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1、模具材料及表面处理第三章 热作模具材料,第三章热作模具材料,表3-1热作模具钢的分类,第一节热作模具材料及性能,第三章热作模具材料,一、使用性能(1)硬度和强度要求材料在模具的服役温度下，仍保持一定的硬度和强度，并且具有良好的热稳定性，以防止模具发生变形。(2)韧度很多热作模具，特别是锻锤用模具，在工作过程中经常要承受较大的冲击载荷，为了防止模具开裂，要求模具材料必须有较高的冲击韧度和断裂韧度。(3)热疲劳抗力大部分热作模具都是在周期性的温度急剧变化下服役的，在模具表面产生应力。(4)化学稳定性热作模具往往在较高的温度下工作，模具工作面与空气、液态金属或其他介质接触，要求模具材料具有在工作温度
2、下的耐氧化性能或耐液态金属冲蚀的性能。二、工艺性能,第三章热作模具材料,(1)锻造成形性各种热作模具材料在相同的热加工工艺参数下，材料的高温强度越低，伸长率越大，则该钢的锻造变形抗力越小，成形性也就越好。(2)淬火工艺性大部分热作模具工作零件都需要经过淬火等热处理，模具材料淬火工艺性的好坏将直接影响模具材料的使用性能和使用寿命。(3)可加工性在模具的加工费用中，切削加工费用约占加工费用的90%，所以热作模具钢切削加工的难易将直接影响该钢的推广应用。第二节低耐热高韧性热作模具钢一、5CrNiMo1.力学性能,第三章热作模具材料,2.工艺性能(1)锻造工艺市场上供应的钢材存在着纤维组织，钢的直径越
3、大，偏析越严重。(2)退火工艺退火工艺曲线如图3-1所示。,图3-15CrNiMo钢退火工艺曲线,第三章热作模具材料,(3)淬火回火工艺淬火预热温度600650，加热温度830860,油淬。,表3-25CrNiMo钢模具的回火工艺,第三章热作模具材料,3.应用二、5CrMnMo钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺锻坯加热温度11001150，始锻温度10501100，终锻温度850，锻后砂冷或坑冷，注意防止模具开裂。(2)退火工艺等温退火加热温度850870，等温温度680，退火硬度241HBW。(3)淬火回火工艺淬火加热温度840860，油中淬火，冷却到150180左右出油并立即回火。,
4、第三章热作模具材料,表3-35CrMnMo钢的回火工艺,第三章热作模具材料,3.应用三、4CrMnSiMoV钢(1)锻造工艺钢坯锻造加热温度11001140，始锻温度10501100，终锻温度850，锻后砂冷或坑冷。(2)退火工艺采用等温退火，加热温度840860，等温温度700720。(3)淬火回火工艺大型锻模淬火温度870900，中、小型锻模淬火温度900930。四、5NiCrMoV钢和5Cr2NiMoV钢,第三章热作模具材料,表3-4锻模用钢的淬火温度与硬度,第三章热作模具材料,第三节中耐热韧性热作模具钢一、4Cr5MoSiV(H11)钢1.力学性能2.工艺性能(1)铸造工艺H11钢的碳
5、含量不高，热塑性较好，易于锻造和轧制，当锻制大型锻件时，最好先缓慢加热到750，然后迅速加热到锻造温度，以减少氧化和脱碳现象。(2)退火工艺H11钢的退火加热温度为845900，保温45h，然后以28/h的冷却速度冷却到550出炉，退火硬度为192235HBW，退火组织为粒状和点状珠光体。(3)淬火回火工艺淬火加热温度10001020,油冷淬火或分级淬火均可，淬火硬度为5557HRC。,第三章热作模具材料,二、4Cr5MoSiV1(H13)钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺尽管H13钢的碳含量较低，但钢中还有亚稳定共晶碳化物，碳化物偏析有时也较严重，因此要妥善锻造，锻造比要大于4。(2)
