冷作模具钢的选材与热处理
冷作模具钢及其热处理的措施_模具钢热处理工艺
冷作模具钢及其热处理的措施_模具钢热处理工艺（1）高的硬度和耐磨性，工作时保持锋利的刃口；（2）较高的强度和韧性，工作时刃部不易崩裂或塌陷；（3）较好的淬透性，保证淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度；（4）较好的加工工艺性能，热处理变形小，在复杂断面上不易淬裂。
1、2冷作模具钢的化学成分特点（1）高碳：碳的质量分数一般在1%左右，个别达2、0%，以保证高硬度和高耐磨性。
（2）高合金：常用的合金元素有Cr、Mn、Mo、W、V等。
Mn、Cr等能提高淬透性，碳化物形成元素能形成难溶碳化物，细化晶粒、提高耐磨性。
1、3常用冷作模具钢的种类冷作模具钢使用的钢材分为：碳素工具钢、低合金工具钢、高铬及中铬模具钢、基体钢、高速钢等。
（1）碳素工具钢和低合金工具钢：碳素钢一般选用高级优质碳素工具钢，以改善模具的韧性。
对耐磨性要求较高、不受或受冲击较小的可选用T13A、T12A；对受较大冲击的模具则应选择T7A、T8A；而对耐磨性和韧性均有一定要求的模具（如冷镦模）可选择T10A。
优点是加工性能好、成本低；缺点是淬透性低、耐磨性欠佳、淬火变形大、使用寿命低。
故一般只适合制造尺寸小、形状简单、精度低的轻负荷模具。
（3）低合金工具钢常用的钢号有9Mn2V、9SiCr、CrWMn和滚动轴承钢GCrl5。
优点是低合金工具钢具有较高的淬透性、较好的回火稳定性、较好的耐磨性和较小的淬火变形，综合力学性能较好。
缺点是网状碳化物倾向较大，因韧性不足而可能导致模具的崩刃或折断等早期失效。
常用于制造尺寸较大、形状较复杂、精度较高的低中负荷模具。
（4）高铬和中铬冷作模具钢：是一种专用的冷作模具钢，具有更高的淬透性、耐磨性和承载强度，且淬火变形小，广泛用于尺寸大、形状复杂、精度高的重载冷作模具。
高铬模具钢Crl2型常用的有三个牌号：Crl2和Crl2MoV、Crl2Mo1V1。
Crl2钢的ωC高达2、0%～2、3%，属莱氏体钢。
它具有优良的淬透性和耐磨性，但韧性较差，多用于小动载条件又要求高耐磨或形状简单的拉伸模和冲裁模，在正确设计的情况下可以冲压厚度小于6mm的钢板。
冷作模具钢性能及热处理.
马氏体、合金碳化物和少量的残留奥氏体。
金属材料与热处理
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库
一次硬化法：
图1 型钢一次硬化法热处理工艺曲线 图 Cr12 2 Cr12 型钢一次硬化法热处理工艺曲线
金属材料与热处理
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二次硬化法：
高温淬火和高温回火，Cr12型冷作模具钢的二次硬化法工 艺规范如图2所示，淬火后硬度为45-50HRC,经2-4次回火后 硬度为60-62HRC，最终组织为马氏体、合金碳化物和少量的
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金属材料与热处理课程
冷作模具钢性能及热处理
主讲教师：王仙萌 西安航空职业技术学院
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冷作模具钢的定义：
冷作模具钢是用来制造在常温下使金属变形与分离的 模具钢。
：
图1 汽车车门模具
金属材料与热处理
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加热温 度（℃） 1040
冷却
HR C 63
温度 （℃） 180～ 200 180～ 200 500～ 520
保温时 间（h） 1.5
次数
HRC
抗弯强度
冲击韧性
（MPa） （MJ· m² ） 3050 0.26
油淬
1
59～60
1080
油淬
61
1.5
1
59～60
2820
0.22
1120
油淬
53
1
4
59～60
热处理特点
预先热处理：等温退火，主要是为了消除应力和改善切削 加工性能。
最终热处理：淬火和回火，在生产实践中对Cr12型冷作模
冷作模具钢的选材与热处理
冷作模具钢的选材与热处理镇江船艇学院黄晓艳刘源镇江高等专科学校刘波【摘要】在模具制造中，合理地选材与正确制定热处理工艺是至关重要的，它直接关系到产品的质量及经济效益。
本文分析了冷作模具钢的工作条件及失效形式，提出能满足冷作模具钢工作条件的性能要求，再选择适用的材料并进行相应的热处理，以保证其性能要求。
【关键词】冷作模具钢；选材；热处理冷作模具钢用来制造在冷态下使金属塑性变形的模具，如冲裁模、冷镦模、剪切模、拉丝模等。
如何合理的选择冷作模具材料和正确确定热处理方法，以提高模具的使用寿命是生产中最为重要的问题，它直接关系到产品的质量及经济效益。
若要正确合理地选择和使用材料，必须了解冷作模具的工况条件及其失效形式，才能较准确地掌握冷作模具材料的主要性能要求，从而选择出合适的材料并制定出合理的冷、热加工工艺路线。
本文主要探讨冷作模具钢的选材和热处理工艺。
1 冷作模具钢失效形式与性能要求冷作模具在工作时，被加工材料的变形抗力较大，模具刃口部位承受很大的压力、冲击力，模具的工作部分与坯料之间产生强烈地摩擦。
冷作模具在生产中常见的失效形式有以下几类[1]。
（1）断裂失效。
冷作模具承受的载荷大都是以一定冲击速度、一定能量作用下周期性施加的，模具在使用中突然出现大裂纹或发生破损而失效。
