冷作模具钢.docx

1、冷作模具钢冷作模具钢主要用于制造在冷状态（室温）条件下进行压制成 形的模具，如冷冲压模具、冷拉伸模具、冷镦模具、 冷挤压模具、压印模具、辊压模具等。冷作模具品种 多、应用范围广，其产值占模具总产值的 30%40% 采用的钢号很多，一般采用高碳过共析钢和莱氏钢体, 如碳素工具钢、低合金油淬冷作模具钢、空淬冷作模 具钢、高碳高铬型冷作模具钢、高速钢、低碳高速钢 和基本钢及用粉末冶金工艺生产的高合金模具材料 等。常用钢号及化学成分见表1-1-1 o表1-1-1常用冷作模具钢化学成分W/%号 冈 CSn MrCWOML油 淬冷作 模具钢85-0994000-00一 0-05400 O OT22-66一

2、 85-09940090-150-080一 85-09920-6630-C一 rC八O400一 空淬冷作模具5-05000-40一 0-151400一 一3右0-7090-66一 钢曲884007 0.30710讨80-高“2 1 r C-r-33-o-L冷di54 dir52T00didi9 -40-0-70400o作L-模di40di一700-具-66600600o具钢-号 冈 CSn Mr cwOMrL一4.703006_r-5 -6 -LIn八 木一W 一-3.一552O -碳 低-70- 亠、一5. o 4c _r-70400L韧 高r高 性磨 耐1700-八 、T r- -冈 具I

3、Lr火 淬火ZI AI 、乍51052255作具 冷模钢IL热作模具钢主要用于制造对高温状态的金属进行热成形的模 具。如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热剪切模 具等。这类钢含碳量一般为0.3%0.5%，添加提高高 温性能的钨、钼、铬、钒等合金元素，又分为锻造模 块用钢、铬钼系热作模具钢、铬钨系热作模具钢、奥氏体型高温热作模具钢等。特殊要求的热作模具有时 采用高温合金和难熔合金制造。常用热作模具钢化学 成分见表1-1-2。表1-1-2常用热作模具钢化学成分 w/%号 冈 csn Mr co MwV55066040088089330锻o401压o1模.201660块660660.6019 -.3

4、30用o钢o00014507 o oV660400590.25502 oo.501o1660400.50100350990660o 2.2055 oo.20号 冈 csn Mr co MwVr54cr-33020075440.2055055.60166 o珞o钮r54cr230o000200754o1o00 o系450.2055055.71.20热o作.r54cr.504.60166 o模420.2040055.40201具o钢r54cr3302007545.2001400.2055055.717155 oo33330o224004004007 2.00955 o珞VW8o鸨003系SS/45

5、0.207007 -3.00375 o热5作400403.501.50470模O2V5504004004O2O1具O钢450O000703O.81O.81O .2550O15503O22O22.301O740O83AI一U.37 o O230O002552O .2O00VW24209905603003O1.20O奥450557.552.501氏550001O5-8.003002体OO体型高温热作模具钢塑料模具用钢近40年来，随着石油化工工业的发展，塑料已成 为重要的工业原材料；因此，塑料制品成形用的模具 需要量迅速增长，不少工业发达国家塑料模具的产值 已经超过冷作模具的产值，在模具制造业中居首

6、位。 由于不同类型的塑料制品对模具钢的性能要求有差 异，因此在不少国家已经形成包括范围很广的专用塑 料模具用钢系列，包括碳素结构钢，渗碳型塑料模具 钢，预硬型塑料模具钢，时效硬化型、耐蚀型、易切削型、马氏体时效型塑料模具钢以及适应低表面粗糙 塑料制品模具用的镜面抛光型塑料模具用钢。常用塑料模具钢的化学成分见表1-1-3表1-1-3常用塑料成型模具用钢化学成分 w/%号 冈 csn Mr cwo MVE445合553788金55-O.470塑553788料55成663088型模88具O1钢211541 2渗碳223788o1型.50N塑71376699002料752模71376699523具52

7、3钢42237667575310010410.2237o130o0预硬4088000055型500o塑O iM404055005551料1001500o模66885130663051具1.301rS V O m8570668825o1时55200Al效Al oM3055558840003.601硬0601.301555Ti化66.2061型塑5 (200 i030O0O0OMTi料模模具22钢coAl0051号 冈 CSn MrCWOMV耐蚀454性塑0090009料1401模0566488具171钢229000988207 r C170.50N271008整2.701体990022淬硬05O

