常见模具材料及其热处理教程.pptx

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1、品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/121常見模具常見模具(mj)材料及熱材料及熱處理處理Stamping Tool Manufacture Division Of NWE第一页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/122常見模具常見模具(mj)材料及熱處材料及熱處理理常見模具常見模具(mj)材料材料第二页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/123常見模具常見模具(

2、mj)材料及熱處理材料及熱處理7.SKD61 8.A3鋼鋼 1.SS41(JIS)2.SKD11(JIS)3.YK30(SK3)4.SKH-9(JIS)5.PD20 6.DC53(JIS)常用常用(chn yn)的模具材料如下的模具材料如下第三页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/124SS41 SS41(JIS)為日本鋼材牌號為日本鋼材牌號,相當於中國的相當於中國的A3鋼鋼.屬於低碳機械構造用鋼屬於低碳機械構造用鋼.該鋼材含碳量為該鋼材含碳量為0.30%,不能進行熱處理不能進行熱處理,硬度不高硬度不高;塑性較好

3、塑性較好,強度強度較低較低,機械加工性能好機械加工性能好,可以滿足模具中非成形可以滿足模具中非成形(chn xn)模板性能要求模板性能要求.該鋼材適用於模具結構中的打背板該鋼材適用於模具結構中的打背板,上托上托板板,下托板下托板,上墊腳上墊腳,下墊腳下墊腳,上模座上模座,下模座下模座,墊板和墊板和夾板等受力不大的模板和零件夾板等受力不大的模板和零件.第四页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/125SKD11 SKD11(JIS)Cr12MoV,是一種高是一種高C,高高Cr型型合金鋼合金鋼.各元素含量為各元素含量為

4、1.45%1.70%C,11.0012.50%Cr,0.400.60%Mo,0.150.30%V.高碳保証獲得過飽和的馬氏體高碳保証獲得過飽和的馬氏體(該組織很硬該組織很硬),以確保高硬度以確保高硬度,高耐磨性和一定高耐磨性和一定的熱硬性的熱硬性(鋼材在高溫如鋼材在高溫如500攝氏度仍能保証攝氏度仍能保証足夠的硬度足夠的硬度).HRC58 64.適用於受力較大的模具成形模板適用於受力較大的模具成形模板.如上如上(rshng)打板打板(通常熱處理通常熱處理HRC52)和下模板和下模板(通常熱處理通常熱處理HRC58).第五页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本

5、版本:GL-QE-05/00 2003/08/126 YK30(SK3)該鋼材為日本牌號,含碳量較高,屬於碳素工具鋼.YK30是SK-3的改良鋼種,具有較SK-3更佳的強韌性和硬化能,同時還有易加工(ji gng)性能,且具有一般高碳鋼的高硬度和高耐磨性.各元素含量為:1.00 1.10%C,0.8 1.10%Mn,0.2 0.6%Cr.熱處理後硬度為HRC50,用於局部受力較大的模板(采用一般的鋼板會產生較大的變形),如模具的上下墊板,夾板,打板等.YK30(SK3)第六页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1

6、27 SKH-9(JIS)為合金工具鋼為合金工具鋼,相當於中國的相當於中國的W6Cr4Mo5V2HRC83.因此因此,該鋼材硬度較該鋼材硬度較高高,熱處理後硬度可達到熱處理後硬度可達到HRC65.但脆性大但脆性大,塑性塑性(sxng)差差,不易進行切削加工不易進行切削加工.適用與作直徑小於適用與作直徑小於3.0的沖子材料的沖子材料.SKH-9(JIS)第七页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/128熱處理基本(jbn)知識第八页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-Q

7、E-05/00 2003/08/1291 1 金屬結構及合金化金屬結構及合金化兩種或兩種以上兩種或兩種以上(y(yshng)shng)元素相互作用元素相互作用時形成合金時形成合金,合金中組元合金中組元原子相互作用的情形可能原子相互作用的情形可能有有:固溶體固溶體:異類原子能以不異類原子能以不同的比例混合同的比例混合,形成與某形成與某一組元相同的晶體結構一組元相同的晶體結構,如置換式如置換式,間隙式間隙式化合物化合物:異類原子能以固異類原子能以固定的比例混合定的比例混合,形成與組形成與組第九页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2

8、003/08/1210金屬材料金屬材料(cilio)(cilio)強化途徑強化途徑A A 固溶強化固溶強化:合金元素固溶到基體金屬中形成固溶體時合金元素固溶到基體金屬中形成固溶體時,合金合金的強度及硬度一般會得到提高的強度及硬度一般會得到提高,基體塑性基體塑性(sxng)(sxng)則不降低則不降低.少量多元少量多元B B 沉淀強化沉淀強化:過飽和固溶體分過飽和固溶體分解析出彌散相解析出彌散相,引起合金強化引起合金強化第十页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1211:金屬材料在再結晶溫度以下的變金屬材料在再結晶