如冲裁模具崩刃，冷挤压模和冷镦模的凸模断裂，凹模破裂。
在冷镦模、冷挤压模工作时，由于成形力大，在金属变形过程中模具表面的瞬时温度很高，造成温度循环，也加速疲劳裂纹产生。
（2）过载失效。
材料本身承载能力不足以抵抗工作载荷（包括随机波动载荷）作用引起的失效，包括韧度不足和强度不足两类失效。
如凸模的折断、开裂，冷镦、冷挤压凸模中由于材料抗压、弯曲抗力不足，易出现镦头下凹、弯曲变形失效。
（3）磨损失效。
模具工作部位与被加工材料之间的摩擦损耗，使工作部位（刃口、凸模）形状和尺寸发生变化引起的失效。
如厚板冲裁模刃口、冷镦冷挤模型腔尺寸超差。
根据冷作模具的工作条件及失效形式，冷作模具钢应具有如下基本性能[2～3]：a.高硬度和高耐磨性，工作时保持锋利的刃口，表1列出了对冷作模具硬度的要求。
模具材料与热处理第四章 模具钢的热处理
第一节
冷作模具钢的热处理
表4-8 常用高碳高铬钢的化学成分及临界温度
① 分别代表C、Mn、Si、Cr、Mo、V的质量分数。 1)预先热处理：锻压后退火用于消除内应力、降低硬度、 改善切削加工性(若需较低硬度时可补充一次高温回火)。 2)淬火：以获取淬火马氏体或下贝氏体组织，提高模具硬 度和耐磨性。
表4-11 常用高碳中铬冷作模具钢热处理工艺规范
第一节 冷作模具钢的热处理
(2)高碳中铬钢的应用 该类钢种相对于偏析较严重的高碳 高铬钢来说性能有所改善，因此适于制造重负荷、高精度 的冷作模具。 3.高速钢 (1)高速钢的热处理 具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性， 采用低温淬火等工艺措施后可有效改善其韧性。 表4-12 常用高速钢的化学成分及临界温度
第一节 冷作模具钢的热处理
3)回火：以改善力学性能，消除淬火应力，稳定组织。 表4-9 常用高碳高铬冷作模具钢热处理工艺规范
表4-9 常用高碳高铬冷作模具钢热处理工艺规范
(2)高碳高铬钢的应用 Cr12钢是一种应用广泛的冷作模
第一节பைடு நூலகம்冷作模具钢的热处理
具钢，该钢种具有较好的淬透性和良好的耐磨性，但由于 含碳量过高，冲击韧性较差，易产生脆裂。 2.高碳中铬钢 (1)高碳中铬钢的热处理 这类钢含铬量较低，碳化物分布 均匀，耐磨性好，热处理变形小，淬透性高。 表4-10 常用高碳中铬钢的化学成分及临界温度
第一节 冷作模具钢的热处理
(2)淬火 以获取淬火马氏体，使模具具有高硬度和耐磨性。 (3)回火 以改善力学性能，消除淬火应力。 表4-2 常用碳素冷作模具钢等温退火工艺规范
表4-2 常用碳素冷作模具钢等温退火工艺规范
第一节 冷作模具钢的热处理
表4-3 常用碳素冷作模具钢球化退火工艺规范
1.2709模具钢热处理工艺
1.2709模具钢热处理工艺
要确定1.2709模具钢的热处理工艺，需要考虑以下几个方面：
1.2709模具钢是一种冷作模具钢，常用于制造塑料模具和冲压模具。
其热处理工艺通常包括以下步骤：
1. 前处理：将钢材进行预热处理，以消除内部应力，并提高材料的可加工性。
通常在1100-1200°C加热1-2小时，然后冷却到大约800°C。
2. 固溶处理（淬火）：将材料加热到1050-1100°C，并保持一段时间，使其彻底固溶。
然后迅速冷却到室温，以形成马氏体组织。
3. 时效处理：在淬火后，将材料加热到适当的温度（通常在500-600°C），并保持一段时间。
这样可以使固溶状态下的奥氏体转变为更加稳定的组织，改善材料的硬度和强度。
需要注意的是，具体的热处理工艺参数可能会因材料供应商、模具设计要求等因素而有所不同。
因此，在进行热处理之前，最好咨询钢材供应商或专业的热处理工程师，以获得准确的热处理工艺建议。
冷作模具钢的性能及热处理规范
3）淬火及回火
回火温度与硬度的关系见表1-8。
①淬火：加热温度为830 ~ 850℃，油冷，硬度为62 ~
65HRC。
②回火：加热温度为150 ~ 190℃，硬度为58 ~ 62HRC。
③等温淬火：加热温度为830 ~ 950℃，240 ~ 300℃等温淬
火。回火温度为180 ~ 200℃，硬度为58 ~ 62HRC。
课题二 冷作模具钢的性能及热处理规范（1）
知识点
◎掌握冷作模具钢的材料性能；
◎掌握冷作模具钢的热处理规范。
技能点
◎冷作模具钢的热处理规范。
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一、任务导入：
案例1：T10钢冲裁凹模的热处理
组合凹模如图1-6所示，模具材料为T10
钢，硬度为60～64HRC，要求了解材料的性能
并掌握热处理规范。
2）预备热处理
①钢锭、钢坯退火工艺：加热温度为870 ~
890℃，保温2 ~ 4 h，炉冷至550℃以下出炉空冷。
②钢材等温退火工艺：加热温度为840 ~
860℃，保温2 h；炉冷至720 ~ 740℃保温4h，
炉冷至550℃以下出炉空冷，退火硬度为207 ~
255HBS。
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3．高耐磨微变形冷作模具钢 （2）Crl2Mo1V1（D2）钢
3．高耐磨微变形冷作模具钢 （1）Crl2钢
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3．高耐磨微变形冷作模具钢 （2）Crl2Mo1V1（D2）钢
D2钢是国际上应用较广泛的高碳高铬冷作模具
钢，属莱氏体钢，具有高的淬透性、淬硬性、耐磨性，
高温抗氧化性能好，淬火和抛光后抗锈蚀能力好，热
