关于冲压模具常用金属材料及其热处理工艺研究 蔡鹏程

关于冲压模具常用金属材料及其热处理工艺研究蔡鹏程
发表时间：2019-06-14T11:17:14.430Z 来源：《基层建设》2019年第9期作者：蔡鹏程
[导读] 摘要：通常情况下，在选用冷冲压模具材料时要首先考虑该批工件的数量，如果数量不多就没必要去选择具有更长使用寿命的材料，这样可以大幅降低生产的成本。

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摘要：通常情况下，在选用冷冲压模具材料时要首先考虑该批工件的数量，如果数量不多就没必要去选择具有更长使用寿命的材料，这样可以大幅降低生产的成本。

其次，还需要考虑到被冷冲压工件加工材料的材质，不同的材质具有截然不同的冲压性能，适用的模具材料也会明显不同。

对于冲压模具来说，金属材料的耐磨性能基本决定了模具的使用寿命。

一般地，钢材的耐磨性完全取决于钢材内部碳化物等物质构成硬质点的实际状况及钢材基体本身的硬度，当这两者均能保持较高的硬度时，材料内含有越多的碳化物，其表现出的耐磨性就会越好。

具体来说，工业生产经常用到的冲压模具其钢材的耐磨性从好到差的排列依次为：硬质合金-钢结硬质合金-高速钢-高碳高铬钢-基体钢-合金工具钢-碳素工具钢。

此外，还要考虑到工件及模具的形状、厚度、精度、尺寸等要求对选择模具材料的具体影响。

关键词：冲压模具；常用金属材料；热处理工艺
1冷冲压模具常用金属材料
1.1碳素工具钢材料
在我国碳素工具钢的产量非常大，使用也非常广泛。

这主要是因为碳素工具钢具备一些显而易见的优点：第一，可锻性好，方便锻造成所需的形状；第二、退火易软化，退火之后迅速软化，便于下一步的加工流程；第三、切削加工性好，因为碳素工具钢硬度小，非常容易进行切削处理；第四、价格便宜，这是决定碳素工具钢得以广泛使用的根本原因。

但同时，碳素工具钢也还存在许多不足之处，比如淬透性低，需额外通过水作为加工过程中的冷却剂，如此就会造成碳素工具钢发生更多的变形及断裂等问题。

因为碳素工具钢具备的这些优缺点，它适用的模具一般都具有这样的特点：尺寸较小，受力不大，形状较为简单，且对形状的变行要求不是很高，用碳素工具钢制作这样的模具，可以节省大量资源，但对于那些大受力、形状复杂、形状变形要求高的模具用碳素工具钢并不适合。

1.2高碳高铬模具钢材料
与碳素工具钢相比，高碳高铬模具钢表现出了更好的淬硬性、淬透性、耐磨性，高碳高铬模具钢因为本身不容易发生变形等特性，被看作是高耐磨及微变形模具钢，高碳高铬模具钢要比高速钢在承载能力方面稍低。

高碳高铬模具钢的缺点是碳化物有比较严重的偏析问题，在实际冲压过程中必须对其反复进行改锻、镦拔，以逐步改善材料内碳化物的均匀水平，如此才会提升高碳高铬模具钢的使用性能。

1.3高速钢材料
目前使用的高速钢，多是通过添加钼系元素等方式锻造出来的，高速钢因而具有非常优秀的使用性能，优势最明显的地方就是热塑性及强韧性都非常高，也因此获得非常大的发展空间，在冷作模具高精度及大批量工业化生产中，占有非常重要的地位。

1.4超硬高速钢材料
基于超硬高速钢是对高速钢的一种变体，生产超硬高速钢的目的就是为了满足难切削材料的需要，通过一些特殊工艺的处理，进一步增加了冲压材料的硬度。

但问题是，增加硬度的同时，也造成了一些问题，比如抗弯曲能力差、韧性差、加工困难。

其主要原因是超硬高速钢为了提高自身的硬度，就不得不提高其碳含量，而当碳含量超过一定程度时，就难免会出现脆硬等问题，导致材料的柔韧性降低等材料缺陷。

1.5基体钢材料
因为高速钢和超硬高速钢本身存在的一些问题，实际工业上的解决办法就是通过添加少量的化学成分，在高速钢的基本成分中适当增减碳的含量，用来改善高速钢的冲压性能，我们把通过这种工艺生产的钢统一定义为基体钢。