6、退火工艺目前，很多厂家可以直接供应一定尺寸的退火模坯，硬度为192229HBW。(3)淬火及回火工艺对于要求热硬性为主的H13钢模具，应选10501080加热，油冷淬火后的硬度为5457HRC。三、4Cr3Mo2NiVNbB(HD)钢1.力学性能,第三章热作模具材料,2.工艺性能(1)锻造工艺加热温度11001150，始锻温度10001050,停锻温度850。(2)退火工艺加热温度850,保温4h，炉冷到550以下出炉空冷。(3)淬火及回火工艺淬火加热温度1130,回火温度650700,经相同的温度回火后，HD钢的回火硬度比3Cr2W8V钢高，回火温度越高，HD钢与3Cr2W8V的硬度差越大。
7、3.应用,第三章热作模具材料,表3-5中耐热韧性热作模具钢的锻造工艺、退火工艺、淬火工艺,第三章热作模具材料,第四节高耐热热作模具钢一、3Cr2W8V钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺性钢坯加热温度11301160，始锻温度10801120,终锻温度850900,锻后空冷到700后缓冷。(2)退火工艺等温退火温度840880,等温温度720740,退火硬度241HBW。(3)淬火回火工艺淬火温度10501150,油冷，淬火硬度5054HRC;回火温度550650,回火两次，每次2h，回火硬度4050HRC。3.应用,第三章热作模具材料,(1)高淬高回工艺3Cr2W8V钢制40Cr销轴热锻
8、模，在160t摩擦压力机上锻造。(2)控制淬硬层淬火工艺3Cr2W8V钢制尖嘴钳热压模具，在10003000kN摩擦压力机上使用，常规淬火工艺，硬度4648HRC，模具使用寿命仅4000件，失效形式为变形或型腔变形塌陷。(3)贝氏体等温淬火工艺3Cr2W8V钢制自行车曲柄热成形模，在3000kN摩擦压力机上使用，按1080油淬，580610回火两次工艺处理;硬度4548HRC,平均使用寿命4500件;改用1100加热，340350硝盐炉等温淬火，获得马氏体+下贝氏体组织，使模具得到高强度的同时，显著提高了塑性和断裂韧度，模具平均寿命达到9000件，最高达3.8万件。二、5Cr4W5Mo2V(R
9、M2)钢,第三章热作模具材料,1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺加热温度11701190,始锻温度11201150,终锻温度850,锻后在850600区间应快冷，以避免网状碳化物的形成，在600以下缓冷。(2)退火工艺加热温度870,等温温度730,炉冷到500以下出炉空冷。(3)淬火及回火工艺1130淬火并于不同温度回火后的硬度见表3-6。,第三章热作模具材料,表3-65Cr4W5Mo2V钢的回火硬度(1130淬火),3.应用三、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)钢1.高温力学性能,第三章热作模具材料,表3-7012Al钢的热稳定性,第三章热作模具材料,表3-7012Al钢的热稳
10、定性,第三章热作模具材料,2.应用范围四、6Cr4Mo3Ni2WV(CG2)钢1.力学性能2.工艺性能(1)锻造工艺始锻温度11401160,终锻温度950。(2)退火工艺采取等温球化退火，加热温度11001130,等温温度670,炉冷到400以下出炉空冷，退火硬度220240HBW。(3)淬火及回火工艺淬火加热温度11001130,油冷。3.应用五、4Cr3Mo3W4VNb(GR)钢1.力学性能,第三章热作模具材料,表3-8GR钢室温及高温力学性能,第三章热作模具材料,2.工艺性能(1)锻造工艺始锻温度1150，终锻温度900,锻后缓冷及时退火。(2)退火工艺等温退火加热温度850,等温温度