处理变形小，宜制造各种要求高精度、长寿命的冷作
冷作模具钢的选材与热处理
冷作模具钢的选材与热处理The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020冷作模具钢的选材与热处理刘望道（武汉轻工大学机械工程学院材料成型及控制工程专业）【摘要】在模具制造中，模具材料作为制造模具的基础,它的性能和热处理工艺对模具寿命有着决定性的影响。
本文分析了冷作模具钢的工作条件及失效形式，提出能满足冷作模具钢工作条件的性能要求，再选择适用的材料并进行相应的热处理，以保证其性能要求。
冷作模具性能要求包括耐磨性、韧性、强度、抗疲劳性能和杭咬合性。
冷作模具材料热处理工艺性能主要包括:淬透性,淬硬性,耐回火性,过热敏感性,氧化脱碳倾向,淬火变形和开裂倾向等。
关键词：冷作模具钢；选材；热处理冷作模具是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具。
冷作模具种类繁多、结构复杂，模具在使用中受到压缩、拉伸、弯曲、冲击、摩擦等机械力的作用。
冷作模具正常失效形式主要是磨损、脆断、折弯、咬合、塌陷、啃伤、软化等，因此要求冷作模具用钢在相变热处理后，具有高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、抗咬合等能力，以保证模具具有一定的耐用度【1】。
1.冷作模具的性能要求根据冷作模具的工作条件及失效形式，冷作模具钢应具有如下基本性能【2-3】：a．高硬度和高耐磨性，工作时保持锋利的刃口b．较高的强度和韧性及～定的热硬性，工作时刃部不易崩裂或塌陷。
c．较好的淬透性，保证淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度。
d．较好的加工工艺性和成形性，较好的淬火安全性，热处理变形小，在复杂断面上不易淬裂。
1．1模具的耐磨性冷作模具在工作时，表面与坯料之间产生许多次摩擦，模具必须在这种情况下仍能保持较低的表面粗糙值和较高的的尺寸精度，以防早期失效。
为提高冷作模具的抗耐磨性能，通常要求模具硬度高于加工件硬度(30～50)％，材料的组织为回火马氏体或下贝氏体，其上分布均匀、细小的粒状碳化物。
第五章模具钢的选材及热处理工艺
第二节 热作模具钢的选材及热处理工艺
一、热作模具钢的选材 1．热作模具的选材 （1）热锻模的选材 （2）热挤压模常用材料及选用原则 （3）压铸模常用材料及选用原则
（2）冷挤压模材料的选用
目前，最常用的是60Si2Mn、Cr12、Cr12MoV、W18Cr4V钢 及低碳高速钢6W6Mo5Cr4V12，基体钢LD、65Nb、012Al、LM1、 LM2、GD，马氏体时效钢。
（3）拉深模材料的选用
对于小批量生产，可选用表面淬火钢或铸铁；对于轻载 拉模，宜选用T10A、9M2V、CrWMn 、GD、65Nb等钢；对于 重载拉深模，可选用Cr12、Cr12MoV、GM、ER5等钢。
1）铜合金压铸模 2）铝合金压铸模
二、热作模具钢的选材及热处理工艺举例
1．主要热作模具的制造工艺路线 （1）锤锻模的制造工艺路线 下料→锻造→退火→机械粗加工 →探伤→成形加工→淬火及回火→钳修→抛光。 （2）热挤压模的制造工艺路线 下料→锻造→预先热处理→机 械加工成形→淬火及回火→研磨抛光。 （3）压铸模的制造工艺路线 锻造→退火→机械粗加工→稳 定化处理→精加工成形→淬火及回火→钳工修配→发蓝。 （4）形状复杂、精度要求高的压铸模的制造工艺路线 锻造→ 退火→粗加工→调质→精加工成形→钳工修磨→渗氮（或碳氮 共渗）→研磨抛光。
3. 高铬钢薄板冲裁模的热处理 热处理要点如下 1）淬火加热温度 2)保温时间 3)冷却方式 4）回火 5）深冷处理
4. 厚板冲裁模的热处理 几种强韧化热处理新工艺 : 1）高碳钢低温、短时、快速加热工艺 2)等温淬火工艺 3)细化奥氏体晶粒的预热处理工艺 4)细化碳化物处理
冷作模具钢的热处理工艺
冷作模具钢的热处理工艺冷作模具钢的热处理工艺，嘿，听起来是不是有点复杂？但它就像给钢铁“洗澡”，让它更结实、更耐用。
这种钢材在模具制作中可谓是不可或缺，尤其是那些需要高强度、耐磨的工具。
想象一下，如果没有这玩意，咱们的日常生活可能就要少了很多方便，简直是不可思议。
热处理可不是简单的把钢放在火里烧一烧就行。
它就像是一道复杂的菜谱，需要掌握火候和时间。
加热到一定温度，让内部结构发生变化，这就是所谓的“淬火”。
听起来挺高大上的，其实就是把钢加热到一定的温度后迅速冷却，让它的硬度大幅提升。
你要知道，这个过程就像是给钢铁打了“强心针”，让它瞬间变得强壮无比。
再说说“回火”这一步。
这就像是给之前的淬火过程做个补充，不能光猛，偶尔也得温柔一下。
回火的目的是缓解钢铁内部的应力，增加韧性。
试想一下，如果淬火之后，钢铁就像个火爆脾气的小孩，虽然很强但也容易坏。
回火就是给它一次机会，让它变得成熟，稳重，最终达到一种“刚柔并济”的状态。
冷作模具钢的种类也不少。
不同的钢材有不同的热处理方式，就像每个人都有自己的个性。
比如，某些高合金钢可能需要更复杂的热处理，而一些普通的低合金钢，处理起来就简单多了。
每种钢材都有自己的一套“家规”，得按照它的喜好来，才会有好的效果。
热处理的设备也是一个大头，像是炉子、冷却液等等，都是必不可少的。
这个就好比你做饭需要锅碗瓢盆，没它们可不行。
现在的技术发展得飞快，各种现代化的设备让热处理的效率大大提高，不仅节约了时间，还提升了钢材的质量。
