dc53的热处理Word版Word下载.docx
《dc53的热处理Word版Word下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《dc53的热处理Word版Word下载.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
1.2模具的基本介绍与成分影响8
1.3.1工冷作模具钢与热作模具钢区别12
1.3.2常见模具钢以及用途介绍13
1.3.3冷却模具钢种分类依据16
1.3.4充分发挥冷作模具钢性能潜力的途径17
1.4论文的目的与意义18
2.设备相关18
2.1井式炉18
2.2箱式炉19
2.3多用炉19
3.DC53的热处理工艺21
3.1DC5的预热处理工艺21
3.2DC53的工艺曲线27
3.3SKD11的热处理工艺以及与DC53的比较30
4回火脆性问题与解决方案32
5DC53的拉丝慢裂的相关34
结论35
致谢37
参考文献38
1.引言
1.1一种新型的冷作模具材料DC53
DC53作为一种新型的冷作模具钢种，在国内的国内牌号为Gr8Mo2SiV，6000C回火硬度下降仅为HRC52.4，所以温度不能过高，5200C左右硬度峰值，5000C冲击韧性差，表性一定的高温回火脆性，6000C冲击韧性很好，但应诉下降.达不到使用要求
DC53（SLD8）冷冲模合金钢其性能有：
冲裁模、冷作成形模、深拉模、成形轧辊、冲头（高温回火后硬度可达HRC60或以上，并有利于线切割加工）
DC53模具钢材是对SKD11进行改良的新型冷作模具钢，其技术规范载于日本工业标准（JIS）G4404。
它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点，将在通用及精密模具领域全面取代SKD11。
其韧性是SKD11的2倍，DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出。
特宝金属提供图案
用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂，大大提高了使用寿命与此同时DC53之三个优良特性
（1）DC53的热处理硬度比SKD11高:
DC53高温（520-530℃）回火后可达62-63HRC高硬度,因此,DC53的强度及耐磨损性比SKD11更能发挥其性能;
（2）韧性比SKD11高二倍:
在冷加工用工具钢中,DC53的韧性最高,因此可防止工具、模具之龟裂与崩缺,用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂,大大提高了使用寿命;
（3）DC53可改善SKD11之巨大碳化物:
DC53巨大碳化物之大小,改善为SKD11的1/3以下,因此可防止造成模具损伤原因之刀口碎裂（Chipping）等。
而且DC53具有五种优秀的实用特性
（1）DC53的切削性、研磨性良好:
切削性、研磨性皆比SKD11优秀,所以加工工具寿命较长,加工工时数较省;
（2）在热处理上之优点:
DC53淬火硬化能比SKD11高,所以可改善真空热处理时硬度不足之缺陷;
（3）DC53在线切割加工上之优点:
高温回火可减轻残留应力及消除残留沃斯田铁,能防止线切割加工产生龟裂、变形之困扰;
（4）在表面硬化处理上之优点:
表面硬化处理后DC53的表面硬度比SKD11高,因此可提高模具性能;
（5）在修补焊接作业上之优点:
由于DC53的预热及后热温度均比SKD11低,所以修补焊接作业较简便.正是由于有优于其他材料的优势，所以又有很广泛的作用，，精密冲压模:
精打坯冲合加工用模,其它藉线切割放电加工之冲模;
难加工材之塑性加工用工具:
冷锻造模,深冲加工用模,螺丝滚齿模;
其它高速打坯冲头,不锈钢钢板打坯冲头。
表1-1DC53的主要化学成分
元素
C
Mn
Mo
Si
Cr
V
含量
1.00
0.32
2.00
0.91
8.00
0.28
DC53是对SKD11进行改良的新型冷作模具钢，其技术规范载于日本工业标准（JIS）G4404。