8、12066型塑99208888料14511001模706633具钢1IV452055557520常用冲压材料简介：选择冲压用材料时，首先应满足冲压件的使用 要求。一般来说，对于机器上的主要冲压件，要求材 料具有较高的强度和刚度；电机电器上的某些冲压件, 要求有较高的导电性和导磁性；汽车、飞机上的冲压 件，要求有足够的强度，并尽可能减轻质量；化工容器要求耐腐蚀等。同时，还应满足冲压工艺对材料的 要求，以保证冲压过程顺利完成。即：应具有良好的 塑性和表面质量，以及板料厚度公差应符合标准规定 等。冷冲压用钢大多为板材，它与易切削钢一样，都 是着重要求工艺性能的钢类。由于冲压工艺使材料利 用率高，工艺

9、流程简便，便于组织流水作业，能冲制 出形状复杂、互换性好的零件。冲压生产中常用的材 料有金属板料和非金属板料。金属板料又分黑色金属 板料和有色金属板料两种。0805F25CrM nSi、25CrM nSi(A)30CrM nSiA抗剪强度抗拉t/MPa强度（T b/MPaT9A600-950750-1200抗剪抗拉强度（T b/MPa度 t/MPa抗剪强强度（T b/MPa度 t/MPa抗拉I900抗剪抗拉强度强度（T b/MPat/MPa320-380400-470320-400400-500400-48000-60000-480 00-6001Cr18Ni9A强度性能(1)硬度 硬度是模具

10、钢的主要技术指标，模具在高应力的作用下欲保持其形状尺寸不变，必须具有足够高的硬度。冷作模具钢在室温条件下一般硬度保持在HRC6咗右，热作模具钢根据其工作条件， 一般要求保持在HRC455范围。对于同一钢种而言，在一定的硬度值范围内， 硬度与变形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及组织不同的钢种之 间，其塑性变形抗力可能有明显的差别， 如图1-2-1所示不能充分反应模具钢的变形抗力。(2 )红硬性 在高温状态下工作的热作模具，要求保持其组织和性 能的稳定，从而保持足够高的硬度，这种性能称为红硬性。碳素工具钢、 低合金工具钢通常能在180250 C的温度范围内保持这种性能，铬钼热 作模具钢一般在5

11、50600C的温度范围内保持这种性能。钢的红硬性主 要取决于钢的化学成分和热处理工艺。(3)抗压屈服强度和抗压弯曲强度 模具在使用过程中经常受到强度较高的压力和弯曲的作用，因此要求模具材料应具有一定的抗压强度和 抗弯强度。在很多情况下，进行抗压试验和抗弯试验的条件接近于模具 的实际工作条件 （例如， 所测得的模具钢的抗压屈服强度与冲头工作时 所表现出来的变形抗力较为吻合） 。抗弯试验的另一个优点是应变量的 绝对值大，能较灵敏地反映出不同钢种之间以及在不同热处理和组织状 态下变形抗力的差别。B 韧性在工作过程中，模具承受着冲击载荷，为了减少在 使用过程中的折断、崩刃等形式的损坏，要求模具钢 具有

12、一定的韧性。模具钢的化学成分，晶粒度，纯净度，碳化物和夹 杂物等的数量、形貌、尺寸大小及分布情况，以及模 具钢的热处理制度和热处理后得到的金相组织等因素 都对钢的韧性带来很大的影响。特别是钢的纯净度和 热加工变形情况对于其横向韧性的影响更为明显。钢 的韧性、强度和耐磨性往往是相互矛盾的。因此，要 合理地选择钢的化学成分并且采用合理的精炼、热加 工和热处理工艺，以使模具材料的耐磨性、强度和韧 性达到最佳的配合。冲击韧性系表特征材料在一次冲击过程中试样在整 个断裂过程中吸收的总能量。但是很多工具是在不同 工作条件下疲劳断裂的，因此，常规的冲击韧性不能全面地反映模具钢的断裂性能。小能量多次冲击断裂

13、功或多次断裂寿命和疲劳寿命等试验技术正在被采 用。C 耐磨性决定模具使用寿命最重要的因素往往是模具材料的耐磨性。模具在 工作中承受相当大的压应力和摩擦力， 要求模具能够在强烈摩擦下仍保 持其尺寸精度。模具的磨损主要是机械磨损、 氧化磨损和熔融磨损三种 类型。为了改善模具钢的耐磨性，就要既保持模具钢具有高的硬度，又 要保证钢中碳化物或其他硬化相的组成、 形貌和分布比较合理。对于重 载、高速磨损条件下服役的模具， 要求模具钢表面能形成薄而致密粘附 性好的氧化膜，保持润滑作用，减少模具和工件之间产生粘咬、焊合等 熔融磨损，又能减少模具表面进行氧化造成氧化磨损。 所以模具的工作 条件对钢的磨损有较大的

