：淬火+高温回火 淬火预热温度为600-650 ，加热温度为830-860 ，油淬。回火工艺500-550 。淬火组织为马氏体，硬度为52-60HRC，回火组织为回火马氏体，硬度为34-48HRC。现在学习的是第24页，共48页25第三节 热作模具钢现在学习的是第25页，共48页26第三节 热作模具钢2、中耐热韧性钢 钢种有4Cr5MoSiV(H11)，4Cr5W2SiV（H12）,4Cr5MoSiV1（H13），4Cr4MoWSiV等。主要为5%铬的铬型热作模具钢。含有较多的Cr、Mo、W、V等碳化物形成元素，中等耐热性，可在600-650使用。成分特点：碳含量在0.3-0.4之间，合金元

14、素主要有Cr（5%)、Mo、W、V等碳化物元素。Cr、Mo、Si提高钢的淬透性，V提高抗过热敏感性。现在学习的是第26页，共48页27第三节 热作模具钢 中耐热韧性钢性能特点：淬透性高，100mm 工件可空冷淬透（空冷硬化钢）。与5CrNiMo相比，韧性大致相当，而硬度、热硬性、耐磨性提高，综合性能好。在所有热作模具钢中，这类钢具有最高的疲劳强度。主要用于压力机锻模、高速锻模和压铸模。现在学习的是第27页，共48页28第三节 热作模具钢中耐热韧性钢组织及工艺特点：（1）退火工艺及组织 该钢种退火温度为1000-1070 ，退火组织为珠光体+未溶碳化物（6%-12%），主要为M23C6（Cr23

15、C6）和M6C（Fe3Mo3C）。Mo影响M6C型碳化物含量，对耐热性有影响。V影响MC型碳化物含量，对耐磨性有影响。退火后硬度为207-229HBS，切削加工性能好。现在学习的是第28页，共48页29第三节 热作模具钢（2）淬火回火工艺及组织：淬火温度为1010-1060 ，淬火后硬度为50-59HRC。由于Cr含量高，该钢种淬透性高，可采用空冷淬火。尺寸大于100 mm的模具可采用油冷淬火。淬火组织为细晶马氏体+过剩碳化物（MoC、VC）+残余奥氏体。回火温度根据硬度要求而定，在540-650 之间。硬度要求高，回火温度需低一些；硬度要求低，韧性要求高，回火温度可高一些。5%Cr热作模具钢

16、通常的使用硬度为44-50HRC。在剧烈冲击和重负载荷下可采用40-44HRC。现在学习的是第29页，共48页30第三节 热作模具钢 典型钢种的性能特点及应用：4Cr5MoSiV 和4Cr5MoSiV1有较高的韧性和塑性，4Cr5W2SiV和4Cr4MoWSiV有较高的强度和硬度。4Cr5MoSiV1 比4Cr5W2SiV的耐热性好，4Cr4MoWSiV耐热性最好。中耐热韧性钢主要用于热变形用模具（压力机锻模、高速锻模）和压铸模。4Cr5MoSiV 和4Cr5MoSiV1韧性好，适用于高速锤锻模，4Cr4MoWSiV强度硬度高，适用于塑性变形抗力大的热变形模、高速锤锻模以及压铸模。现在学习的是

17、第30页，共48页31第三节 热作模具钢3、高耐热性钢典型钢种主要有：3Cr2W8V、4Cr3Mo3W2V，5Cr4Mo2W2VSi，5Cr4W5Mo2V。成分特点：碳含量在0.3-0.5之间，合金元素含量在8%-10%，属共析钢或过共析钢。主要有Cr、W、Mo、V、Si。现在学习的是第31页，共48页32第三节 热作模具钢3、高耐热性钢 性能特点：耐热性好，即有较高的高温强度和高温硬度，可在600-700 高温下使用。具有高耐磨性。但塑性韧性、抗冷热疲劳性能显著低于5%Cr的热模钢。淬透性好，小于150mm的模具空冷也能淬透，硬度高达55-62HRC，具有强烈的二次硬化、抗回火软化能力强、抗

