《模具材料及热处理》ppt课件

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1、常見模具材料及熱處理,PCEBG MIBG DT(II)沖模廠 講師: 馬勝忠 2007.01.30 C版,模具標准系列之六,目 錄,一、鋼材簡介 二、公司模具材料的簡介 三、熱處理基礎知識 四、模具零件失效,一、鋼材的簡介,1.按用途分類: (1).結構鋼: A.工程構件用鋼; B.機器零件用鋼: B-1.調質鋼; B-2.彈簧鋼 (60Si2Mn); B-3.滲碳、氮化鋼; (Cr12,Cr18Ni9Ti) B-4.滾動軸承鋼。,(2).工具鋼: A.刃具鋼; B.量具鋼; C.模具鋼: C-1. C-2.,(3).特殊性能鋼: A.耐蝕鋼; B.耐熱鋼; C.耐磨鋼;,冷作模具鋼,熱作模

2、具鋼,一、鋼材的分類,2.按鋼的化學成份分類: (1).碳素鋼; A.普通碳素鋼(A0A5) B.碳素結構鋼(05/05F70) C:碳素工具鋼(T7T13,T13A) (2).合金鋼: A.低合金鋼(合金元素5%); (9Mn2v,9CrWMn) B.中合金鋼(合金元素510%); (5CrWMn,5CrW2Si) C.高合金鋼(合金元素10%) （Cr12MoV,Cr12),3.按碳含量分類: (1).低碳鋼(C0.25%); (2).中碳鋼(C0.250.6%); (3).高碳鋼(C0.6%)。,1.冷作模具鋼 2.熱作模具鋼,模 具 鋼介紹,1.1冷作模具鋼的性能特點: A.高的硬度、

3、強度和耐磨性; B.足夠的韌性; C.熱處理變形小; D. 良好抗回火穩定性,熱處理變形小 1.2化學成分特點: A.高碳1.0%以上; B.加入較多的鉻、錳、鎢、鉬、釩等,1:冷 作 模 具 鋼介紹,1.3常用冷作模具鋼: A.冷作模具用碳鋼:T8、T10A、T12A; B.冷作模具用低合金鋼:CrWMn、9Mn2V等; C.Cr12型高碳高鉻鋼: Cr12MoV、Cr12、SKD11、SLD等; D.高碳中鉻型冷作模具鋼:Cr6WV; E.中碳高韌性模具鋼:5CrW2Si; F.冷作模具用高速鋼:M2; 1.4熱處理特點: A.球化退火; B.淬火+低溫回火; C.淬火+高溫回火; D.淬

4、火回火+化學熱處理。,1.5 公司常用冷作模具材料化學成份,2.1熱作模具鋼的性能要求: A.一定的硬度和足夠的耐磨性; B.在高溫下保持高的強度和良好的衝擊韌性; C.高的淬透性; D.良好的導熱性能; E.優良的耐熱疲勞性能; F.良好的耐蝕性能和抗氧化能力; G.良好的工藝性能。,2:熱 作 模 具 鋼介紹,2.2化學成分特點: A.中碳0.40.6%之間; B.加入提高淬透性的元素，鉻、鎳、錳等; C.加入能抑制回火脆性的元素鉬、鎢; D.加入能提高回火穩定性的元素鉬 2.3常用熱作模具鋼: A.熱鍛模具用鋼:5CrMnMo、5CrNiMo、 4Cr5MoV1Si等; B.壓鑄模具用鋼

5、:3Cr2W8V、DAC、 SKD61、DIEVAR 2.4熱處理工藝特點: A.淬火+高溫回火; B.化學熱處理,2.5公司常用熱作模具材料化學成,常用模具材料化學成份比較匯總,2.6模具材料價格比較,二、公司模具材料的簡介,1. SS41(JIS) 2. SKD11(JIS) 3. YK30(SK3) 4. SKH-9(JIS) 5. P20 6. A3 7. ASP23 8.45# 9. 9CrWMn,1:公司常用模具材料,2:常見模具材料性能簡介,SS41(JIS)為日本鋼材牌號,相當於中國的A3鋼 . A.屬於低碳結構鋼. B.含碳量為0.30%,不能進行熱處理, C.硬度不高HRC

