冷作模具材料和性能要求

综合两图分析：普通淬火温度820~840℃油冷适宜， 硬度可达63~65HRC。
图2~8为CrWMn钢普通淬火与等温淬火的力学性能比
较。
由图可见：要求高韧性的模具，采
用等温淬火合适。
图2~9、2~10、2~11为 CrWMn钢回火温度与力学性能的关系。
图2~8
由图可见CrWMn 钢回火温度 160~200℃合适
模具寿命短。
典型钢种：T7A、T10A、T12A 2、热加工工艺
1）锻造 锻造工艺见表2~3。 工艺要点：
终锻温度不能过高，冷却速度不宜过缓（锻后空 冷），以避免析出二次网状渗碳体。
2）退火与正火 锻后模具毛坯应经预备热处理：
无粗大或网状碳化物时，采用球化退火。 出现粗大或网状碳化物时，先正火再球化退火。
据此，碳素工具钢制模具的淬火温度选择原则是：
对于小型模具，可采用较低淬火温度 （760~780℃）。 对于较大型模具，适当提高淬火温度 （800~850℃）。 对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。
淬火冷却方式的选择 水溶液、油冷
冷却方式 水溶液—油、水溶液—硝盐 分级淬火、等温淬火
具体冷却方法及适用范围见表2-7。
搓丝板和成型模。
二、低变形冷作模具钢
成分特点：碳工钢+少量Gr、Mn、Si、W、V
典型钢种：CrWMn、9Mn2V、MnCrWV （一） CrWMn
1、主要性能特点
淬透性良好（φ40~φ50模具油中可淬透） 耐磨性良好（W碳化物作用） 淬火变形小 易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差 2、热加工工艺
1）锻造 加热：1100~1150℃，始锻：1050~1100℃
碳素工具钢只适宜制作尺寸较小、形
状简单受载轻、生产批量不大的模具。
如：T7-轻载小型冷作模，T8-拉深模，T10-冷 镦模，T12-拉丝、切边模
（二）GCr15钢
1、主要性能特点 GCr15钢是专用轴承钢，冶金质量较高，与碳工钢相比： 硬度高，耐磨性好 接触疲劳强度高 淬透性高，淬、回火变形开裂倾向小 回火稳定性高，有较高的强韧性 使用寿命大幅提高 2、热加工工艺
GCr15钢的锻造性能较好，工艺规程一般是： 加热温度：1050~1100℃ 始锻温度：1020~1080℃ 终锻温度：850℃，锻后缓冷。
锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。
2)球化退火与正火
锻后采用等温球化退火：
加热温度：770~790℃，保温2~4h。 等温温度：690~720℃，等温4~6h。 退火后硬度：217~255HBW。 锻后若出现网状、条状碳化物，在退火前必须正火。
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；大型模块，热油中冷却。
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。
3、应用 适于制作精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、
足够的韧性（受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具）
良好的抗疲劳性：σ-1应满足模具的要求 良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质
二、工艺性能要求
热锻变形抗力低、塑性好
锻造性 锻造温度范围宽 锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小
切削加工性
切削力小、切削用量大 刀具磨损小、加工表面光洁
பைடு நூலகம்
磨削加工性
对砂轮质量及冷却条件不敏感 不易发生磨伤与磨裂
① 低淬透性冷作模具钢 ② 低变形冷作模具钢 ③ 高耐磨微变形冷作模具钢 ④ 抗冲击冷作模具钢 ⑤ 高强韧性冷作模具钢 ⑥ 高耐磨、高韧性冷作模具钢 ⑦ 特殊用途冷作模具钢
一、低淬透性冷作模具钢
（一）碳素工具钢
1、主要性能特点 优点：价格便宜，来源方便，较高的硬度，
一定的耐磨性，易于锻造，易于软化。 缺点：淬透性差，淬火易于变形、开裂 ，
冷作模具材料和性 能要求
第一节 冷作模具对材料性能的要
一、使用性能要求 求
冷作模具的受载形式
拉伸、弯曲、压缩 冲击、疲劳、摩擦
冷作模具的失效形式
磨损、开裂 断裂、变形、咬合、
使用性能的基本要求：
良好的耐磨性
模具硬度应高于工件的30%~50% 模具组织应为M回或B下加细小碳化物
高强度
σS、σ压应满足模具受载要求
热处理工艺性
①淬透性 ：获得淬硬层深度
②回火稳定性：模具钢受热软化的能力
③脱碳倾向、过热敏感性
④淬火变形开裂倾向
三、冷作模具材料的成分特点
1、钢的含量
对高耐磨的冷作模具：0.7%~2.3%C
对高强韧性冷作模具：0.5%~0.7%C
2、合金化特点 加入强碳化物形成元素和增加淬透性的元素
主要合金元素的作用：
回火温度选择
淬火后应及时回火，回火温度根据性能要 求而定。图2-3所示为碳素工具钢的力学性能 与回火温度的关系。
综合分析，回火温度确定如下：
硬度要求较高时，宜采用 150~200℃回火。
抗弯强度要求较高时，宜采用 220~280℃回火
图2-3
回火时间 1~2小时 回火冷却 油冷或硝盐浴
3、应用范围
球化退火和正火工艺见表2-4、2-5。 3）淬火与回火
碳素工具钢淬火和回火工艺规范见 表2-6，但对于具体模具应进行选择。
淬火温度的选择 考虑的因素见图2-1、2-2。
图2-1 淬火温度对 T10A钢强韧性的影响
图2-2 淬火温度对T8钢 淬硬层深度的影响
综合分析如下：
提高淬火温度，钢的强韧性下降，变形、开裂 的倾向增大。但提高淬火温度，可提高淬透性，增 加硬化层深度，提高模具的承载能力。
淬透性 锰 减小变形 硅
有回火脆
淬透性 回火稳定性 屈服强度 过热脱碳倾向大
淬透性
强度和韧性
铬 抗氧化性 耐磨性
镍 淬透性 耐蚀性
有回火脆性
有回火脆
钼、钨、钒：属强碳化物形成元素，具有二次 硬化效果，对提高钢的回火稳定性、耐磨性、耐热 性都具有显著作用。
第二节 冷作模具材料及热处理规范
冷作模具钢综合分类：
终锻：800~850℃，锻后空冷至650℃后缓冷
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 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：