真的是一举多得，何乐而不为呢？咱们再聊聊热处理的环境。
温度、湿度、气氛都能影响最终的效果。
就像咱们人类，心情好，做事也特别顺利。
控制好这些因素，才能把钢材的性能发挥到极致。
想想看，要是在不适合的环境下处理，出来的东西可能就会不尽如人意，真是得不偿失。
说到这里，或许你会好奇，为什么要重视热处理？因为冷作模具钢常常被用于高强度的工具，比如切削工具、冲压模具等，使用频率可不低。
第三部分 冷作模具材料及热处理
冷作模具材料种类繁多，主要用于制造冷冲模、 冷锻模、冷挤压模、冷拉丝模、滚丝模、冲剪 模等模具。 由于各种冷作模具的工作条件不完全相同，因 此，对冷作模具材科的性能要求也不尽相同。 综合分析冷作模具的工作条件、失效方式及材 料性能，是正确选用模具材料．确定最佳冷热 加工工艺的基础。
二、工艺性能
(1）可切削加工性 大部分冷作模具都需切削 加工成形，故模具材料应具有较好的可切削加 工性能。实际上，大部分冷作模具材料的可切 削加工性能均较差，球化退火处理可改善冷作 模具材料的可切削加工性能。对于表面质量要 求较高的模具，可选用含S、Ca等元素的易切 削模具材料。 (2)可锻性 冷作模具材料的碳含量普遍较高， 锻造可以改善材料的内部组织，提高其强度和 韧性。要求冷作模具材料具有良好的塑性、低 的热锻变形抗力和宽的锻造温度范围。
6．淬裂敏感性 对淬裂敏感性的要求是；常 规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件的尖 角形状因素不敏感，缓慢冷却可淬硬。 7．淬火变形倾向 对淬火变形倾向的要求 是：常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻 微，异常变形倾向低。淬火变形倾向指标包括： 临界淬火冷速(Vc)，淬火体积变化率(∆V)，不 向流线取向的试样的变形差异率(δc)，C形 试样变形量(∆ C)。
3．淬硬性 对淬硬件的要求是：淬火后易获 得高而均匀的表面硬度(一般为60HRC左右)。 4 4．脱碳、侵蚀敏感性 对脱碳、侵蚀敏感 性的要求是：高温加热时脱碳速度慢，抗氧化 性能好，对淬火加热介质不敏感，生成麻点的 倾向低。 5．过热敏感性 对过热敏感性的要求是： 获得细品粒、隐品马氏体的淬火温度范围宽。
实际上，大部分冷作模具材料的可切削 加工性能均较差，球化退火处理可改善 冷作模具材料的可切削加工性能。对于 表面质量要求较高的模具，可选用含S、 Ca等元素的易切削模具材料。
第二节冷作模具材料及热处理规范
① 要求耐磨性和热硬性高的模具： 1020~1040℃淬火，520~540℃三次回火。
②要求韧性好、变形小的模具：960~980℃分级淬火， •270~290℃回火二次。
• Cr12钢： •只适用于制造冲击负荷小、耐磨性要求高的冲 切薄硬钢板的冲裁模。
• Cr12MoV和Cr12Mo1V1钢： •广泛用于制造大截面、形状复杂的重载模具，如切 边模、落料模、滚边模、拉丝模。
Cr12Mo1V1脆断倾向最小，模具寿命是 Cr12MoV的几倍。
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第二节冷作模具材料及热处理规范
•
抗压强度较低
• ②高温淬火及高温 •性能特点：具有高耐磨性、热硬性及较高抗压强度。
• ③中温淬火及中温回火 •性能特点：最好的韧性，较高的断裂韧度。
• Cr12 型钢淬火可采用空冷、油冷、分级淬火，
回火可采用油冷或空冷，回火次数1~3次。
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第二节冷作模具材料及热处理规范
•3、应用范围
•2)退火与正火 • 退火工艺：加热790~830℃，等温700~720℃， 保温1~2h，炉冷至550℃出炉。 • 锻造不良，出现网状碳化物或粗大晶粒时，需正火。
• 正火工艺：930~950℃保温后空冷
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第二节冷作模具材料及热处理规范
•3)淬、回火 •图2~6、2~7为CrWMn钢的力学性能与淬火温度的关系：
•正火工艺： • 加热温度 930~950℃。 • 冷却方式 小型模块，空冷；较大模块， 鼓风或喷雾；大型范
•3）淬火与回火
•淬火加热温度：830~860℃，油冷。 尺寸较大或分级淬火的模具，宜选840~860℃。 尺寸较小模具，宜选830~850℃。 箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。
冷作模具钢和其热处理工艺
1.使用性能要求
（1）耐磨性
（2）韧性 （3）强度 （4）抗疲劳性 （5）抗咬合性
2.工艺性能要求
（1）可锻性 （2）可切削性 （3）可磨削性
（4）热处理工艺性
5. 1.3 典型冷作模具材料的性能分析
1.碳素工具钢 (1)化学成分； (2)力学性能； (3)工艺性能； (4)使用范围。 (2)力学性能 如图5- 1所示 ，碳素工具钢随回火温度升高而硬度降低 ，
5.4 冷作模具材料的热处理
5.4. 1 冷作模具材料的热处理特点 (1)冷作模具钢含合金元素量多且品种多 ，合金化较复杂 。钢 的导热性差 ，而奥氏体化温度又高， 因此加热过程宜缓慢，多 采用预热或阶梯式升温方式。 (2)为保护钢的表面质量 ，加热介质应予重视 ，所以普遍采用 控制气氛炉、真空炉等先进加热设备和方法 ，盐浴加热应充分 净化。 (3)在达到淬火目的的前提下 ，应采用较缓和的冷却方式，如 等温淬火、分级淬火、高压气淬、空冷淬火等。