18、疲劳性好。现在学习的是第32页，共48页33第三节 热作模具钢高耐热韧性钢组织及工艺特点：（1）退火工艺及组织 该钢种退火温度为840-880 ，退火组织为细颗粒珠光体+少量一次共晶碳化物。碳化物总的质量分数为10%-13%，主要为M6C型。含V高时，主要为MC型碳化物。退火硬度为207-255HBS，切削加工性稍差。现在学习的是第33页，共48页34第三节 热作模具钢（2）淬火回火工艺及组织：淬火温度为1050-1140 ，油淬后硬度为53-62HRC。该钢种淬透性高，可采用分级淬火。淬火组织为细晶马氏体+未熔碳化物（MoC、VC）+残余奥氏体。高耐热钢均为二次硬化钢，二次硬化最佳温度为50

19、0-560 。所以回火温度一般为560-630 ，硬度达到48-56HRC。回火组织为回火马氏体、回火索氏体或回火托氏体。现在学习的是第34页，共48页35第三节 热作模具钢 3Cr2W8V的性能特点：3Cr2W8V用于热作模具已有70年历史，至今仍广泛使用，是我国产量最大的模具钢之一。用于压铸模、热挤压模、精锻模、有色金属成型模等。钢中的碳和合金元素Cr、W、V的含量正好是高速钢W18Cr4V的一半，故称“半高速钢”。高的W、V提高钢的热稳定性和耐磨性；较低的含碳量可保证一定的热疲劳抗力及塑性和韧性；Cr增加了钢的淬透性，80mm以下可以淬透。因大量合金元素的作用，合金的共析点左移，属过共析

20、钢，韧性较差。现在学习的是第35页，共48页36第三节 热作模具钢 典型钢种的性能比较及应用：4Cr3Mo3W2V和 3Cr2W8V的韧性、塑性较好，而强度、硬度偏低；5Cr4Mo2W2VSi，5Cr4W5Mo2V为基体钢，具有高速钢的高强度及低合金工具钢的韧性，相对于前两种钢，强度、硬度较高，而塑性、韧性偏低。这两种钢的回火抗力均高于3Cr2W8V，可在700 高温下工作。这类钢适用于耐热性、耐磨性要求较高而韧性要求较低、形状不太复杂的模具，如压力机镦锻模、挤压机以及压铸模等。现在学习的是第36页，共48页37第三节 热作模具钢4、特殊用途热作模具钢 (1)超高强度钢 有40CrMo、40C

21、rNi2Mo、30CrNiMnSi A 等。性能特点：有很高的抗拉强度和足够的塑性、韧性。成分特点：中、低含碳量，低合金量（小于5%），主要靠特殊的冶炼工艺及后续热处理（回火时效、形变热处理、晶粒超细化处理）获得高强性和高韧性。应用：主要用于工作温度低于450 ，需要高强度和高韧性的模具零件。如热挤压用挤压筒、压力机锻模用模座、高速锤锻用模套、压板、顶杆。现在学习的是第37页，共48页38第三节 热作模具钢 4、特殊用途热作模具钢 (2)马氏体时效钢 有18Ni（250），18Ni（300），18Ni（350）。18Ni（250）成分：Ni18，Co7.75，Mo5.0，Ti0.4，Al0.1

22、。成分特点：超低碳量（小于0.03%)，高含镍、钴量（Ni大于10%，Co 7%左右），以及一定量的Mo、Ti、Al。镍可使钢在高温下得到单相奥氏体，并在冷却到室温时转变为单相马氏体，而具有较高的塑性。钴能使钢的马氏体开始转变温度升高，避免形成大量残留奥氏体。现在学习的是第38页，共48页39第三节 热作模具钢 4、特殊用途热作模具钢 (2)马氏体时效钢 热处理：固溶+时效处理 固溶处理（800-900 ）后组织为Fe-Ni板条马氏体，有很高的位错密度和小孪晶,其韧性较Fe-C马氏体为高。时效处理（480-500 ）后，析出共格金属间化合物相(Ni3Ti、Ni3Mo),具有超高硬度和良好的塑性