6、20; D.塑性較好,強度較低,機械加工性能好, 可以滿足模具中非成形模板性能要求. E.適用於模具結構中的打背板,上托板, 下托板,上墊腳,下墊腳,上模座,下模座,夾板等受力不大的模板和零件.,SKD11(JIS)相當於中國的Cr12MoV A.冷作模具合金工具鋼. B.是高C,高Cr型合金鋼.各元素含量 1.70%C,11.0012.50%Cr,0.400.60%Mo, 0.150.30%V. C.高碳保証獲得過飽和的馬氏體(該組織很硬),以確保 高硬度,高耐磨性和一定的熱硬性(鋼材在高溫如500 攝氏度仍能保証足夠的硬度). D.鉻可以極大地增加鋼的耐磨性能,同時還大大改善了 鋼的淬透性

7、(鋼材淬火後能獲得外部較硬,心部較軟的 現象稱為淬透性.淬硬的越多表明淬透性越好). E.鉬釩不僅增加回火的穩定性,尚可細化晶粒改善碳化 物不均勻性,提高鋼的強度和韌性.正常為HRC58 64. F.適用於受力較大的模具成形模板.如上打板(通常熱處 理HRC52)和下模板(通常熱處理HRC58).,YK30(SK3)該鋼材為日本牌號, A.含碳量較高,屬於碳素工具鋼（T10） B.YK30是SK-3的改良鋼種,具有較SK-3 更佳的強韌性和硬化能,同時還有易加 工性能,且具有一般高碳鋼的高硬度和 高耐磨性. C.各元素含量為: 1.0 1.1% C , 0.8 1.1% Mn , 0.2 0.

8、6% Cr. D. 熱處理後硬度為HRC50,用於局部受力較 大的模板(采用一般的鋼板會產生較大的變形) E.適用模具的上下墊板,夾板,打板等.,SKH-9(JIS)相當於中國W6Cr4Mo5V2 A.合金工具鋼. B.含有鎢元素,使其具有熱硬性,同時提高 了鋼的回火(熱處理的一種,常為減少或 消除內應力)穩定性. C.釩與碳形成碳化物硬度高達HRC83. D.硬度較高,熱處理後硬度可達到HRC65. 但脆性大,塑性差,不易進行切削加工. E.適用與作直徑小於3.0的沖子材料.,9CrWMn簡介 A.為低質合金工具鋼, B.回火溫度6507000C,保溫時間23H. C.易變寸(500MM以上

9、嚴重),開裂(結構复雜,孔槽密集等),導致加工精度無法掌控, 外形任何一邊不得大於500MM厚度不得大於25MM. D.硬度嚴格管控在HRC5053以內,超過極易裂開 E.使用范圍: P04A,D04A,S02A上(用于D04A時不可結構复雜及孔槽密集),不可用S01A,D05A上.,三、熱處理基本知識,熱處理知識簡介,改善鋼的性能,通常采用兩個途徑: 1.調整鋼的化學成分,加入合金元素(如鎂,鉬,鎳等),即合金化; 2.實施鋼材的熱處理. 熱處理是通過加熱,保溫,冷卻之操作方法,使鋼的組織結構發生變化,以獲得所需要的性能之加工工藝.,鋼的熱處理根據加熱和冷卻方法不同,大致分為: 1.普通熱處

10、理 通常稱為四把火即退火,正火,淬火,回火.也是最常用的熱處理方法 2.表面熱處理 如表面淬火和化學熱處理等 在日常機械加工過程中,時常需要進行熱處理.熱處理可以是機械加工過程的中間環節,也可以是使機械零件達到規定技術要求的最終工序.,金屬材料之熱處理工藝,熱處理工藝簡介: 1.退火 2.正火 3.淬火 4.回火,退火 所謂退火，就是將金屬或合金加熱到適當溫度(7808800C),保溫一定時間(48H), 然後隨爐緩慢冷卻的熱處理工藝，其實質是將鋼加熱奧氏體化后進行珠光體轉變。 退火方法: 常用的退火方法有完全退火(重結晶退火)、球化退火、去應力退火、再結晶退火、擴散退火和等溫退火等幾種。 球