9、溫度以下的變形形,會引起會引起(y(ynqnq)強度升高強度升高,而塑而塑性降低性降低.C C 冷變形強化冷變形強化第十一页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1212D D 第二第二(d r)(d r)相相強相相強化化:超過極限溶解度的部分形成過剩的第超過極限溶解度的部分形成過剩的第二相二相,其強化效果與過剩相性能的本身其強化效果與過剩相性能的本身(b(bnshnshn)n)有關有關;還與其形態還與其形態/大小大小/數數量及分布關量及分布關(彌散強化彌散強化).).第十二页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質

10、保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1213 基體相晶粒細化及過剩相晶粒細化基體相晶粒細化及過剩相晶粒細化,晶晶粒越細粒越細,單位體積內的晶界面積越大單位體積內的晶界面積越大,對位對位錯運動的阻力錯運動的阻力(z(zl)l)越大越大,因而強度及塑韌因而強度及塑韌性越高性越高.主要手段有主要手段有;變質處理變質處理 變形及再結晶變形及再結晶 壓壓 鑄鑄 加難熔質點作為非自發晶核等加難熔質點作為非自發晶核等E E 細晶強化細晶強化:第十三页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08

11、/12143 3 金屬材料金屬材料(cilio)(cilio)之熱處理之熱處理工藝工藝第十四页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1215消除消除(xi(xioch)och)殘余內應力殘余內應力/成份不均勻成份不均勻/組織不組織不穩定等缺陷穩定等缺陷退火退火(tu hu(tu hu)第十五页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1216對於第二相在基體相中的固溶度隨溫度降低而顯對於第二相在基體相中的固溶度隨溫度降低而顯著減小的合金著減

12、小的合金,將其加熱至能全部溶入固溶體的溫將其加熱至能全部溶入固溶體的溫度度,保持保持(b(boch)och)一定時間后一定時間后,以快於第二相自固以快於第二相自固溶體中析出速度冷卻溶體中析出速度冷卻,獲得過飽和固溶體的過程獲得過飽和固溶體的過程.固溶處理固溶處理第十六页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1217過飽和固溶體處于不平衡狀態過飽和固溶體處于不平衡狀態,因而有發生分解和析因而有發生分解和析出過剩溶質原子出過剩溶質原子(呈第二相形式析出呈第二相形式析出)的自發趨勢的自發趨勢,使使合金的強度合金的強度/硬

13、度升高硬度升高,但塑性但塑性(sxng)(sxng)及抗蝕性下及抗蝕性下降降.C C 時效時效第十七页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1218常見模具常見模具(mj)(mj)材料及熱處理材料及熱處理改善鋼的性能改善鋼的性能(xngnng),通常采用兩個途徑通常采用兩個途徑:1.調整鋼的化學成分調整鋼的化學成分,加入合金元素加入合金元素(如鎂如鎂,鉬鉬,鎳等鎳等),即合金化即合金化;2.實施鋼材的熱處理實施鋼材的熱處理.熱處理是通過加熱熱處理是通過加熱,保溫保溫,冷卻之操作方法冷卻之操作方法,使鋼使鋼的組織結構

14、發生變化的組織結構發生變化,以獲得所需要的性能以獲得所需要的性能(xngnng)之加工工藝之加工工藝.第十八页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1219常見模具常見模具(mj)材料及熱處理材料及熱處理鋼的熱處理根據加熱和冷卻方法不同鋼的熱處理根據加熱和冷卻方法不同,大致分為大致分為:(通常稱為四把火即退火通常稱為四把火即退火,正火正火,淬火淬火,回火回火.也是最常也是最常用的熱處理方法用的熱處理方法)(如表面淬火和化學熱處理等如表面淬火和化學熱處理等).在日常機械加工在日常機械加工(ji gng)過程中過程中,

15、時常需要進行熱時常需要進行熱理理.熱處理可以是機械加工熱處理可以是機械加工(ji gng)過程的中間過程的中間環節環節,也可以是使機械零件達到規定技術要求的也可以是使機械零件達到規定技術要求的最終工序最終工序.第十九页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1220退火退火(tu hu)所謂退火，就是將金屬或合金加熱到適當溫度，保溫一定時間，然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝，其實質是將鋼加熱奧氏體化后進行珠光體轉變。退火方法:常用的退火方法有完全退火(重結晶退火)、球化退火、去應力退火、再結晶退火、擴散退火和等溫退火等幾

