高耐磨冷作模具钢
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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
6.1.3 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6-1所示，碳素工具钢随回火温度升高而硬度降低， 但下降趋势与碳含量有关，碳含量越高，钢中析出的碳化物 颗粒越多，阻止了硬度的下降，因而碳含量高的钢回火时硬 度降低程度比碳含量低的钢小。
图6-4 T12钢的力学性能 与回火温度的关系 (淬火 温度:780℃)
(3)工艺性能 ①锻造性能: ②预先热处理: ③淬火及回火: (4)使用范围 碳素工具钢生产成本低，易于冷、热加工，在 退火状态下硬度较低，通过热处理后可以获得较高 的硬度，具有一定的耐磨性。但淬透性差，淬火变 形大，耐磨性不高。因此，碳素工具钢适于制造尺 寸较小、形状简单、负荷较轻、生产批量不大的冷 作模具。
2.高碳低合金钢(CrWMn钢) (1)化学成分 CrWMn钢的临界点:Ac1≈750℃，Accm≈940℃，Ar1≈710℃，Ms≈255℃ 。 (2)力学性能 CrWMn 钢具有高淬透性，由于钨形成碳化物，所以这种钢在淬火及低温 回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性，如 图6-5～图6-7所示。
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6-8 淬火温度对Cr12MoV钢的 硬度、晶粒度和残余奥氏体的影响
图6-9 淬火温度对Cr12MoV钢的 抗弯强度、冲击韧度的影响
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6-10 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。
目录
冷作模具材料的正常失效形式主要是磨损、脆 断、弯曲、咬合、塌陷、啃伤、软化等。 要求冷作模具钢应在相应ຫໍສະໝຸດ Baidu热处理后，具有高 的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、不咬 合等能力。
6.1 冷作模具材料的工作条件与性能要求
6.1.1 冷作模具材料的工作条件 1.冲裁模 2.拉深模 3.挤压模 4.冷镦模 6.1.2 冷作模具材料的性能要求
图6-5 CrWMn钢力学 性能与淬火温度的关系
图6-6 CrWMn钢硬度 与淬火温度的关系
图6-7 CrWMn钢硬 度与回火温度的关系
(3)工艺性能 ①锻造工艺 CrWMn钢具有良好的锻造性能，其锻造工艺见表6-6。 ②退火工艺: CrWMn钢锻后需进行等温球化退火，退火温度为790～ 830℃，等温温度为700～720℃，退火后的组织比较均匀， 退火后硬度为207～255HBS。 ③淬透性:CrWMn钢淬透性较好，淬火变形小。在油中的临 界淬透直径为30～50mm。直径40～50mm的钢件在低于200℃ 的硝盐浴中冷却即可淬透。 (4)使用范围 CrWMn钢具有较好的淬透性，淬火变形小，耐磨性、热硬 性、强韧性均优于碳素工具钢，是使用较为广泛的冷作模具 钢。主要用于制造要求变形小，形状较复杂的轻载冲裁模( 料厚<2 mm)，轻载拉深、弯曲、翻边模等。
图6-1 T10钢的硬度、残余奥氏体量与回火温度的 关系 (780℃淬火、水冷、回火保温1 h)
提高淬火温度，淬火马氏体变粗，钢的强韧性下降，如图6-2所示。但 适当提高淬火温度，可提高碳素工具钢的淬透性，增加硬化层深度，提高 模具的承载能力，如图6-3所示。所以，对于容易淬透的小型模具，可采用 较低的淬火温(760～780℃);对于大、中型模具，应适当提高淬火温(800～ 850℃)或采用高温快速加热工艺。
图6-2 T10钢的淬火温度对强韧性的影响
图6-3 T10钢的淬火温度对淬透性的影响
碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降，在低温区(150～ 200℃)回火，硬度下降不多，当回火温度超过200℃时，硬度才明显下 降，如图6-1所示。 碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系，如图6-4所示，当回火 温度为220～250℃时抗弯强度达到极大值，可是碳素工具钢在200～ 250℃回火时，会产生回火脆性，导致韧性下降，因此韧性要求较高的 碳素工具钢应避免在此温度回火。而承受弯曲及抗压载荷的碳素工具钢 仍可采用220～280℃回火，以获得高抗弯强度，提高模具的使用寿命。