3.高耐磨冷作模具钢(Cr12型高碳高铬钢) (1)化学成分； (2)力学性能； (3)工艺性能； (4)使用范围。 (2)力学性能
图5-8 淬火温度对Cr12MoV钢的 图5-9 淬火温度对
Cr12MoV钢的
Cr12型钢在淬火加热时碳化物大量溶于奥氏体中 ， 淬火后得 到高硬度的马氏体 。回火时自马氏体中析出大量弥散分布的碳 化物，其硬度很高， 因而提高了钢的耐磨性。如图5-10 所示， Cr12MoV钢经1020℃淬火 ，520℃回火时出现明显的二次硬化， 而且淬火温度愈高，这种效应愈显著 。在200℃左右回火时，其 抗弯、抗压强度最高 ;在400℃左右回火 ， 断裂韧度最高。
冷作模具钢及其热处理工艺
高碳低合金钢球化退火工艺参数
钢号 CrWMn
加热温度T1×保 温时间
等温温度T2×保 持时间
退火硬 度
(HBS)
790~810℃×2~3h 700~720℃×3~4h ≤241
9CrWMn 780~800℃×2~3h 670~720℃×2~3h ≤229
9Mn2V 750~770℃×3h 680~700℃×4~5h ≤229
锻造球化退火机加粗加工淬火+回火精加工钳工装配。 （3）成形复杂冷作模具：
锻造球化退火机加粗加工高温回火或调质机加工成形 淬火+回火（精加工）钳工装配。
3.1.3 典型冷作模具材料的性能分析
1.高碳非合金冷作模具钢（碳素工具钢）
•代表钢号： T10 、T10A • 特点：回火抗力低，淬透性低，硬化层浅，承载能力低， 锻造性能好。 • 用途：中、小批量生产的冷冲模，冷镦模、冲剪工具
教学要求、重点与难点
教学要求：
1、理解冷作模具材料的主要性能要求 2、掌握通常冷作模具的制造工艺路线 3、理解各类冷作模具材料的热处理
教学的重点
冷作模具的制造工艺路线 各类典型冷作模具的热处理
3.1 冷作模具材料的分类及选用
3.3.1 冷作模具材料的分类
类型： 1、模具钢 2、硬质合金 3、低熔点合金 4、高分子材料等。 按模具钢的成分和性能可分为： 1、高碳非合金冷作模具钢 2、高碳低合金冷作模具钢 3、高耐磨冷作模具钢 4、冷作模具高速钢 5、特殊用途冷作模具钢
4）过热敏感性和淬裂敏感性 5）淬火温度和淬火变形
三、冷作模具材料的内部冶金质量要求
(一)成分偏析 (二)磷硫含量 (三)钢中夹杂物 (四)碳化物不均匀性 (五)疏松
冷作模具钢的技术发展和热处理工艺
冷作模具钢的技术发展和热处理工艺一、引言冷作模具钢是模具材料中的一种，其特点是硬度高、耐磨性好、抗拉强度高等。
随着工业的发展，模具的应用越来越广泛，对于冷作模具钢的需求也越来越大。
本文将介绍冷作模具钢的技术发展和热处理工艺。
二、冷作模具钢的技术发展1. 传统冷作模具钢传统冷作模具钢主要分为两类：低合金型和高合金型。
低合金型通常含有少量的铬、钼等元素，其主要特点是硬度较低，但韧性好；高合金型则含有较多的铬、钼等元素，硬度高，但韧性差。
2. 高性能冷作模具钢随着科技的不断进步和工业化水平的提高，人们对于冷作模具钢的要求也越来越高。
因此，在传统冷作模具钢基础上，出现了一些新型材料。
这些新型材料通常含有更多的合金元素以及微量元素等掺杂物质，并采用了先进制造工艺。
这些新型材料具有更高的硬度、更好的耐磨性、更高的韧性等优点。
3. 无锡钢铁公司开发的冷作模具钢无锡钢铁公司开发了一种全新的冷作模具钢——WY718。
这种材料采用了先进的制造工艺，含有铬、钼、钴等多种合金元素，并且添加了稀土元素等微量掺杂物质。
WY718具有极高的硬度和耐磨性，同时又具有较好的韧性和抗拉强度。
三、热处理工艺1. 普通淬火普通淬火是最常见的一种热处理方法。
其步骤为：加热至适当温度，保温一段时间，然后快速冷却。
这种方法可以使得材料表面形成一层硬质薄膜，从而提高其硬度和耐磨性。
2. 高温回火高温回火是指在淬火后将材料加热至适当温度，保温一段时间后再进行冷却。
这种方法可以消除淬火过程中产生的应力，并提高材料的韧性和塑性。
3. 淬火回火淬火回火是指先进行普通淬火，然后将材料加热至适当温度，保温一段时间后再进行冷却。
这种方法可以使得材料同时具有较高的硬度和韧性。
4. 等温淬火等温淬火是指将材料加热至适当温度，保温一段时间后快速冷却。
这种方法可以使得材料在热处理过程中形成细小的组织结构，从而提高其硬度和耐磨性。
5. 调质调质是指在普通淬火后将材料加热至适当温度，保温一段时间后冷却。
2344模具钢热处理硬度
2344模具钢热处理硬度2344模具钢是一种高性能的冷作模具钢，被广泛应用于汽车、电子、家电等行业。
为了提高其使用寿命和性能，热处理是必不可少的步骤。
本文将详细介绍2344模具钢的热处理方法、热处理后的硬度以及热处理对性能的影响。
一、2344模具钢简介2344模具钢是日本大同钢材公司生产的一种高速钢，具有良好的韧性和耐磨性。
其化学成分主要包括：碳（C）1.30%、硅（Si）0.30%、锰（Mn）0.35%、铬（Cr）4.20%、钼（Mo）5.00%、钒（V）1.80%。
二、2344模具钢的热处理方法2344模具钢的热处理方法通常包括以下几个步骤：1.预热：将钢材加热至约200℃左右，以消除钢材内部的应力。
2.加热：将钢材加热至Ac3或Ac1温度，一般为800-900℃，使钢材完全奥氏体化。
3.保温：在加热温度下保持一段时间，以确保钢材内部组织均匀奥氏体化。
4.冷却：将钢材缓慢冷却至室温，使奥氏体转变为马氏体。
5.回火：为了消除应力和提高韧性，将钢材加热至500-600℃后冷却至室温。