DC53热处理硬度高於SKD11，高温（520-530℃）回火后可达62-63HRC高硬度，在强度和耐磨性方面DC53超过SKD11.韧性是SKD11的2倍，DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出，用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂，大大提高了使用寿命.线切割加工后的残余应力较小经高温回火减少了残余应力，线切割加工后的裂纹和变形得到抑制.切削性和研磨性超过SKD11，DC53的切削性和研磨性优于SKD11，使用DC53可增加工具模具寿命和减少加工工序。
用途
精密冲压模。
线切割加工的精密冲裁模及各种用途冲压模。
难加工材料的塑性变形用工具。
冷锻、深拉和搓丝用模。
其他
高速冲裁冲头、不锈钢板冲头。
出厂状态:
HB255
实用特性:
（1）被切削性，被研磨性良好。
被切削性，被研磨性皆比SKD11优秀，所以加工工具寿命较长，加工工时数较省。
（2）在热处理上之优点淬火硬化能比SKD11高，所以可改善真空热处理时硬度不足之缺陷。
（3）在线切割加工上之优点藉高温回火可减轻残留应力及消除残留沃斯田铁，能防止线切割加工产生龟裂、变形之困扰。
（4）在表面硬化处理上之优点表面硬化处理后表面硬度比SKD11高，因此可提高模具性能。
（5）在修补焊接作业上之优点由于预热及后热温度均比SKD11低，所以修补焊接作业较简便。
特点：
通用冷作模具钢,高硬度,高韧性
硬度：
退火,255～210HB,淬火,≥62HRC
DC53是在SKD11（Crl2MoV）基础上改进的冷作模具钢，常规热处理条件下，残余奥氏体几乎全部分解，一般可省略深冷处理，在较强硬度下仍可保持较高的韧性。
与此同时，DC53经1040℃淬火和520～530℃高温回火后，硬度HRC可达62～63，韧性为Crl2MoV的两倍，是目前常用的冷作模具钢中最高的，且切削性、磨削性较好，电加工变质层残余应力小，残余奥氏体极少，碳化物细小并分布均匀。
因模具受力情况较复杂，有些模具工作零件需具备一些特殊的力学性能，若按标准的热处理工艺往往无法达到理想的工作性能要求，需通过热处理对硬度、韧性和耐磨性等基本特性作适当调整，以达到模具最佳工作状态．淬火温度和回火温度则是热处理的主要工艺参数.
故我们可以通过一些实验来更详细地说明实验中，对DC53热处理规范略作一些变化，适当调整了淬火温度，回火温度取6档，即100℃，200℃，300℃，400℃，500℃，600℃。
100℃回火选用101-2型干燥箱进行加热，其余采用
图1-1101-2型干燥箱
SX-25-12型箱式电阻炉加热，每个回火温度取两个试样。
硬度测试选用金属洛氏硬度试验，在常温下进行，采用HBRVU-187.5型布洛维光学硬度计。
冲击试验采用10mm×
10mm×
55mm无缺口试样，在JB30B冲击试验机上进行，冲击能量为0.3KN/m或0.15KN/m。
实验结果与分析
硬度值对每个试样各取3个不同位置点测硬度，得出各回火温度下的硬度值，综合各试样的硬度值，DC53在100～500℃回火时，硬度值变化并不大；
在400℃中温回火时硬度略高，标准热处理回火后的硬度峰值一般在520℃左右；
在600℃高温回火后，硬度大幅下降，平均HRC硬度值仅为52．4，故回火温度不宜太高。
冲击韧性回火后，磨去试样表面的氧化脱碳层，测出不同回火温度下各试样的冲击值，综合各试样的冲击值，DC53在200℃回火时，平均冲击值达到60J/cm2以上．在500℃回火时，冲击韧性较差，表现出一定的高温回火脆性,600℃以上回火冲击韧性很好，但硬度大为下降，达不到使用要求．实验结果表明，DC53总体回火稳定性较好，在一定回火温度范围内，硬度和冲击值变化不大；
在400～
500℃回火时韧性大幅度下降，出现回火脆性现象；
在600℃回火时，试样的韧性很高，冲击值达到85J/cm2，但硬度大幅下降．在生产中，对于一些硬度、耐磨性要求不太高而韧性要求较高的冷作模具可采用高温回火；
对硬度要求较高，同时又要具有较高韧性的冷作模具，宜采用200℃左右的低温回火．其他回火温度下的硬度和冲击值可采用合适的计算方法（如插值法、函数逼近等）预测，再用实验验证．淬火态试样中碳化物呈断续细带状分布，200℃回火后碳化物呈均匀分布，且组织内几乎不存在大块状碳化物，故韧性较好．从断口形貌看，200℃回火组织断口的解理台阶远少于淬火态试样，5000倍金相中的断口有一些小而浅的韧窝，显示其有一定的韧性,回火后，残余奥氏体转变较充分，碳化物细小并分布均匀，使韧性增加【1】。