图6-10 回火温度对Cr12MoV钢硬度的影响
(3)工艺性能 ①锻造工艺: 由于Cr12型钢属于高碳高合金钢，其导热性能差， 塑性低，变形抗力大，锻造温度范围窄，组织缺陷严重 ，所以其锻造性能差。 ②退火工艺: Cr12型钢一般采用等温球化退火工艺，加热温度为 850～870℃，保温 2～4 h，等温温度为740～760℃，保 温4～6 h，退火组织为索氏体+合金碳化物。退火后硬度 为207～255HBS。 ③淬透性: Cr12型钢Cr的质量分数高达约12%，所以具有高淬透 性。截面尺寸为300～400 mm以下的模具在油中完全可以 淬透，控制淬火温度可以调节残余奥氏体量，实现微变 形淬火。
4.冷作模具用高速钢(W6Mo5Cr4V2钢) (1)化学成分；(2)力学性能；(3)工艺性能；(4)使用范围。 ①锻造工艺: ②退火工艺: ●锻后退火:加热温度为840～860℃，保温2～4 h，缓慢 冷却到500℃以下出炉空冷或 炉冷到室温，硬度≤285HBS。 ●锻后等温退火:加热温度为840～860℃，保温2～4 h;炉 冷至740～760℃，保温4～6 h，炉冷到500℃以下出炉空冷， 硬度≤255HBS。 ③淬火工艺:W6Mo5Cr4V2钢的淬火工艺见表6-13。 ④回火工艺: 高速钢必须经过三次以上的回火，其原因主要是前次回火 冷却过程中残余奥氏体转变成“淬火”马氏体，必须经再次回 火才能消除前次回火时产生的组织应力，经三次回火后残余奥 氏体体积分数才降到2%～3%，硬度达到64HRC以上。
第6章 冷作模具材料
6．1 冷作模具的工作条件与性能要求 6．1．1 冷作模具的工作条件 6．1．2 冷作模具的性能要求 6．1．3 典型冷作模具材料的性能分析 6．2 冷作模具材料的选用 6．3 冷作模具的制造工艺路线 6．4 冷作模具的热处理 6．4．1 冷作模具钢的热处理特点 6．4．2 典型冷作模具的热处理 6．5 冷作模具热处理实例 6．5．1 硅钢片冷冲裁模具 6．5．2 不锈钢表壳冷挤压模具
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
6.1.3 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6-1所示，碳素工具钢随回火温度升高而硬度降低， 但下降趋势与碳含量有关，碳含量越高，钢中析出的碳化物 颗粒越多，阻止了硬度的下降，因而碳含量高的钢回火时硬 度降低程度比碳含量低的钢小。
图6-4 T12钢的力学性能 与回火温度的关系 (淬火 温度:780℃)
(3)工艺性能 ①锻造性能: ②预先热处理: ③淬火及回火: (4)使用范围 碳素工具钢生产成本低，易于冷、热加工，在 退火状态下硬度较低，通过热处理后可以获得较高 的硬度，具有一定的耐磨性。但淬透性差，淬火变 形大，耐磨性不高。因此，碳素工具钢适于制造尺 寸较小、形状简单、负荷较轻、生产批量不大的冷 作模具。
2.高碳低合金钢(CrWMn钢) (1)化学成分 CrWMn钢的临界点:Ac1≈750℃，Accm≈940℃，Ar1≈710℃，Ms≈255℃ 。 (2)力学性能 CrWMn 钢具有高淬透性，由于钨形成碳化物，所以这种钢在淬火及低温 回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性，如 图6-5～图6-7所示。
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6-8 淬火温度对Cr12MoV钢的 硬度、晶粒度和残余奥氏体的影响
图6-9 淬火温度对Cr12MoV钢的 抗弯强度、冲击韧度的影响
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6-10 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。
目录
冷作模具材料的正常失效形式主要是磨损、脆 断、弯曲、咬合、塌陷、啃伤、软化等。 要求冷作模具钢应在相应ຫໍສະໝຸດ Baidu热处理后，具有高 的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、不咬 合等能力。