16、種。球化退火:使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工常用的球化退火有 普通球化退火和等溫球化退火兩種，工藝主要用於模具(mj)、量具和刃具鋼等。第二十页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1221 所謂正火就是將鋼材或鋼件加熱到合適的溫度，保溫適當時間 后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。2.正火之主要應用:(1).對於一些含碳量較高的鋼材,改善其組織結構,為以後熱處理(如:球墨化處理)作準備.(2).對含C量0.4%的中、低碳鋼可用正火代替退火作預先熱處理,獲得合適的硬度,便於切削加工;(3).含C量在0.40.7%

17、的不太重要(zhngyo)的工件可在正火狀態下使用，即作為最終熱處理。正火正火第二十一页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1222退火(tu hu)與正火退火與正火之目的退火與正火之目的1.軟化鋼材以便切削加工軟化鋼材以便切削加工;2.消除殘余應力消除殘余應力,防止防止(fngzh)工件變形工件變形,開裂開裂;3.細化晶粒細化晶粒,改善組織結構改善組織結構,提高鋼的機械性能提高鋼的機械性能;退火與正火之區別退火與正火之區別1.加熱溫度不同加熱溫度不同,一般正火加熱溫度高於退火加熱溫一般正火加熱溫度高於退火加熱溫

18、度度2.正火與退火最明顯不同在於正火冷卻速度稍快正火與退火最明顯不同在於正火冷卻速度稍快.第二十二页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1223淬火淬火(cu hu)將工件將工件(gngjin)加熱一定溫度後加熱一定溫度後,保溫一段時間保溫一段時間後後,取出工件取出工件(gngjin)使其快速冷卻的操作方法使其快速冷卻的操作方法.淬火之目的淬火之目的 一般都是為獲得馬氏體一般都是為獲得馬氏體(一種非常硬的晶體結構一種非常硬的晶體結構),提高工件提高工件(gngjin)的機械性能的機械性能,如硬度和耐磨性如硬度和耐

19、磨性.淬火介質淬火介質3.鹽水鹽水 4.鹼浴鹼浴第二十三页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1224 所謂回火就是鋼件淬硬后，再加熱到稍低於淬火溫度，保溫一定時間，然後冷卻到室溫的熱處理工(l n)藝。回火目的：(1)合理地調整力學性能，使工件滿足使用要求；(2)穩定組織，使工件在使用過程中不發生組織轉變，從 而保證工件的尺寸、形狀不變；(3)降低或消除淬火內應力，以減少工件的變形並防止開裂。(按照加熱溫度的不同)(1)低溫回火(回火溫度在250以下);(2)中溫回火(回火溫度在350500);(3)高溫回火回

20、火溫度在500650.回火回火(hu hu)第二十四页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1225深冷處理深冷處理 深冷處理就是鋼件淬火冷卻到室溫后，繼續在以下的介質中冷卻的 熱處理工藝，也稱為冷處理，是淬火過程的繼續。深冷處理目的：為了最大限度的減少殘余奧氏體(常溫下不穩定組織，容易引起尺吋變吋等)，以進一步(y b)提高工件淬火后的硬度和防止在使用過程中因殘余奧 氏體的分解而引起的變形，同時強度、硬度和耐磨性都可得到不同程度的提高。第二十五页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/

21、版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1226 材質模具失效鋼內疏鬆鋼內疏鬆化學成份偏析帶狀組織鋼的鈍靜度差帶狀(網狀)碳化物球化退火質量不好熱處理回火次數不當硬度不當淬火溫度不當加熱速度不當冷卻速度不當保溫時間不當爐內气份不當機械加工表面粗造度差連結角半徑過小磨削損傷電加工質量差加工應力未除去尺寸精度差設計材料纖維取向不合理硬度不合理選材不當配合精度不當有尖角連結角半徑過小厚薄壁差大操作模具預熱溫度不當終鍛溫度偏低冷卻條件不當壓鑄溫度不當 (熱鍛溫度)潤滑條件差去應力次數少設備狀況不好模具安裝不當模具零件失效模具零件失效(sh xio)原原因分析因分析第二十六页，共34页。品質保

22、証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1227模具失效模具失效(sh xio)特征特征一、冷作模具失效特征一、冷作模具失效特征:斷裂失效斷裂失效/磨損失效磨損失效/疲勞失效疲勞失效/塑性變塑性變形。形。二、熱作模具失效特征二、熱作模具失效特征:1.1.熱磨損熱磨損:主要是模具與被加工的紅熱金主要是模具與被加工的紅熱金屬坯料之間的摩擦得不到潤滑，被紅熱的金屬坯料之間的摩擦得不到潤滑，被紅熱的金屬坯料氧化，型腔表面層被回火屬坯料氧化，型腔表面層被回火(hu hu(hu hu)軟軟化，而氧化又加劇了磨損化，而氧化又加劇了磨損,形成無數的摩