适当调整淬火温度后，DC53在200℃回火时硬度和冲击韧性都较高；
在400～500℃回火时硬度较高，韧性大幅度下降；
在600℃回火时冲击韧性很高，硬度显著下降，且形状复杂的精密冲模、修整模、冷轧辊轮等工模具宜采用低温回火工艺，以使模具工作零件获得高硬度、高韧性、耐磨性好、强度高，可有效延长模具寿命，防止过度磨损、变形、开裂等早期失效现象，受冲击载荷较大的复杂模具可采用低淬高回工艺，以得到较高的冲击韧性，防止模具产生脆性断裂现象
1.2模具的基本介绍与成分影响
模具在现代制造业中占据重要地位，特别是汽车和电器制造业中70％以上的零件采用模具制造加工。
但目前我国高质量的模具大量依赖进口，分析其主要原因，不在于我们的优质钢炼钢水平，而是没有认识到整个模具钢质量的提高是一个系统控制过程。
除冶金质量外，制造过程中的锻压加工、预备热处理、机械加工和最终热处理都将影响模具的内部组织和应力状态，从而决定模具的最终使用性能。
模具钢的特性主要包括使用性能、工艺性能和冶金质量等三个方面。
1.2.1模具钢在工作性能方面的要求
（1）硬度
模具在工作时受力状态是复杂的，冷作模具的硬度一般选择在58HRC以上，而热作模具尤其是要求高的抗热疲劳性能的模具，通常硬度在45HRC左右。
对于普通使用的塑料模具，一般硬度要求在35HRC左右。
（2）强度与韧性
零件在成形使模具承受着巨大的的冲击、扭曲等负荷，尤其是现代高速冲压、高速精密锻造和液态成形等技术以及一次成形技术的发展，模具承受着更大的负荷，往往由于钢材的强度和韧度不够，造成型腔边缘或局部塌陷、崩刃或断裂而早期失效，因此模具热处理后应具有较高的硬度和韧度。
（3）耐磨性
零件成形时材料与模具型腔表面发生相对运动，使型腔表面产生了磨损，从而使得模具的尺寸精度、形状和表面的粗糙度发生变化而失效。
磨损是一种复杂的过程，影响因素很多，除取决于作用于模具的外界条件外，还在很大程度上取决于采用钢材的化学成分不均匀性、组织状态、力学性能等。
（4）疲劳性能
模具工作时承受着机械冲击和热冲击的交变应力，热作模具在工作的过程中，热交变应力更明显地导致模具热裂。
受应力和温度梯度的影响而引起裂纹，往往是在型腔表面形成浅而细的裂纹，它的迅速传播和扩展导致模具失效。
另外，钢的化学成分及组织的不均匀，钢中存在的冶金缺陷如非金属夹杂物，气孔、显微裂纹等均可导致钢的疲劳强度降低，因为在交变应力的作用下，首先在这些薄弱地区产生疲劳裂纹并发展为疲劳破坏。
（5）粘着性
工模具零件的表面由于两金属原子相互摭用或单相扩散的作用，往往会有一些被加工金属粘附着，尤其是一些切削、剪切工具和冲压工具的表面会产生粘附或结疤现象，这会影响刃口的锋利程度和局部组织、化学成分的改变，使刃口部分崩裂或粘附金属的脱落划伤模具，使工件表面粗糙。
因此良好的抗粘着性也是很重要的。
（6）抛光和蚀刻性能
随着模具，特别是塑料模具的广泛使用，低的表面粗糙度值影响到模具的寿命和生产效率及产品的质量。
高的表面质量可以减轻腐蚀；
减小开裂的危险，抛光钢材的化学成分、组织结构、硬度及碳化物分布必须均匀。
。
特别重要的是，钢中不能含有没有发生变形的大的氧化物夹杂或偏析，因而必须严格控制冶炼和脱氧工艺。
【2】【5】
1.2.2模具钢在工艺性能方面的要求
（1）可加工性
钢材的可加工性主要包括被切削加工性和冷热塑性变形两种，它取决于钢的化学成分、热处理后的组织和冶金生产的内部质量，近些年来，为了改善钢的可加工性，在一些钢中加入易切削元素或改变钢中的夹杂物的分布状态，从而提高模具钢的表面质量和减少模具的磨损。
在热加工时，对一些高碳高合金的模具钢，特别是改善碳化物的形态和分布、晶粒大小和奥氏体合金化程度十分重要
（2）淬透性和淬硬性
模具对这两种性能的要求根据工作条件不同是各有侧重的，对于要求整个截面的硬度均匀性高的模具如锤锻模用钢，则其具有高的淬透性更显重要，而对只要求有高硬度的小型模具，如冲裁落料模具钢，则更偏重于高淬硬性。
（3）热处理变形性