14、影响。耐磨性可用模拟的试验方法，测出相对的耐磨指数 ?，作为表征不同 化学成分及组织状态下的耐磨性水平的参数。图 1-2-2 为用不同钢种制 作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行冲孔的试验结果， 以呈现规定毛刺高 度前的寿命，反映各种钢种的耐磨水平；试验是以 Cr12MoV 钢为基准 （ ?=1）进行对比。 图 1-2-3 是标准磨具进行耐磨性试验的结果， 较好地 反映工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性水平。图1-2-2瞬餌钢模拟冲裁试验具耐磨性D抗热疲劳能力热作模具钢在服役条件下除了承受载荷的周期性变化之外，还受到 高温及周期性的急冷急热的作用， 因此，评价热作模具钢的断裂抗力应 重视材料的热机械疲

15、劳断裂性能。热机械疲劳是一种综合性能的指标， 它包括热疲劳性能、机械疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性三个方面。热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹萌生之前的工作寿命，抗热疲劳 性能高的材料，萌生热疲劳裂纹的热循环次数较多；机械疲劳裂纹扩展 速率反映材料在热疲劳裂纹萌生之后， 在锻压力的作用下裂纹向内部扩展时，每一应力循环的扩展量；断裂韧性反映材料对已存在的裂纹发生 失稳扩展的抗力。断裂韧性高的材料，其中的裂纹如要发生失稳扩展， 必须在裂纹尖端具有足够高的应力强度因子，也就是必须有较大的裂纹 长度。在应力恒定的前提下，在一种模具中已经存在一条疲劳裂纹，如 果模具材料的断裂韧性值较高，则裂纹必须扩展得更深，才

16、能发生失稳 扩展。也就是说，抗热疲劳性能决定了疲劳裂纹萌生前的那部分寿命；而 裂纹扩展速率和断裂韧性， 可以决定当裂纹萌生后发生亚临界扩展的那 部分寿命。因此，热作模具如要获得高的寿命，模具材料应具备高的抗 热疲劳性能、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值。抗热疲劳性能的指标可以用萌生热疲劳裂纹的热循环数， 也可以用经 过一定的热循环后所出现的疲劳裂纹的条数及平均的深度或长度来衡 量。E 咬合抗力咬合抗力实际就是发生“冷焊”时的抵抗力。该性 能对于模具材料较为重要。试验时通常在干摩擦条件 下，把被试验的工具钢试样与具有咬合倾向的材料 （如 奥氏体钢）进行恒速对偶摩擦运动，以一定的速度逐 渐增大载荷

17、，此时，转矩也相应增大， 该载荷称为“咬 合临界载荷” ，临界载荷愈高， 标志着咬合抗力愈强。 表 1-1-4 列出了几种工模具材料及其表面强化工艺的 咬合临界载荷。表 1-1-4 几种工模具钢及其表面强化工艺的咬合临界载荷试验材料W6Mo5Cr4V；?Cr12MoV渗硫离子渗氮VC渗层TiC渗层硬质合金咬合临界载荷/N16232442737577工艺性能在模具生产成本中，材料费用一般占10%20%,而 机械加工、热处理、装配和管理费用占 80%以上，所 以模具的工艺性能是影响模具的生产成本和制造难易 的主要因素之一。A可加工性热加工性能，指热塑性、加工温度范围等；冷加工性能，指切削、磨削、抛

18、光、冷拔等加 工性能。冷作模具钢大多属于过共析钢和莱氏体钢，热加工 和冷加工性能都不太好，因此必须严格控制热加工和 冷加工的工艺参数，以避免产生缺陷和废品。另一方面，通过提高钢的纯净度，减少有害杂质的含量，改 善钢的组织状态，以改善钢的热加工和冷加工性能， 从而降低模具的生产成本。为改善模具钢的冷加工性能， 自 20 世纪 30 年代 开始，研究向模具钢中加入 S、Pb、Ca、Te 等易切削 加工元素或导致模具钢中碳的石墨化的元素，发展了 各种易切削模具钢，以进一步改善其切削性能和磨削 性能，减少刀具磨料消耗、降低成本。 B 淬透性 和淬硬性淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火前的原始组织状态；淬 硬性则主要取决于钢中的含碳量。对于大部分的冷作模具钢，淬 硬性往往是主要的考虑因素之一。对于热作模具钢和塑料模具 钢，一般模具尺寸较大，尤其是制造大型模具，其淬透