热作模具钢及其热处理教材

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1、3.1 热作模具的工作条件与性能要求 3.1.1 热作模具的工作条件 3.1.2 热作模具的性能要求 3.2 热作模具材料的选用 3.2.1 锻压模具用钢的选用 3.2.2 热挤压模具用钢的选用 3.2.3 压铸模具用钢的选用 3.3 热作模具的制造工艺路线 3.4 热作模具的热处理 3.4.1 退火 3.4.2 淬火 3.4.3 回火 3.5 热作模具热处理实例 3.5.1 锤锻模具热处理 3.5.2 铬系热作模具钢热处理 第3章 热作模具钢及其热处理 目录 3.1 热作模具的工作条件与性能要求 3.1.1 热作模具的工作条件 .什么是热作模具？热作模按用途分为哪几种类型？ 热作模具是将加热

2、到再结晶温度以上的固态或液态金属压制成型的 工具，包括热锻模具、热挤压模和压铸模三类。热作模具工作条件的主 要特点是与热态金属相接触，这是与冷作模具工作条件的主要区别。 2.热作模具的工作条件如何？ 3.1 热作模具的工作条件与性能要求 3.1.1 热作模具的工作条件 2.热作模具的工作条件如何？ (1) 型腔表层工作温度高。 挤压GCr15轴承套圈，钢坯加热至10501100，挤压力为20002500 MPa， 凹、凸模的瞬时温度高达600650，甚至超过700。 尽管热锻模具不同，型腔表层金属受热温度也不相同，但是最低也有几百摄 氏度;热挤压模具与压铸模具型腔表层温度更高。 锤锻模：300

3、400 热挤压模：500 800 压铸模：ADC12铝硅合金浇注温度640 700 （模具预热160-270 ） 压铸黑色金属时可达1000以上 这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，为此.对热模具钢的基 本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力 ，实际上反映了钢的高回火稳定性。由此便可以找到热模具钢合金化的第一种 途径，即加入Cr、W、Si.等合金元素可以提高钢的回火稳定性。 3.1 热作模具的工作条件与性能要求 3.1.1 热作模具的工作条件 2.热作模具的工作条件如何？ (1) 型腔表层工作温度高。 (2) 反复被加热和冷却，易产生热疲劳。 为避免热

4、挤压模急剧升温被软化，热挤压时喷水基乳化液冷却，急 冷急热，产生较大的疲劳应力。 热作模具的工作特点是具有间歇性。每次使热态金属成型后都要用 冷却介质冷却型腔的表面。因此，热作模具的工作状态是反复受热和冷 却，从而使型腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作 用。其结果是引起型腔表面出现裂纹，称为热疲劳现象。 3.1 热作模具的工作条件与性能要求 3.1.1 热作模具的工作条件 2.热作模具的工作条件如何？ (1) 型腔表层工作温度高。 (2) 反复被加热和冷却，易产生热疲劳。 (3) 工作应力高，冲击载荷大。 锤锻模受强烈的冲击载荷和工作应力。 压力机锻模是在高温、高的压力负荷下服

5、役的。 3.1 热作模具的工作条件与性能要求 3.1.1 热作模具的工作条件 1.什么是热作模具？热作模按用途分为哪几种类型？ 2.热作模具的工作条件如何？ (1) 型腔表层工作温度高。 (2) 反复被加热和冷却，易产生热疲劳。 (3) 工作应力高，冲击载荷大。 (4) 承受剧烈的摩擦磨损。 被变形的热态金属在模具型腔内或模具表面的塑性流动，使热作模 具承受着剧烈的摩擦。熔融的液态金属在模具型腔内快速流动，模具型 腔表面承受着炽热液态金属的冲刷、摩擦。 3.1 热作模具的工作条件与性能要求 3.1.1 热作模具的工作条件 1.什么是热作模具？热作模按用途分为哪几种类型？ 2.热作模具的工作条件

6、如何？ 3.热作模具的主要失效形式有哪些？ (1)变形失效 变形失效是指热作模具频繁与高温毛坯工件接触使用后出现 软化，因发生塑性变形超差而引起的失效。对于黑色金属成形，当模具表面软 化后硬度低于30HRC时容易发生变形而堆塌。工作载荷大、工作温度高的热挤 压模具和锻压模具的凸起部位易产生这类失效。 (2)热疲劳失效 热疲劳失效是指热作模具在工作过程中因周而复始地反复 被加热和冷却，使模具表面产生网状裂纹而引起的失效。在工作过程中工作温 差大，反复被快速加热又被快速冷却的压铸模具、锻压模具等易产生热疲劳裂 纹。热疲劳裂纹属于表面裂纹，一般较浅，在应力作用下向内部扩展，最终导 致模具产生断裂失效

