模具材料及熱處理工藝

2024-08-03

　　選用衝(chong) 裁模具材料應考慮工件生產(chan) 的批量，若批量不大就沒有必要選擇高壽命的模具材料;還應考慮被衝(chong) 工件的材質，不同材質適用的模具材料亦有所不同。對於(yu) 衝(chong) 裁模具，耐磨性是決(jue) 定模具壽命的重要因素，鋼材的耐磨性取決(jue) 於(yu) 碳化物等硬質點相的狀況和基體(ti) 的硬度，兩(liang) 者的硬度越高，碳化物的數量越多，則耐磨性越好。

　　常用衝(chong) 壓模具鋼材耐磨性的劣優(you) 依次為(wei) ：碳素工具鋼—合金工具鋼—基體(ti) 鋼—高碳高鉻鋼—高速鋼—鋼結 硬質合金—硬質合金。此外還必須考慮工件的厚度、形狀、尺寸大小、精度要求等因素對模具材料選擇的影響。

　　1.傳(chuan) 統模具用鋼

　　長期以來，國內(nei) 薄板衝(chong) 裁模用鋼為(wei) T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12和Cr12MoV等。其中T10A為(wei) 碳素工具鋼，有一定強度和韌性。但耐磨性不高，淬火容易變形及開裂，淬透性差，隻適用於(yu) 工件形狀簡單、尺寸小、數量少的衝(chong) 裁模具。

　　T10A碳素工具鋼的熱處理工藝為(wei) ：760~810 ℃水或油 淬，160~180 ℃回火，硬度59~62HRC。

　　CrWMn、9Mn2V是高碳低合金鋼種，淬火操作簡便，淬透性優(you) 於(yu) 碳素工具鋼，變形易控製。但耐磨性和韌性仍較低，應用於(yu) 中等批量、工件形狀較複雜的衝(chong) 裁模具。CrWMn鋼的熱處理工藝為(wei) ：淬火溫度820~840 ℃油冷 ，回火溫度200 ℃，硬度60~62HRC。9Mn2V鋼的熱處理工藝為(wei) ：淬火溫度780~820 ℃油冷 ，回火溫度150~200 ℃，空冷，硬度60~62HRC。(搜索公眾(zhong) 號：材料科學與(yu) 工程)注意回火溫度在200~300 ℃範圍有回火脆性和顯著體(ti) 積膨脹，應予避開。

　　Cr12和Cr12MoV為(wei) 高碳高鉻鋼，耐磨性較高，淬火時變形很小，淬透性好，可用於(yu) 大批量生產(chan) 的模具，如矽鋼片衝(chong) 裁模。但該類鋼種存在碳化物不均勻性，易產(chan) 生碳化物偏析，衝(chong) 裁時容易出現崩 刃 或斷裂。其中，Cr12含碳量較高，碳化物分布不均比Cr12MoV嚴(yan) 重，脆性更大一些。

　　Cr12型鋼的熱處理工藝選擇取決(jue) 於(yu) 模具的使用要求，當模具要求比較小的變形和一定韌性時，可采用低溫淬火、回火(Cr12為(wei) 950~980 ℃淬火，150~200 ℃回火;Cr12MoV為(wei) 1020~1050 ℃淬火，180~200 ℃回火 )。 若要提高模具的使用溫度，改善其淬透性和紅硬性，可采用高溫淬火、回火 (Cr12為(wei) 1000~1100 ℃淬火，480~500 ℃回火;Cr12MoV為(wei) 1110~1140 ℃淬火，500~520 ℃回火 )。

　　高鉻鋼在275~375 ℃區域有回火脆性，應予避免。

　　2.常用模具新鋼種

　　為(wei) 了彌補傳(chuan) 統模具鋼種性能的不足，國內(nei) 開發或引進了以下性能較好的衝(chong) 壓模具用鋼：

　　(1)Cr12Mo1V1(代號D2)鋼

　　為(wei) 仿美國ASTM標準中的D2鋼引進 的鋼種，屬Cr12型鋼。由於(yu) D2鋼中Mo、V含量增加，細化了晶粒，改善了碳化物的分布狀況，因此D2鋼的強韌性(衝(chong) 擊韌度、抗彎強度、撓度)比Cr12MoV鋼有所提高，耐磨性和抗回火穩定性也比Cr12MoV更高。(搜索公眾(zhong) 號：材料科學與(yu) 工程)可用深冷處理，提高硬度並改善尺寸穩定性。用D2鋼製作的衝(chong) 裁模具壽命要高於(yu) Cr12MoV鋼模具。D2鋼的鍛造性能和熱塑成形性比Cr12MoV鋼略差，機械加工性能和熱處理工藝與(yu) Cr12型鋼相似。