23、、韧性，硬度高、耐磨性好，断裂韧度也高。同时，具有高的抗热性能、抗高温疲劳性能、抗氧化性能。不存在淬透性问题。现在学习的是第39页，共48页40第三节 热作模具钢 4、特殊用途热作模具钢 (2)马氏体时效钢 应用：由于含镍、钴高，价格贵。主要用于精密复杂长寿命压铸模，也常用于冷挤模、精密塑料模、铝压铸模、精密锻模等。现在学习的是第40页，共48页41第三节 热作模具钢 4、特殊用途热作模具钢 (3)高速工具钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2，耐热性好，可在600 工作，强度高、但韧性差。可用于热挤压模、热冲压用冲头、热成形铝合金压铸模。现在学习的是第41页，共48页42第三节 热作模具钢

24、 4、特殊用途热作模具钢 (4)奥氏体耐热钢 分为Cr-Ni系（Cr14Ni25Co2V)和Cr-Mn系(5Mn15Cr8Ni5Mo3V)。主要为了满足耐高温、耐腐蚀、抗氧化而引入。Ni、Mn可无限扩大奥氏体区，加热及冷却过程中不发生相变，高温强度高、耐热性好。工艺：退火+固溶时效处理，时效温度700 。应用：温度介于700-900 的模具，如钢或高温合金挤压模、粉末烧结模、压铸模等。现在学习的是第42页，共48页43第三节 热作模具钢热作模具的选材 P86锤锻模：低耐热高韧性钢。高速锤锻模：中耐热韧性钢。压力机锻模：中耐热韧性钢。4 热挤压模：高耐热性钢。5 热冲切模：高耐磨钢（8Cr3）。

25、6 压铸模：高耐热性钢和高温合金。现在学习的是第43页，共48页44第三节 热作模具钢 七、新型热作模具钢 1.HM1(35Cr3Mo3W2V)热作模具钢 该钢种已纳入GB1299-85的国家标准模具钢号。它具有良好的抗热疲劳性能、抗回火稳定性能和良好的冶炼、锻造、热处理及机械加工工艺性能，是国内综合性能优良、符合我国资源条件的高强韧性热作模具新钢种。适用于高温、高负荷、急热急冷条件下的压力机锻模、轴承热锻凹模、成型滚锻模、高强度和高热强钢的精密锻造、铝和铜合金压铸模、热挤压摸具等。使用寿命可比3Cr2W8V提高1-4倍。在高温性能方面明显优于H13钢。现在学习的是第44页，共48页45第三节

26、 热作模具钢 七、新型热作模具钢 2HM3(25Cr3Mo3VNb)热作模具钢 该钢种与HM1为同一系列产品，其高温强韧性能和热疲劳性能非常突出，特别适合于冲击载荷较大，工作温差高的模具。如辊锻成型模具，有色金属压铸模具、耐热不锈钢及高强度材料锻压成型模具，轴承环套圈热锻成型凹模等，使用寿命比原用H13、3Cr2W8V和5CrNiMo都有成倍提高。现在学习的是第45页，共48页46第三节 热作模具钢 七、新型热作模具钢 3RM2（5Cr4W5Mo2V）热作模具钢 RM2钢是一种多用途基体钢，既可用于热作模具，也可用于冷作模具。该钢种已纳入GB1299-85国家标准中，具有极高的高温强度、红硬性能、热稳定性能和高温耐磨性能。特别适用于铜合金挤压模具，温锻模具和冲击载荷较小的热挤冲头模具。在切边模具、齿轮精锻模具、轴承环挤压冲头、不锈钢餐具滚轧模具的应用寿命都远高于原用H13、3Cr2W8V模具钢。现在学习的是第46页，共48页47作业：1 热作模具钢应具备哪些特性？2 热作模具钢根据耐热程度可分为哪些类型？不同耐热钢的成分特点如何？3 热作模具钢常采用哪些热处理工艺？第三节 热作模具钢现在学习的是第47页，共48页感谢大家观看现在学习的是第48页，共48页