模具零件在热处理时，要求变形小，各个方向要有相近的变化，且组织稳定。
淬火变形小，除与淬火温度]时间和冷却介质等因素有关外，它主要取决于钢的成分均匀、冶金质量和组织稳定性。
（4）脱碳敏感性
模具钢在锻造、退火或淬火时，在无保护气氛下加热，其表面会产生氧化脱碳等缺陷，从而使模具在耐用度下降。
脱碳除了与热处理工艺、设备有关外，就材料本身而言，主要取决于钢的化学成分、特别是碳含量，在含有较高的硅、钼等元素时，也会加剧脱碳。
【4】
1.3.3模具钢在冶金质量方面的要求
高的冶金质量才能发挥钢的基体本特性，模具钢的内部冶金质量与它的基本性能有同等的重要意义，在研究性能的同时，必须研究冶金质量影响因素。
一般较常遇到模具钢的内外质量问题有以下几个方面：
（1）化学成分的均匀性
模具钢通常是含有多元素的合金钢，钢在锭模具中从液态凝固时，由于选分结晶的缘故，钢液中各种元素在凝固的结构中分布不均匀而形成偏析，这种化学成分的偏析将造成组织和性能的差异，它是影响钢材质量的重要因素之一。
降低钢的偏析度，可以有效地提高钢的性能。
近些年来，国内外很多冶金厂都在致力研究生产成分均匀、组织细化的钢材。
（2）有害元素的含量
硫和磷在钢凝固过程中形成磷化物和硫化物而在晶界沉淀，因而产生晶间脆性，使钢的塑性降低，过高的S、P含量，会使钢锭在轧制时易产生裂纹，而且会大大降低钢的力学性能。
（3）钢中的非金属夹杂物
质量良好的钢材不仅化学成分要符合技术标准的规定，并且钢中的非金属夹杂物的含量要尽可能地少，因为非金属夹杂物在钢中所占的体积虽然很小，但对钢材的性能影响却很大。
减少钢中的非金属夹杂物是炼钢的主要任务之一。
1.2.4白点
白点是热轧钢坯和大型锻件中比较常见的缺陷，是钢的内部破裂的一种。
白点的存在对钢的性能有极为不利的影响，这种影响主要表现在使钢的力学性能降低，热处理时使锻件淬火开裂，或使用时发展成更为严重的破坏事故，所以在任何情况下，都不能使用有白点的锻件。
1.2.5氧含量
对模具钢一般都未规定钢中的允许的气体含量。
随着氧含量的增加，氧化物的颗粒和数量都随之增加，钢的疲劳性能降低，热裂纹也容易产生。
有人曾对4Cr5MoSiV1钢进行过试验，氧含量最好不超过10-5，哪日本山阳特殊钢公司规定高纯净度钢氧含量不大于10-5。
因此，近年来，为了提高模具的制造质量。
国内外的模具钢逐渐在向低氧含量的方向发展。
【3】
1.2.6碳化物的不均匀度
碳化物是绝大多数模具钢的必需组分，除可溶于奥氏体的碳化物外，还会有部分不能溶于奥氏体的残留碳化物。
碳化物的尺寸、形态、分布对模具钢的使用性能等有十分重要的影响。
关于碳化物的尺寸、形状和分布是与钢的冶炼方法、钢锭的凝固条件以及热加工变形条件等有关。
过共析钢的碳化物可能在晶界形成风状碳化物或是在加工变形中碳化物被拉长而形成带状碳化物或者二者兼有，莱氏体模具钢中，存在一次碳化物和二次碳化物，在热变形的过程中，网状的共晶碳化物大多可以破碎，碳化物先沿变形方向延伸，产生带状，随着变形程度的增加，碳化物变得均匀、细小。
碳化物的不均匀性对淬火变形、开裂、钢材的力学性能的影响较大。
影响钢材性能的化学元素
钢材的质量及性能是根据需要而确定的，不同的需要，要有不同的元素含量．
碳；
含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差．
硫；
是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性．
磷；
能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的．
锰；
能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能．
硅；
它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能．
钨；
能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性．
铬；
能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用．
钒；