三、2344模具钢热处理后的硬度经过合适的热处理后，2344模具钢的硬度可以达到HRC50以上。
硬度的提高使得模具在高温下具有良好的耐磨性，延长了使用寿命。
四、热处理对2344模具钢性能的影响1.提高硬度：热处理过程中，钢材内部的碳、钼、钒等元素分布均匀，形成马氏体组织，从而提高硬度。
2.增强韧性：通过回火处理，可以消除钢材内部的应力，提高韧性，防止模具在使用过程中发生断裂。
3.改善耐磨性：热处理后，2344模具钢的耐磨性能得到显著提高，使其在高温、高压等恶劣条件下仍具有优良的性能。
4.提高使用寿命：经过合适的热处理，2344模具钢的使用寿命可以得到很大程度的延长，提高了经济效益。
五、总结2344模具钢的热处理对其性能和使用寿命具有重要影响。
通过合理的热处理工艺，可以提高模具钢的硬度、韧性和耐磨性，从而延长使用寿命。
8.3典型冷作模具的选材及热处理
典型冷作模具的选材及热处理
首先,应重视选材和热处理工艺，如6W6Mo5Cr4V2、 LD、65Nb、LM2、GD、7CrS如，冷挤压发动机异型件，如锁芯、接头凹凸模常 用高速钢制作，抗压强度和耐磨性都很好，缺点是韧性差， 易脆断，降低淬火温度可提高该钢的断裂抗力。 6W6Mo5Cr4V钢比原用W18Cr4V、Cr12MoV钢制作凹模 原寿命1万多件提高到40000件达4倍，淬火温度1080～ 1120℃，560℃回火三次，就是一个例子。
冷镦材料与热处理方法
典型冷作模具的选材及热处理
典型冷作模具的选材及热处理
1、前言 紧固件行业冷作模具主要完成金属或非金属材料的 冲裁、弯曲、拉深、镦锻、挤压等工序，制作成各种螺 栓、螺钉、螺母、垫片、销、铆钉等。由于加载形式和 被加工材料力学性能不同，各种模具的工作条件差别很 大，故失效形式也不相同。在以上模具中，模具工作条 件最为恶劣的是镦锻模、挤压模，其次是厚板小孔冲裁 模。 2、冷作模具的失效 镦锻模、挤压模主要用于螺栓、螺母、异型件的制 造。它用于金属体积成形。成形模具所受的载荷轻重根 据工作形状、尺寸、变形量以及变形材料的力学性能的 不同而不同。 在生产中由于变形金属在模具型腔中剧烈流动产生 严重摩擦，致使模具表面温度瞬时达到400℃，要求这
典型冷作模具的选材及热处理
常用牌号YG20、YG15。
表2 组成（％） 牌号 WC CO
硬质合金的化学成分 性能
硬度HRC
抗弯强度／Mpa
抗压强度／Mpa
YG15
85
15
86~88
1800～2200
3900
YG20
80
20
83~86
2000～2600
3400
YG25
第二章 冷作模具钢的热处理工艺
第三节 冷作模具钢的热处理
热处理对模具的性能具有重要的影响。如果对模具钢的热处理操作不当，将严重危害 具的承载能力，引起早期失效，降低使用寿命。热处理方法的确定取决于材料，选材时， 先要考虑模具的使用寿命，同时也要考虑模具材料的工艺性和经济性；其次要综合考虑模 结构，工作条件，制品的形状、尺寸、加工精度、材质和生产批量等因素。正确地选择材 后，必须配合合理的热处理工艺，才能确保模具的使用寿命和性能要求。
表2-2 冷冲裁模的选材举例及工作硬度
表2-3 冲裁模辅助零件的材料选择及对热处理的硬度要求
表2-3 冲裁模辅助零件的材料选择及对热处理的硬度要求
表2-4 拉深模具的材料选用举例及工作硬度
表2-4 拉深模具的材料选用举例及工作硬度
四、冷挤压模材料的选材方法 冷挤压模主要由凸模及凹模组合，包括正挤压、反挤压、复合挤压三种。冷挤压模的
二、高碳低合金冷作模具钢 高碳低合金冷作模具钢(低变形冷作模具钢)是在碳素工具钢的基础上
加入少量合金元素发展起来的。 1.高碳低合金冷作模具钢的热处理
这类钢碳的质量分数较高，在碳素工具钢的基础上加入适量的Cr、W、 Mn、Si、Mo、V等合金元素，可以降低淬火冷却速度，减少热应力、组织 应力和淬火变形及开裂倾向，提高钢的淬透性。在模具零件淬硬层浅或淬 火变形较大的情况下，它可取代碳素工具钢。
可加工性良好，淬火温度低，热处理后具有较高的表面硬度和较好的耐磨性，适宜制造尺
较小、表形2-状6为简常单用、碳负素荷冷较作轻模、具生钢产等批温量退不火大工的艺冷规作范模，具表。2-7为其高温回火、正火、调质、
火工艺规范。
表2-6 常用碳素冷作模具钢等温退火工艺规范
表2-7 常用碳素冷作模具钢高温回火、正火、调质、淬火工艺规范
冷作模具钢的热处理特点
冷作模具钢热处理的目的是什么？模具热处理实际上是指模具零件的热处理。
冷作模具种类较多，主要有冷冲裁模、冷镦模、冷挤压模具、冷拉深拉丝模等，由于形状结构差异性较大，工作条件和性能要求不一，除了要选用合适的材料外，还应选择最佳热处理工艺，用以满足模具服役性能要求，提高模具的使用寿命。
一、冷作模具基本热处理工艺冷作模具一般要求具有高的耐磨性、一定的硬度和硬化层深度，足够的强度和韧性。
因此冷作模具的基本热处理工艺如下1．预备热处理冷作模具在锻后必须进行球退火，以消除锻坯的锻造应力，改善组织和降低硬度，以便机械加工并为最终热处理作发组织准备。
2．高温回火或去应力退火为消除机械加工中产生的应力，减少最终热处理变形，常在机械加工之后安排去应力退火或调质处理。
为使线切割后应及时进行再回火，回火温度不应高于淬火后的回火温度，在高温回火时为防止模具氧化脱碳，应采用保护气氛或防氧化脱碳措施。
3．冷作模具的淬火淬火是冷作模具最终热处理中的重要操作，它对模具的使用性能影响极大，应特别给予重视。
主要要注意以下几点：1）应对模具材料进行确认并检查模具表面有无擦伤、裂纹等缺陷。