7、。 (3)断裂失效 断裂失效是指材料本身承载能力不足以抵抗工作载荷而出 现失稳态下的材料开裂，包括脆性断裂、韧性断裂，疲劳断裂和腐蚀断裂。热 作模具断裂(特别是早期断裂)，与工作载荷过大、选材和材料处理不当及应力 集中等有关。挤压冲头及模具凸起部位根部易出现断裂失效。 (4)热磨损失效 热磨损失效是指模具工作部位与被加工材料之间相对运动 产生摩擦损耗，而引起的模具尺寸超差和表面损伤失效。模具工作温度、材料 的硬度、合金元素及润滑条件等都影响模具磨损。相对运动剧烈和凸起部位的 模具，如热挤压冲头等易产生磨损失效。 锻 造 3.1 热作模具的工作条件与性能要求 3.1.1 热作模具的工作条件 3.

8、热作模具的主要失效形式有哪些？ (1)变形失效原因：高温硬度低 (2)热疲劳失效原因：耐热疲劳性不足 (3)断裂失效原因：高温强度和韧性低 (4)热磨损失效原因：耐磨性差 3.1.1 热作模具的性能要求 3.1.1.1热作模具的使用性能要求 4.对热作模具的使用性能要求有哪些？ (1)较高的高温硬度 (2)优良的耐热疲劳性能 (3)较高的高温强度和韧性 (4)良好的耐磨性 5.对热作模具的工艺性能要求有哪些？ （1）优良的加工性能 切削加工性能 锻压加工性能 （2）较高的淬透性和淬硬性 未淬透部分的屈服点和韧性会显著降低，影响模具寿命。 （3）较小热处理变形倾向 为保证模具质量，要求热处理变形

9、小，组织稳定。 （4）较低的脱碳敏感性 表面发生氧化、脱碳，会使硬度、耐磨性和使用寿命降低。 3.1 热作模具的工作条件与性能要求 3.1.1 热作模具的性能要求 3.1.1.1热作模具的使用性能要求 3.1.1.1.2热作模具的工艺性能要求 3.2 热作模具材料的选用 3.2.1 常用热作模具钢 3.2.2 锻压模具用钢的选用 3.2.3 热挤压模具用钢的选用 3.2.4 压铸模具用钢的选用 第3章 热作模具钢及其热处理 目录 3.2 热作模具材料的选用 3.2.1 常用热作模具钢 3.2.1.1热作模具钢的分类 按用途： 热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢，更可细分为锤锻模用钢、机锻模用

10、 钢、热挤压模用钢、热镦模用钢、热冲裁模用钢、压铸模用钢。 按性能： 高韧性热作模具钢、高热强性热作模具钢、高耐磨性热作模具钢，也可分为低 耐热性热作模具钢、中耐热性热作模具钢、高耐热性热作模具钢。 按成分： 低合金热作模具钢、中合金热作模具钢、高合金热作模具钢，也可分为钨系热 作模具钢、铬系热作模具钢、铬钼系热作模具钢、铬钨钼系热作模具钢。 非专用热作模具钢： 奥氏体耐热钢、高速工具钢、马氏体时效钢、析出硬化钢、冷热兼用基体钢等 。 第3章 热作模具钢及其热处理 3.2 热作模具材料的选用 3.2.1 常用热作模具钢 3.2.1.1热作模具钢的分类 第3章 热作模具钢及其热处理 3.2 热作

11、模具材料的选用 3.2.1 常用热作模具钢 3.2.1.1热作模具钢的分类 第3章 热作模具钢及其热处理 3.2 热作模具材料的选用 3.2.1 常用热作模具钢 3.2.1.2热作模具钢的分类 3.2.1.2热作模具钢的化学成分 第3章 热作模具钢及其热处理 钢钢号 化学成分/% CSiMnCrMoV其他 锻压锻压 模具用 热热作模具钢钢 5CrMnMo 5CrNiMo 4CrMnSiMoV 5Cr2NiMoVSi 0.5/0.6 0.5/0.6 0.35/0.45 0.46/0.53 0.25/0.6 0.4 0.8/1.1 0.6/0.9 1.2/1.6 0.5/0.8 0.8/1.1 0