11、化退火:使鋼中碳化物球狀化而進行的退火工藝。常用的球化退火有 普通球化退火和等溫球化退火兩種，工藝主要用於模具、量具和刃具鋼等。,1.退火,正火 所謂正火就是將鋼材或鋼件加熱到合適的溫度(80012000C)，保溫適當時間(48H),后，在靜止的空氣中冷卻的熱處理工藝。 正火之主要應用: A.對於一些含碳量較高的鋼材,改善其組織結構,為以後熱處理(如:球墨化處理)作準備. B. 對含C量0.4%的中、低碳鋼可用正火代替退火作預先熱處理,獲得合適的硬度,便於切削加工; C.含C量在0.40.7%的不太重要的工件可在正火狀態下使用， 即作為最終熱處理。,2.正火,退火與正火之目的 A.軟化鋼材以便

12、切削加工; B.消除殘余應力,防止工件變形和開裂; C.細化晶粒,改善組織結構,提高鋼的機械性能; 4.為最終熱處理作準備 退火與正火之區別 A.加熱溫度不同,一般正火加熱溫度高於退火加熱溫度 B.正火與退火最明顯不同在於正火冷卻速度稍快.,淬火 將工件加熱一定溫度後(78012000C),保溫一段時間(48H)後,取出工件使其快速冷卻的方法. 淬火之目的 一般都是為獲得馬氏體(一種非常硬的晶體結構),提高工件的機械性能,如硬度和耐磨性. 淬火介質 A.油(2號/3號機油/11號柴油) B.水 C.鹽水(5%15%NaCl) D.鹼浴 (近80%KOH+20%NaOH+3%KNO3+3%NaN

13、O2),3.淬火,4. 回火,回火 所謂回火就是鋼件淬硬后，再加熱到稍低於淬火溫度，保溫一定時間，然後冷卻到室溫的熱處理工藝。 回火目的： (1).合理地調整力學性能，使工件滿足使用要求； (2).穩定組織,使工件在使用過程中不發生組織轉變, 從而保證工件的尺寸、形狀不變； (3).降低或消除淬火內應力,以減少工件變形並防止開裂 回火分類: (1) .低溫回火(回火溫度在250以下); (2) .中溫回火(回火溫度在350500 ); (3) .高溫回火(回火溫度在500650 ). 碳素鋼采用一次回火,合金鋼則采用二次回火或多次回火,深冷處理： 深冷處理就是鋼件淬火冷卻到室溫后，繼續在以下的

14、介質中冷卻的熱處理工藝，也稱為冷處理，是淬火過程的繼續。 深冷處理目的： 為了最大限度的減少殘余奧氏體(常溫下不穩定組織，容易引起尺吋變吋等)，以進一步提高工件淬火后的硬度和防止在使用過程中因殘余奧 氏體的分解而引起的變形，同時強度、硬度和耐磨性都可得到不同程度的提高。,5.深冷處理,四、模具零件失效,模具零件失效原因分析,模具失效,材 質,鋼內疏鬆,化學成份偏析,帶狀組織,鋼的鈍靜度差,帶狀(網狀)碳化物,球化退火質量不好,熱處理,回火次數不當,硬度不當,淬火溫度不當,加熱速度不當,冷卻速度不當,保溫時間不當,爐內气份不當,機械加工,表面粗造度差,連結角半徑過小,磨削損傷,電加工質量差,加工

15、應力未除去,尺寸精度差,設 計,材料纖維取向不合理,硬度不合理,選材不當,配合精度不當,有尖角,連結角半徑過小,厚薄壁差大,操 作,模具預熱溫度不當,終鍛溫度偏低,冷卻條件不當,壓鑄溫度不當 (熱鍛溫度),潤滑條件差,去應力次數少,設備狀況不好,模具安裝不當,案例一:材質不良開裂,主要原因是材料內部碳化物分布嚴重不均材質 不良所致,而磨削工序進給量過大,亦起促進作用,案例二:模具結構設計与熱處理 熱處理工藝性，因模具斷面尺寸不均勻，形狀結構不合理(如尖角)等。將促成熱處理加工時。因強大的熱處理應力、組織應力雙重作用，致使開裂。,W/E加工時會打破原有應力平衡，應力重新 分配時導致模板薄弱處發生開裂。,案例三:熱處理加工操作控制不當 SLD結構復雜件加工中開裂異常原因: 冷卻模式選擇不當且工件出油溫度過低； 回火不及時及回火入爐溫度過高(450)。 壓變形時機控制不當； 工件結構不對稱且直角太多；,案例四:線切割(W/E)及放電(EDM)加工 金屬表面快速熔化及凝固，形成硬度、 組織及性能異常的變質層,最深可達0.1mm 該變質層模具使用壽命將產生較大影響。,