　　(2)Cr6WV鋼

　　為(wei) 高耐磨微變形高碳中鉻鋼，碳、鉻含量均低於(yu) Cr12型鋼，碳化物的分布狀態較Cr12MoV均勻，具有良好的淬透性。熱處理變形小，機械加工性能較好。抗彎強度、衝(chong) 擊韌度優(you) 於(yu) Cr12MoV，隻是耐磨性略低於(yu) Cr12型鋼。用於(yu) 承受較大衝(chong) 擊力的高硬度、高耐磨板料衝(chong) 裁模，其效果好於(yu) Cr12型鋼。鋼的常用熱處理工藝為(wei) ：淬火溫度9701 ~ 000℃，一般可熱油或硝鹽分級淬火冷卻，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火後應立即回火，回火溫度 ~ ℃，硬度58 ~ 62HRC。

　　(3)Cr4W2MoV鋼

　　也是高耐磨微 變形高碳中鉻鋼，替代Cr12型鋼而研製的鋼種，碳化物均勻性好，耐磨性高於(yu) Cr12MoV，適於(yu) 製作形狀複雜、尺寸精度要求高的衝(chong) 壓模具，可用於(yu) 矽鋼片衝(chong) 裁模。Cr4W2MoV鋼的熱處理工藝：要求強度、韌性較高時，采用低溫淬火、低溫回火工藝：淬火溫度960~980 ℃，回火溫度280~320 ℃，硬度60~62HRC。要求熱硬性和耐磨性較高時，采用高溫淬火、高溫回火工藝：淬火溫度1020~1040 ℃，回火溫度50 0~540 ℃，硬度60~62HRC。

　　(4)7CrSiMnMoV(代號CH-1)鋼

　　為(wei) 空淬微變形 低合金鋼、火焰淬火鋼，可以利用火焰進行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火溫度(800~1000 ℃)，具有良好的淬透性和 淬硬性 (可達60 HRC以上)，強度和韌性較高，崩 刃 後能補焊。可代替CrWMn、Cr12MoV鋼，製作形狀複雜的衝(chong) 裁模。CH-1鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度900~920 ℃， 油冷 ，190~200 ℃回火1~3小時，硬度58~62 HRC。

　　(5)6CrNiSiMnMoV(代號GD)鋼

　　為(wei) 高韌性低合金鋼，淬透性好，空淬變形小，耐磨性較高。其強韌性顯著高於(yu) CrWMn和Cr12MoV鋼，不易崩刃或斷裂。尤其適用於(yu) 細長、薄片狀 凸模及 大型、形狀複雜、薄壁凸凹模。GD鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度870~930 ℃(900 ℃很佳 )，鹽浴爐加熱(45s/mm)， 油冷或 空冷、風冷 ，175~230 ℃回火2小時，硬度58~62 HRC。由於(yu) 空冷即可淬硬 ，也可采用火焰加熱淬火。

　　(6)9Cr6W3Mo2V2(代號GM)鋼

　　為(wei) 高耐磨高強 韌 合金鋼，各項工藝性能良好，其耐磨性、強韌性、加工性能均優(you) 於(yu) Cr12型鋼，能夠用於(yu) 高速壓力機衝(chong) 壓下的多工位 級進模等 精密模具，是較理想的耐磨、精密衝(chong) 壓模具用鋼。GM鋼的熱處理工藝：淬火溫度1080~1120 ℃，硬度64~66HRC。 回火溫度540~560 ℃，回火二次。

　　(7)Cr8MoWV3Si (代號ER5)鋼

　　屬高耐磨高強 韌 合金鋼，具有較好的電火花加工性能，強度、韌性、耐磨性都優(you) 於(yu) Cr12型鋼，適用於(yu) 大型精密衝(chong) 壓模具。用於(yu) 矽鋼片衝(chong) 裁模，一次 刃 磨壽命為(wei) 21萬(wan) 次，總壽命高達360萬(wan) 次，是目前合金鋼衝(chong) 模衝(chong) 裁矽鋼片的較高壽命水平。 ER5鋼的推薦熱處理工藝：對高耐磨性、高強韌性的模具，采用1150 ℃淬火，520~530 ℃回火3次; 對重載服役條件下的模具，采用1120~1130 ℃淬火，550 ℃回火3次。

　　3.硬質合金及鋼結硬質合金

　　當工件的批量很大時，可以考慮選用硬度和耐磨性比各類模具鋼種更高的硬質合金 或鋼結硬質合金 。用作模具材料的硬質合金為(wei) 鎢鈷類 ，隨著 含鈷量的 增加，韌性及抗彎強度提高而硬度降低。對於(yu) 承受衝(chong) 擊力較小的模具，可以選用 含鈷量較低 的YG10X;承受衝(chong) 擊力中等或較大的模具，可以選用 含鈷量較高 的YG15或YG20。硬質合金的缺點為(wei) 韌性較差、難以加工，作為(wei) 模具的工作部件可以設計為(wei) 鑲拚結構。(搜索公眾(zhong) 號：材料科學與(yu) 工程)。鋼結硬質合金 的性能介於(yu) 硬質合金和高速鋼之間，能夠機械加工和熱處理，可以用於(yu) 製作複雜的高壽命模具。用作衝(chong) 裁模 的鋼結硬質合金 有DT、GT35、TLMW50、GW50等。