2）根据模具的形状，估计模具的文治武功趋势，作各种堵塞、捆绑或包扎，使能均匀地进行加热与冷却。
3）合理选择淬火加热温度。
既要使奥氏体固溶一定的合金元素和碳，以保证模具的淬透性、淬硬性、强度和热硬性，又要有适当的过剩碳化物，以细化晶粒，提高模具的耐磨性和保证模具具有一定的韧性。
同时要考虑模具的温度高低对变形的影响，及加热过程中的预热。
4）合理选择淬火加热保温时间。
一般模具淬火加热可根据加热设备采取经验公式计算保温时间。
但实际热处理操作时，应考虑模具零件的具体情况。
特别是复杂模具要综合考虑各种影响因素，并通过试验来确定最佳淬火保温时间。
5）合理选择淬火冷却介质。
高合金冷作模具钢其淬透性好，并为了减少热处理变形和开裂，在满足模具技术要求的情况下尽可能选择较缓慢的冷却介质淬火，如气冷、油冷、盐浴、分级淬火和等温淬火等。
冷作模具及其热处理
LOGO
热处理组织
细晶粒状珠光体
未溶碳化物
LOGO
质量检查
变形检查 外观检查
硬度检查
金相组织检查
LOGO
质量检查
工件淬火以后产生较大变形
工件机加工时突然脆性开裂
工件长期加工时寿命达不到预期值
淬火后钢中碳化物分布不均匀 ？
大家
LOGO
黄猛 辛锡堂 孙越麒 计璇 薛沐雨
LOGO
热处理工艺
一般有两种热处理规范：
一次硬化法 （低淬+低回） 淬火温度980℃ 高硬度：150～170℃低温回火，回火后硬度可达 到HRC60以上
LOGO
热处理工艺
高韧度：可采用520℃高温回O
热处理工艺
二次硬化：淬火温度1080～1100℃ 硬度较低（HRC42～45） 通过多次510～520℃（3～5次）高温回火 （HRC59～64）
冷作模具钢
黄猛 辛锡堂 孙越麒 计璇 薛沐雨
LOGO
基本概念
冷作模具钢
使金属在冷状态下变形的模具钢，用来制造 工具或模具包括剪刀、修边模、冲头、冷镦 模和冷挤压模、压弯模及拉丝模等。 其工作温度一般低于250℃
LOGO
服役条件
断裂
磨损
失效原因
疲劳
过量变形
LOGO
性能要求
高的硬度
输入 输入
高耐磨性
LOGO
热处理组织
回火马氏体
未溶碳化物
残余奥氏体
LOGO
Cr12MoV 化学成 分 碳 C ：1.45～1.70
硅 Si：≤0.40 锰 Mn：≤0.40 硫 S ：≤0.030 磷 P ：≤0.030 铬 Cr：11.00～12.50 镍 Ni：允许残余含量 ≤0.25 铜 Cu：允许残余含量 ≤0.30 钒 V ：0.15～0.30 钼 Mo：0.40～0.60
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冷作模具钢的选材与热处理
刘望道
（武汉轻工大学机械工程学院材料成型及控制工程专业）【摘要】在模具制造中，模具材料作为制造模具的基础,它的性能和热处理工艺对模具寿命有着决定性的影响。
本文分析了冷作模具钢的工作条件及失
效形式，提出能满足冷作模具钢工作条件的性能要求，再选择适用的材
料并进行相应的热处理，以保证其性能要求。
冷作模具性能要求包括耐
磨性、韧性、强度、抗疲劳性能和杭咬合性。
冷作模具材料热处理工艺
性能主要包括:淬透性,淬硬性,耐回火性,过热敏感性,氧化脱碳倾向,
淬火变形和开裂倾向等。
关键词：冷作模具钢；选材；热处理
冷作模具是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具。
冷作模具种类繁多、结构复杂，模具在使用中受到压缩、拉伸、弯曲、冲击、摩擦等机械力的作用。
冷作模具正常失效形式主要是磨损、脆断、折弯、咬合、塌陷、啃伤、软化等，因此要求冷作模具用钢在相变热处理后，具有高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、抗咬合等能力，以保证模具具有一定的耐用度【1】。
1.冷作模具的性能要求
根据冷作模具的工作条件及失效形式，冷作模具钢应具有如下基本性能【2-3】：a．高硬度和高耐磨性，工作时保持锋利的刃口
b．较高的强度和韧性及～定的热硬性，工作时刃部不易崩裂或塌陷。
c．较好的淬透性，保证淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度。
d．较好的加工工艺性和成形性，较好的淬火安全性，热处理变形小，在复杂断面上不易淬裂。
1．1模具的耐磨性
冷作模具在工作时，表面与坯料之间产生许多次摩擦，模具必须在这种情况下仍能保持较低的表面粗糙值和较高的的尺寸精度，以防早期失效。
为提高冷作模具的抗耐磨性能，通常要求模具硬度高于加工件硬度(30～50)％，材料的组织为回火马氏体或下贝氏体，其上分布均匀、细小的粒状碳化物。
因此钢中的碳的质量
分数一般都在0．60％以上。
1．2模具的韧性
模具材料的韧性，要根据模具t作条件来决定，对于受强烈冲击载荷的模具，如冷作模具的冲裁模、冷镦模具等，困受冲击载荷较大，需要高的韧性；对于一般工作条件下的冷作模具的失效形式是疲劳断裂，因此模具不必具有过高的冲击韧度值。
1．3模具的强度
模具的强度即模具零件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。
强度指标是冷作模具设计和材料选择的重要依据，主要包括：拉伸屈服点、压缩屈服点等。
屈服是衡量模具零件塑性变形抗力的指标，也是最常用的强度指标。
为了获得高的强度，模具制造过程中，要选择合适的模具材料，并通过适当的热处理工艺来达到其要求。
1．4模具的抗疲劳性能