基体钢属于冷作模具钢中偏强韧性的一种，这种钢材料具备了高速钢和超硬高速钢的几乎所有优点，并且对基体钢的生产其成本也远低于高速钢。

基体钢的发明，对于模具材料的发展有着非常重大的意义。

1.6硬质合金及钢结硬质合金材料
如果只从硬度和耐磨性两个方面考虑，硬质合金要比前述几种模具钢都高出很多，但如果只从抗弯强度和韧性两个方面考虑，硬质合金的性能就要差很多。

对硬质合金进行改良的办法就是采用铁粉和少量合金粉末来做粘合剂，并且用碳化钨和碳化钛做硬质相，然后通过粉末冶金的加工方法烧结而成，成品即钢结硬质合金。

由于钢结硬质合金的基体材料仍然还是钢材料，所以可对其进行焊接、切削、热处理和锻造等加工措施。

2冲压模具常用的金属材料及热处理
2.1我国常用的冲压模具金属材料与热处理工艺解析
一直以来，我国常用的冲压模具金属材料包含长期以来，国内薄板冲裁模用钢为T10A（碳素工具钢）、CrWMn、与9Mn2V（高碳低合金）、Cr12和Cr12MoV（高碳高铬金属）等。

接下来将对这几种金属材料与热处理工艺进行分析。

（1）金属材料及热处理工艺。

金属材料的强度与韧性良好，但耐磨性较低，经过淬火加工后容易出现变形与开裂现象，具备较低的淬透性，可以将金属用于加工形状较为简单、尺寸小、数量少的冲压模具。

在750℃~800℃左右进行淬火，回火温度使用150℃~170℃，硬度保持在60HRC~63HRC范围内。

（2）高碳低合金钢种材料及热处理工艺。

对高碳低合金钢种进行热处理时，淬火的温度要控制在820℃~840℃之间，回火的温度200℃，硬度在60HRC~62HRC范围内。

进行热处理时，可以采用780℃~820℃的淬火温度，回火温度控制在150℃~200℃之间，空冷之后硬度可以保持在60HRC~62HRC之间。

2.2冷冲压模具中使用的新金属材料与热处理工艺解析
（1）Cr12Mo1V1材料及热处理工艺。

Cr12Mo1V1材料下文简称为D2，这种材料仿制了美国的ASTM标准，可以将其划分为高碳高铬钢类型的材料。

对这种材料使用深冷处理办法，可以将提高材料的硬度并改善尺寸稳定性，使用D2材料制作的模具使用寿命更长。

但
Cr12Mo1V1比高碳高铬钢材料的锻造性能与热塑性能稍低，可以使类似高碳高铬钢材料的机械加工性能与热处理工艺对Cr12Mo1V1进行处理。

（2）Cr6WV材料及热处理工。

Cr6WV属于高碳高铬钢，其耐磨性更高，不容易出现变形，相比于高碳高铬钢Cr6WV内部的碳与铬含量都更低，碳化物的分布状态较为均匀，具备较强的淬透性。

对比高碳高铬钢，Cr6WV的抗弯强度与冲击韧性更高，但比高碳高铬钢的耐
磨性稍低。

可以将这种材料使用在具备较高冲击力、高硬度的冲压模具中。

Cr6WV进行热处理时，淬火温度要控制在；回火温度为500~520℃之间，可以使用热油或硝盐以分级的方式进行淬火冷却处理，若部件的尺寸较小可以使用空冷。

在淬火处理完成之后要立刻进行回火，温度为160~180℃之间，硬度为62~65HRC。

结论
我国的工业化生产水平不断提升，生产的规模不断增加，从而使生产成本获得降低。

无论是大规模、大批量的生产，还是个性化的定制生产，模具发挥的作用举足轻重。

人们物质生活水平的不断提升，各类用途的模具不断出现在人们的视野中，受到了人们的广泛关注。

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