11、720,炉冷到550以下出炉空冷。(3)淬火及回火工艺淬火温度11601200,若要求高的韧度及塑性，则选用较低的淬火温度;若要求高的高温强度及回火稳定性，则选用较高的淬火温度。六、4Cr5Mo2MnVSi(Y10)和4Cr3Mo2MnVNbB(Y4)钢七、25Cr3Mo3VNb钢(HM3)1.力学性能2.工艺性能,第三章热作模具材料,(1)锻造工艺始锻温度11201150,终锻温度850。(2)退火工艺加热温度860,等温温度710,炉冷至550以下出炉空冷。(3)淬火、回火工艺淬火温度1080，回火温度560630，回火两次，具体温度根据对模具的硬度要求选择。3.应用八、2Cr3Mo2Ni
12、VSi(PH)钢1.工艺性能(1)锻造工艺始锻温度10001100,终锻温度大于或等于850,锻后炉冷。(2)退火工艺加热温度780,冷速小于或等于40/h,冷到680后随炉冷却。,第三章热作模具材料,(3)淬火回火工艺淬火加热温度9901020,截面小于或等于100mm时可采用空冷，截面大于100mm时为油冷。2.应用第五节特殊用途热作模具钢一、奥氏体型热作模具钢1.5Mn15Cr8Ni5Mo3V2奥氏体耐热钢2.7Mn15Cr2Al3V2WMo(7Mn15)无磁模具钢3.4Cr14Ni14W2Mo奥氏体耐热钢二、高温耐蚀热作模具钢第六节其他热作模具材料一、高温合金二、硬质合金,第三章热作模
13、具材料,三、难熔合金四、压铸模用铜合金第七节热作模具材料的选用一、热锻模具材料的选用,第三章热作模具材料,表3-9不同类型锻模的硬度和抗力指标要求,第三章热作模具材料,表3-10锤锻模用钢的选择,第三章热作模具材料,图3-2锻模燕尾回火,(1)专用燕尾回火炉中回火该种方法是工厂生产中比较常用的燕尾回火方法，如图3-2所示。,第三章热作模具材料,(2)燕尾自回火法这是较广泛采用的一种方法，即将整个锻模在油中冷却到一定温度后，将燕尾提出油面停留一段时间，此时模具心部温度仍较高，燕尾已淬火的部分被心部热量加热而回火。二、热挤压模具材料的选用,表3-11几种热挤压凹模的硬度要求,第三章热作模具材料,表
14、3-12热挤压模具用材料,第三章热作模具材料,三、热切边模具与热镦模具材料选用,表3-13热切边模具材料,第三章热作模具材料,四、压铸模具材料的选用,表3-14某厂对压铸模的硬度要求,第三章热作模具材料,1.锌合金压铸模2.铝合金压铸模3.铜合金压铸模4.钢铁材料压铸模第八节热作模具材料选用实例一、十字轴预应力闭合锻模,图3-3十字轴毛坯图,第三章热作模具材料,图3-4十字轴预应力闭合锻模,二、实体轴承保持器等温挤压模具三、起重电机壳体挤压铸造模,第三章热作模具材料,图3-5实体轴承保持器挤压件,第三章热作模具材料,图3-6实体轴承保持器挤压模结构,第三章热作模具材料,图3-7电动机壳体,第三
15、章热作模具材料,图3-8电动机壳体挤铸模,第三章热作模具材料,图3-9气门的形状,四、气门热锻模,第三章热作模具材料,图3-10气门热锻模,第三章热作模具材料,图3-117909轴承套圈热冲孔模,五、7909轴承套圈热锻冲头,第三章热作模具材料,图3-127909轴承套圈热冲头,第三章热作模具材料,图3-135Cr4W5Mo2V钢制冲头的热处理工艺,第三章热作模具材料,1.热作模具钢是怎样分类的？写出常用热作模具材料的牌号。2.简述热作模具的工作条件及性能要求。3.影响热作模具材料抗热疲劳性能的因素有哪些？,思考与练习,第三章热作模具材料,4.热作模具钢的化学成分有什么特点？5.热作模具材料的选用应考虑哪些主要因素？6.试述5CrNiMo钢热锻模热处理工艺及注意事项，热锻模燕尾可采用哪些方法处理？7.简述3Cr2W8V钢压铸模的热处理工艺。8.影响热作模具使用寿命的因素有哪些？提高热作模具使用寿命的措施有哪些？,