6.1 冷作模具材料的工作条件与性能要求
6.1.1 冷作模具材料的工作条件 1.冲裁模 2.拉深模 3.挤压模 4.冷镦模 6.1.2 冷作模具材料的性能要求
图6-5 CrWMn钢力学 性能与淬火温度的关系
图6-6 CrWMn钢硬度 与淬火温度的关系
图6-7 CrWMn钢硬 度与回火温度的关系
(3)工艺性能 ①锻造工艺 CrWMn钢具有良好的锻造性能，其锻造工艺见表6-6。 ②退火工艺: CrWMn钢锻后需进行等温球化退火，退火温度为790～ 830℃，等温温度为700～720℃，退火后的组织比较均匀， 退火后硬度为207～255HBS。 ③淬透性:CrWMn钢淬透性较好，淬火变形小。在油中的临 界淬透直径为30～50mm。直径40～50mm的钢件在低于200℃ 的硝盐浴中冷却即可淬透。 (4)使用范围 CrWMn钢具有较好的淬透性，淬火变形小，耐磨性、热硬 性、强韧性均优于碳素工具钢，是使用较为广泛的冷作模具 钢。主要用于制造要求变形小，形状较复杂的轻载冲裁模( 料厚<2 mm)，轻载拉深、弯曲、翻边模等。
图6-1 T10钢的硬度、残余奥氏体量与回火温度的 关系 (780℃淬火、水冷、回火保温1 h)
提高淬火温度，淬火马氏体变粗，钢的强韧性下降，如图6-2所示。但 适当提高淬火温度，可提高碳素工具钢的淬透性，增加硬化层深度，提高 模具的承载能力，如图6-3所示。所以，对于容易淬透的小型模具，可采用 较低的淬火温(760～780℃);对于大、中型模具，应适当提高淬火温(800～ 850℃)或采用高温快速加热工艺。
图6-2 T10钢的淬火温度对强韧性的影响
图6-3 T10钢的淬火温度对淬透性的影响
碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降，在低温区(150～ 200℃)回火，硬度下降不多，当回火温度超过200℃时，硬度才明显下 降，如图6-1所示。 碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系，如图6-4所示，当回火 温度为220～250℃时抗弯强度达到极大值，可是碳素工具钢在200～ 250℃回火时，会产生回火脆性，导致韧性下降，因此韧性要求较高的 碳素工具钢应避免在此温度回火。而承受弯曲及抗压载荷的碳素工具钢 仍可采用220～280℃回火，以获得高抗弯强度，提高模具的使用寿命。
图6-10 回火温度对Cr12MoV钢硬度的影响
(3)工艺性能 ①锻造工艺: 由于Cr12型钢属于高碳高合金钢，其导热性能差， 塑性低，变形抗力大，锻造温度范围窄，组织缺陷严重 ，所以其锻造性能差。 ②退火工艺: Cr12型钢一般采用等温球化退火工艺，加热温度为 850～870℃，保温 2～4 h，等温温度为740～760℃，保 温4～6 h，退火组织为索氏体+合金碳化物。退火后硬度 为207～255HBS。 ③淬透性: Cr12型钢Cr的质量分数高达约12%，所以具有高淬透 性。截面尺寸为300～400 mm以下的模具在油中完全可以 淬透，控制淬火温度可以调节残余奥氏体量，实现微变 形淬火。
4.冷作模具用高速钢(W6Mo5Cr4V2钢) (1)化学成分；(2)力学性能；(3)工艺性能；(4)使用范围。 ①锻造工艺: ②退火工艺: ●锻后退火:加热温度为840～860℃，保温2～4 h，缓慢 冷却到500℃以下出炉空冷或 炉冷到室温，硬度≤285HBS。 ●锻后等温退火:加热温度为840～860℃，保温2～4 h;炉 冷至740～760℃，保温4～6 h，炉冷到500℃以下出炉空冷， 硬度≤255HBS。 ③淬火工艺:W6Mo5Cr4V2钢的淬火工艺见表6-13。 ④回火工艺: 高速钢必须经过三次以上的回火，其原因主要是前次回火 冷却过程中残余奥氏体转变成“淬火”马氏体，必须经再次回 火才能消除前次回火时产生的组织应力，经三次回火后残余奥 氏体体积分数才降到2%～3%，硬度达到64HRC以上。
第6章 冷作模具材料
6．1 冷作模具的工作条件与性能要求 6．1．1 冷作模具的工作条件 6．1．2 冷作模具的性能要求 6．1．3 典型冷作模具材料的性能分析 6．2 冷作模具材料的选用 6．3 冷作模具的制造工艺路线 6．4 冷作模具的热处理 6．4．1 冷作模具钢的热处理特点 6．4．2 典型冷作模具的热处理 6．5 冷作模具热处理实例 6．5．1 硅钢片冷冲裁模具 6．5．2 不锈钢表壳冷挤压模具