能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性．当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；
反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性．
钼；
可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力．
钛；
能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性．在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象．【6】
1.3DC53与传统冷作模具钢材料的比较
1.3.1工冷作模具钢与热作模具钢区别
冷作模具钢侧重硬度、耐磨性。
含碳量高，添加合金元素以增加淬透性，提高耐磨性为主。
热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，导热性，耐磨性。
因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、红硬性为主。
冷作模具钢在工作时．由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。
因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损．也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。
冷作模具钢与刃具钢相比．有许多共同点。
要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加工艺复杂．而且摩擦面积大．磨损可能性大．所以修磨起来困难。
因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大．又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；
模具尺寸大、形状复杂．所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。
总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些．而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求（因为是冷态成形），所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。
下面结合有关钢种选用进一步说明。
1.3.2常见模具钢以及用途介绍
Crl2
性能：
高碳、高铬类型莱氏体钢，具有较好的淬透性和良好的耐磨性。
由于钢中碳质量分数最高可达2.30%，从而钢变得硬而脆，所以冲击韧性较差，几乎不能承受较大的冲击荷载，易脆裂，而且易形成不均匀的共晶碳化物。
用途：
用于制造受冲击荷载较小，且要求高耐磨性的冷冲模和冲头，剪切硬且薄的金属的冷切剪刃、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模和螺丝滚模等。
生产品种：
热轧材、冷拉材、锻材、热轧钢板、冷拉钢丝。
Cr12Mo1V1
高碳、高铬类型莱氏体钢，无特殊要求时钻不作为必加元素。
由于钼和钒的含量比Cr12MoV高，故钢的组织和晶粒度进一步细化，提高了钢的淬透性、强度和韧性，使钢的综合性能更好。
用于制造要求高耐磨性的大型复杂冷作模具，如冷切剪刀、切边模、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、滚边模和要求高耐磨的冷冲模和冲头等。
热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。
Cr12MoV
高碳、高铬类型莱氏体钢，具有良好的淬透性，截面尺寸在400mm以下可以完全淬透，且具有很高的耐磨性，淬火时体积变化小。
其碳含量比Cr12钢低很多，且加入了钼、钒，因此，钢的热加工性能、冲击韧性和碳化物
升级会员 