12、.4/0.6 0.6/0.9 0.5/0.8 1.3/1.5 1.54/2 0.15/0.3 0.15/0.3 0.4/0.6 0.8/1.2 0.2/0.4 0.3/0.5 Ni 1.4/1.8 Ni 0.8/1.2 铬铬系热热作模具钢钢 4Cr5MoSiV 4Cr5MoSiV1 4Cr5W2VSi 0.33/0.43 0.32/0.45 0.32/0.42 0.8/1.2 0.8/1.2 0.8/1.2 0.2/0.5 0.2/0.5 0.4 4.75/5.5 4.75/5.5 4.5/5.5 1.1/1.6 1.1/1.75 0.3/0.6 0.8/1.2 0.6/1.0 W 1.6/2

13、.4 钨钼钨钼 系热热作模具钢钢 3Cr2W8V 3Cr3Mo3W2V 5Cr4W5Mo2V 0.30.4 0.320.42 0.40.5 0.4 0.60.9 0.4 0.4 0.65 0.4 2.22.7 2.83.3 3.44.4 2.53.0 1.52.1 0.20.5 0.81.2 0.71.1 W 3.59.0 W 1.21.8 W 4.55.3 表3-1常用热作模具钢的化学成分 3.2 热作模具材料的选用 3.2.1 常用热作模具钢 3.2.1.2热作模具钢的分类 3.2.1.2热作模具钢的化学成分 热作模具钢的成分有哪些特点？ (1)含碳量处于中等水平，碳的质量分数一般为0.3

14、%0.6%； (2) 加入Cr、Ni、Mn等元素，提高钢的淬透性和强度等性能； (3) 加入W、Mo、V等元素，防止回火脆性，提高热稳定性及红硬性； (4) 适当提高Cr、Mo、W在钢中的含量，可提高钢的抗热疲劳性。 第3章 热作模具钢及其热处理 3.2 热作模具材料的选用 选择热作模具钢应考虑的问题： 热作模具的类型 模具形状尺寸 加工工艺 被加工的材料种类 3.2.2 锻压模具用钢的选用 1.锤锻模：受冲击负荷，韧性要求较高。 中、小型锤锻模首选：5CrMnMo 大型锤锻模首选：5CrNiMo 特大型锤锻模：5Cr2NiMoVSi 2.压力机锻模：冲击负荷较小，负荷较大，要求热强性较高。

15、压力机锻模首选：4Cr5MoSiV 4Cr5MoSiV1 3.2 热作模具材料的选用 模具类类 型 工作条件推荐钢钢号 锤锻锤锻 模 中、小型模块块5CrMnMo，5CrNiMo，4CrMnSiMoV； 大型、特大型 模块块 5CrNiMo，4CrMnSiMoV，5Cr2NiMoVSi； 镶块镶块4Cr5MoSiV1 压压力机 锻锻模 整体模块块 5CrNiMo，5CrMnMo，4CrMnSiMoV， 4Cr5MoSiV1，4Cr5MoSiV， 3Cr2W8V，5Cr4W5Mo2V，3Cr3Mo3W2V 镶块镶块4Cr5MoSiV1，4Cr5MoSiV 表3-2 常用的锻压模具钢的选用 热挤压

16、模具的工作特点是加载速度较慢，因此，型腔受热温度较高，通常可达500 800。对这类钢的使用性能要求应以耐磨性、高的回火稳定性和抗热疲劳性能 为主。 轻合金挤压:选用韧性较好的热作模具钢，如4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1钢。 钢、铜和铜合金挤压:除了选用4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1钢外，也可选用 高温强度较好的热作模具钢，如3Cr2W8V钢。5Cr4W5Mo2V钢是新型的热作模具 钢，该钢具有较高的红硬性，高温强度和较高的耐磨性，可进行一般的热处理或化 学热处理，可代替3Cr2W8V钢制造某些热挤压模具，使用寿命较高。 3.2.3 热挤压模具用钢的选用 表3-3 热挤压模具用钢选择 热挤压热挤压 工件 的材料 模具名称 凹 模冲头头心棒挤压挤压 缸内套 铝铝、镁镁合金 4Cr5MoSiV1 4Cr5MoSiV 4Cr5MoSiV1