冷作模具通常是在交变载荷的作用下发生疲劳破坏的，因此为了提高模具的使用寿命，需要有较高的抗疲劳性能。
导致模具疲劳的因素有：钢中带状和网状碳化物、粗大晶粒；模具表面有微小刀痕、p1槽及截面尺寸变化过大和表面脱碳等。
1．5模具的抗咬合性
当冲压R材料与模具表面接触时，在高压摩擦下润滑油膜被破坏，此时被冲压金属“冷焊”在模具型腔表面形成金属瘤，从而在工件表面划出痕迹。
咬合抗力就是对发生“冷焊”的抵抗力。
2.模具的工艺性能要求
2. 1可锻性
锻造不仅减少了模具材料的棚械加工余量，节约钢材，而且改善模具材料的内部缺陷，如碳化物偏析、减少有害物质、改善钢的组织状态等。
为了获得良好的锻造质鼍，对可锻造的要求是：热锻变形抗力低、翅性好、锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及网状碳化物的倾向性小。
2．2可加工性
对可加工性的要求是：切削力小，切削量大，刃磨损小以及加工后模具表面光洁。
冷作模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢，大多数切削加工比较困难，为
了获得良好的切削加工性，需要进行热处理，对于表面质量要求高的模具可选用含S，Ca等元素的易切削模具钢。
2．3可磨削性
为了保证模具具有较好的表面粗糙度和尺寸精度，大部分模具都必须经过磨削加工。
对可磨削性的要求是：对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤和磨裂，如加强模具钢的磨削性，可以通过在炼钢过程中加变剂(如蛳，ca，稀土元素等)。
2．4热处理工艺性
热处理工艺性能主要包括：淬透性，淬硬性，耐回火性，过热敏感性化脱碳倾向，淬火变形和开裂倾向等。
2．4．1淬透性和淬硬性
淬透性主要取决于钢的化学成分、合金元素含量和淬火前的组织状态。
淬透性好的模具钢淬火时采用较温和的冷却介质，就可以获得较深的硬化层。
对于形状复杂的小型模具，采用淬透性的模具钢制造以减少模具的变形和开裂；对于大截面，深型腔模具，选用高淬透性钢制造，淬火后心部也台匕得到良好的组织和硬度。
淬硬性主要取决于钢的含碳量，所以对要求耐磨性高的冷作模具，一般选用高碳合金钢制造。
2．4．2耐回火性
耐回火性是在回火过程中随着温度的升高，钢抵硬度下降的能力。
回火温度相同，硬度下降少的钢耐回火性好。
耐回火性越高，钢的热硬性越高，在相同的硬度下，其韧性也较好。
—般对于受到强烈挤压和摩擦的冷作模具，也要求模具材料具有较好的耐回火性。
2．4．3过热敏感性
模具在加热过程中，过热现象会得到粗大的马氏体，降低模具的韧性，增加模具早断裂的危险，所以冷作模具钢有过热倾向要求。
2．4．4氧化脱碳倾向
模具在加热过程中如果发生现氧化脱碳现象，就会改变模具的形状和性能，严蕈降低模具的硬度、耐磨性和使用寿命，使模具早期失效，所以要求冷作模具的氧化脱碳倾向小。
对于容易发生氧化脱碳的含钼量较高的模具钢。
宜采用真空
热处理、可控氛热处理、盐浴热处理等，以避免模具钢氧化脱碳。
2．4．5淬火变形和开裂倾向
模具钢淬火变形、开裂倾向与材料成分及原始组织状态，工件几何形状，热理工艺方法及参数等都有很大关系，模具设计选材时必须加以考虑。
特别是—些形状复杂的精密模具，淬火后难以修整，这就要求材料淬火、回火后的变形程度小，—般应选择微变形钢。
3.冷作模具材料的选用
合理地选用模具材料并进行精确的成形加工和适当的热处理，能够有效的提高模具使用寿命。
例如，对于形状简单，不易变形，截面不大，承受载荷较轻的冷作模具，常选用碳素工具钢鸭，1"9，T10，T11等和高碳低合金钢9Mn2V，CrWMn，Cr2等制造；对于形状复杂，容易变形，截面较大，承受载荷较大的冷作模具，宜选用高耐磨模具钢Crl2，Crl2MoV，Cr4W2V，Cr2Mn2SiWMoV等制造；对于承受大冲击载荷的冷作模具，常选用冲击韧性较高的模具钢4Cr4MoSiVACr5MoSiVl,SCrNiM04CrMnSiMoV,7CrSiMnMoV等制造。
要求使用寿命较长的硅钢片冷冲模，无论承受轻载荷或重载荷，一般都选用Crl2，Crl2MoV，c 讲w2MoV，Cr2Mn2SiwMoV钢制造。
在选用模具材料时，往往需要考虑生产批量。
生产批量小或中等的，常选用碳素工具钢或高碳低合金模具钢；而生产批量
大的则宜选用高耐磨模具钢。
鉴于冲头与凹模的工作条件和使用性能要求存在着差别，所选用的钢材也有所不同。
例如，冷挤压钢件和硬铝件时，凹模常选用Crl2，Crl2MoV钢；为了延长冲头的使用寿命，则可选用高速工具钢W18Cr4V，W6MoSCr4V2，W12M03Cr4V3N 钢。
如果冲头同样选用Crl2，Crl2MoV钢，则其使用寿命低，一般仅为凹模的一半或更低【4】。
表2常用冷作模具钢的牌号、热处理、性能和用途
4．结束语
模具材料的选择要考虑优点和制约的平衡，需要和可能的平衡，结果产生有各种不同的结果。
在现实生产中，根据模具的工作条件和失效形式来考虑材料使用性能，根据工厂的设备来考虑材料的工艺性能，根据市场的需求和反映，并综合考虑材料的价格等非技术方面因素。
合理选取模具材料及实施正确的热处理工艺是保证模具寿命的关键。
影响冷作模具的使用寿命是一个综合的因素；原材料选择的合理性、原材料内部的冶金质量、设计和制造工艺的合理性、使用条件和操作工人的技术水平等。
但其中模具材料的选用和相应的热处理工艺是重要因素。
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。