冲压模具材料的选用及热处理

冲压模具材料的选用及热处理

机械技术类2009-10-23 17:53:53 阅读71 评论0 字号：大中小

据调查，在所有的模具失效因素中，模具的材料和热处理约占70% 的比例，成为影响模具寿命的主要因素。因此，在模具的整个设计制造过程中，模具材料的选用和热处理

工艺是否适当显得尤为重要。

11.2.1 冲压模具工作零件材料的要求

冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷，甚至在较高的温度下工作（如冷挤压），工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此，

对模具工作零件材料的要求比普通零件高。

由于各类冲压模具的工作条件不同，所以对模具工作零件材料的要求也有所差异。

1.冲裁模材料的要求

对于薄板冲裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而对厚板冲裁模除了要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具断裂或崩刃，还应具有高的断裂抗

力、较高的抗弯强度和韧性。

2. 拉深模材料的要求

要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、一定的强韧性以及较好的切削加工性能，而且热处理时变形要小。

3. 冷挤压模材料的要求

要求模具工作零件有高的强度和硬度、高耐磨性，为避免冲击折断，还要求有一定的韧性。由于挤压时会产生较大的升温，所以还应具有一定的耐热疲劳性和热硬性

11.2.2 冲压模具材料的种类及特性

制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。

1. 碳素工具钢

在模具中应用较多的碳素工具钢为T8A、T10A等，优点为加工性能好，价格便宜。

但淬透性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。

2. 低合金工具钢

低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代号CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代号GD)等。

3. 高碳高铬工具钢

常用的高碳高铬工具钢有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代号D2），它们具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复镦拔（轴向镦、径向拔）改锻，以降低碳

化物的不均匀性，提高使用性能。

4. 高碳中铬工具钢

用于模具的高碳中铬工具钢有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等，它们的含铬量较低，共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。

与碳化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。

5. 高速钢

高速钢具有模具钢中最高的的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V（代号8-4-1）和含钨量较少的W6Mo5 Cr4V2（代号6-5-4-2，美国牌号为M2）以及为提高韧性开发的降碳降钒高速钢6W6Mo5 Cr4V（代号6W6或称低碳M2）。高速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。

6. 基体钢

在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度和韧性均优于高速钢，为高强韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基体钢有6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL

（代号012AL）等。

7. 硬质合金和钢结硬质合金

硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬质合金是钨钴类，对冲击性小而耐磨性要求高的模具，可选用含钴量较低的硬质合金。对冲击性大的模具，可选用含钴量较高的硬质合金。

钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、钼、钨、钒等）做粘合剂，以碳化钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬

火、回火后硬度可达68 ~ 73HRC。

11.2.3 冲压模具材料的选用及热处理要求

一. 冲裁模具材料的选用及热处理要求

选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量，若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料；还应考虑被冲工件的材质，不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性的劣优依次为碳素工具钢—合金工具钢—基体钢—高碳高铬钢—高速钢—钢结

硬质合金—硬质合金。

此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的

影响。

1.传统模具用钢长期以来，国内薄板冲裁模用钢为T10A 、CrWMn 、9Mn2V 、

Cr12 和Cr12MoV 等。

其中T10A 为碳素工具钢，有一定强度和韧性。但耐磨性不高，淬火容易变形及开

裂，淬透性差，只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。

T10A 碳素工具钢的热处理工艺为：760~810 ℃水或油淬，160~180 ℃回火，

硬度59~62HRC 。

CrWMn 、9Mn2V 是高碳低合金钢种，淬火操作简便，淬透性优于碳素工具钢，变形易控制。但耐磨性和韧性仍较低，应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。CrWMn 钢的热处理工艺为：淬火温度820~840 ℃油冷，回火温度200 ℃，硬度60~62HRC 。9Mn2V 钢的热处理工艺为：淬火温度780~820 ℃油冷，回火温度150~200 ℃，空冷，硬度60~62HRC 。注意回火温度在200~300 ℃范围有回火脆性和

显著体积膨胀，应予避开。

Cr12 和Cr12MoV 为高碳高铬钢，耐磨性较高，淬火时变形很小，淬透性好，可用于大批量生产的模具，如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性，易产生碳化物偏析，冲裁时容易出现崩刃或断裂。其中，Cr12 含碳量较高，碳化物分布不均比

Cr12MoV 严重，脆性更大一些。

Cr12 型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求，当模具要求比较小的变形和一定韧性时，可采用低温淬火、回火（Cr12 为950~980 ℃淬火，150~200 ℃回火；Cr12MoV 为1020~1050 ℃淬火，180~200 ℃回火）。若要提高模具的使用温度，改善其淬透性和红硬性，可采用高温淬火、回火（Cr12 为1000~1100 ℃淬火，480~500 ℃回火；Cr12MoV 为1110~1140 ℃淬火，500~520 ℃回火）。

高铬钢在275~375 ℃区域有回火脆性，应予避免。

2.常用模具新钢种

为了弥补传统模具钢种性能的不足，国内开发或引进了以下性能较好的冲压模具用

钢：