23、擦溝形成無數的摩擦溝痕。痕。2.2.冷熱疲勞冷熱疲勞:占失效模具總數的占失效模具總數的6070%6070%。冷熱疲勞是模具表面經受反復加熱和冷卻所冷熱疲勞是模具表面經受反復加熱和冷卻所產生的應力引起疲勞的結果。產生的應力引起疲勞的結果。第二十七页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1228模具失效模具失效(sh xio)特征特征3.3.腐蝕腐蝕:在高溫下受到流體金屬的物理和化學在高溫下受到流體金屬的物理和化學作用，在壓鑄模具表面產生的腐蝕作用，在壓鑄模具表面產生的腐蝕-表面平表面平整，棱角變鈍，嚴重影響鑄件的幾何

24、形狀、整，棱角變鈍，嚴重影響鑄件的幾何形狀、尺寸精度和表面質量尺寸精度和表面質量 4.4.斷裂失效斷裂失效:在壓鑄模當中約占在壓鑄模當中約占510%510%左右。左右。5.5.塌陷塌陷(t(txin)xin)模具在服役過程中，模腔型模具在服役過程中，模腔型面變形下塌，使加工零件呎寸超差，從而造面變形下塌，使加工零件呎寸超差，從而造成模具失效。成模具失效。第二十八页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1229材質錯誤材質錯誤:(1)(1)造成熱處理工藝不當，熱處理后硬度不造成熱處理工藝不當，熱處理后硬度不足足(bz

25、);(bz);組織過熱、過燒致使工件報廢組織過熱、過燒致使工件報廢;(2)(2)影響材質機械性能造成模具過早失效；影響材質機械性能造成模具過早失效；材料品質差：材料品質差：材質化學成份與標準不相符；材質化學成份與標準不相符；成份偏析成份偏析:嚴重共晶碳化物帶狀、網狀嚴重共晶碳化物帶狀、網狀偏析、夾雜、液析等；偏析、夾雜、液析等；A 材質材質第二十九页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1230 SLD SLD高倍照片，較完好的魚骨狀共晶高倍照片，較完好的魚骨狀共晶(nn j jn n)碳化物碳化物(不合格不合格)

26、SKH51試樣中部試樣中部(zhn b)橫向金相照片橫向金相照片(不不合格合格)SKH51SKH51共晶共晶(nn j jn n)碳化物不均勻度碳化物不均勻度2 2級級(合格合格)SLD)SLD共晶共晶(nn j jn n)碳化物不均勻度碳化物不均勻度1.51.5級級(合格合格)第三十页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1231材質不良材質不良(bling)開開裂案例裂案例 模板開裂模板開裂的主要原因的主要原因是材料內部是材料內部碳化物分布碳化物分布嚴重不均材嚴重不均材質不良所致質不良所致(su(su zh)z

27、h)，而磨削工，而磨削工序進給量過序進給量過大，亦起促大，亦起促進作用。進作用。第三十一页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1232 還須注意還須注意(zh y)(zh y)其熱處理其熱處理工藝性，因模具斷面尺寸不均工藝性，因模具斷面尺寸不均勻形狀結構不合理勻形狀結構不合理(如尖角如尖角)等等將促成熱處理加工時。因強大將促成熱處理加工時。因強大的熱處理應力、組織應力雙重的熱處理應力、組織應力雙重作用，而致使開裂之可能。作用，而致使開裂之可能。W/E W/E加工時會打破加工時會打破原有應力平衡，應力原有應力平衡，

28、應力重新分配時導致模板重新分配時導致模板(mb(mbn)n)薄弱處發生開薄弱處發生開裂。裂。B.模具模具(mj)結構設計与結構設計与熱處理熱處理第三十二页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1233YK30YK30、SKS3SKS3模板校變形開裂檢討模板校變形開裂檢討:熱處理校正時間過長、回火前溫度熱處理校正時間過長、回火前溫度(80)(80)偏偏 低、存在回火不及時之疑點低、存在回火不及時之疑點;材質經質量追溯材質經質量追溯(zhu(zhu s)s)均存在質量缺陷。均存在質量缺陷。SLDSLD結構復雜件加工中開

29、裂異常原因結構復雜件加工中開裂異常原因:冷卻模式選擇不當且工件出油溫度過低；冷卻模式選擇不當且工件出油溫度過低；回火不及時及回火入爐溫度過高回火不及時及回火入爐溫度過高(450)(450)。壓變形時機控制不當；壓變形時機控制不當；工件結構不對稱且直角太多；工件結構不對稱且直角太多；裂紋裂紋C.熱處理加工熱處理加工(ji gng)操作操作控制不當控制不當第三十三页，共34页。品質保証課系列培訓教材品質保証課系列培訓教材 編號編號/版本版本:GL-QE-05/00 2003/08/1234基體組織基體組織高溫回火燒傷層高溫回火燒傷層二次淬火二次淬火 燒傷層燒傷層D D 磨加工磨加工(ji(ji g gng)ng)的影響的影響第三十四页，共34页。