【文章內(nèi)容簡介】 中含碳量的減少，其耐磨性不如高鉻鋼和高速鋼。 對一些以磨損為主要失效形式的模具，上述鋼種仍滿足不了要求。為此研制了高耐磨、高韌性的冷作模具鋼，其典形鋼種主要有 GM、 ER5。 高耐磨高強韌性冷作模具鋼 （ GM）鋼 9Cr6W3Mo2V2（ GM）鋼的耐磨性、強韌性、加工性能都優(yōu)于 Cr12形鋼，是較理想的精密、耐磨冷作模具鋼。 （ ER5）鋼 ER5鋼的化學(xué)成分與基體鋼比較， ER5鋼提高了含碳量、含釩量以及 Cr、 Mo、 W等碳化物形成元素，因而使 ER5鋼具有高耐磨性及高強韌性。 1. 9Cr6W3Mo2V2（ GM）鋼 （ 1）化學(xué)成分及相變點 （ 2）工藝性能 1）鍛造工藝 2）退火 3）淬火及回火 （ 3）力學(xué)性能 1）硬度 2）抗壓及抗彎性能 3）沖擊韌度 4）沖擊磨損性能 （ 4）使用范圍 （ ER5）鋼 （ 1）化學(xué)成分及相變點 （ 2）工藝性能 1）鍛造工藝 2）退火 3）淬火、回火工藝 4）推薦熱處理工藝 （ 3）力學(xué)性能 1）抗拉強度 2）抗壓性能 3）抗彎強度 （ 4）使用范圍 耐蝕冷作模具鋼的成分特點是高碳高鉻，既具有高的硬度和耐磨性，又具有良好的耐蝕性能。 （ 7Mn15）無磁冷作模具鋼 作為無磁模具鋼，除具備一般冷作模具鋼的使用性能外，還具有在磁場中使用時不被磁化的特性。該鋼具有非常低的磁導(dǎo)率、高的硬度、強度和較好的耐磨性。 （ 1）化學(xué)成分 （ 2）工藝性能 1）鍛造 2）退火 3）固溶處理 4）時效處理 5）氣體氮碳共滲 （ 3）力學(xué)性能 （ 4）應(yīng)用 制造無磁模具，也可制造 700～ 800℃ 使用的熱作模具。 特殊用途冷作模具鋼 硬質(zhì)合金的種類很多，但制造模具用的硬質(zhì)合金通常是金屬陶瓷硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金。 （ 1） DT合金的力學(xué)性能 （ 2） DT合金的熱加工特性 1）退火工藝 2）淬火、回火工藝 3）鍛造工藝性 （ 3） DT合金的切削加工性 （ 4） DT合金的應(yīng)用 硬質(zhì)合金 冷作模具零件的熱處理工藝 在模具材料選定之后，必須配以正確的熱處理，才能保證模具的使用性能和壽命。 冷作模具的熱處理工藝 模具的成形加工和熱處理工序安排對模具的質(zhì)量也有很大影響，在制定與實施熱處理工藝時，必須予以考慮。通常冷作模具的制造工藝路線有以下幾種。 （ 1）一般成形冷作模具 鍛造 → 球化退火 → 機械加工成形 → 淬火與回火 → 鉗修裝配。 （ 2）成形磨削及電加工冷作模具 鍛造 → 球化退火 → 機械粗加工 → 淬火與回火 → 精加工成形（凸模成形磨削，凹模電加工） → 鉗修裝配。 （ 3）復(fù)雜冷作模具 鍛造 → 球化退火 → 機械粗加工 → 高溫回火或調(diào)質(zhì) → 機械加工成形 → 鉗工修配。 在熱處理工序安排上要注意以下幾點： ①對于位置公差和尺寸公差要求嚴格的模具，為減少熱處理變形，常在機加工之后安排高溫回火或調(diào)質(zhì)處理； ②對于線切割加工模具，由于線切割加工破壞了淬硬層，增加淬硬層脆性和變形開裂的危險性，因而，線切割加工之前的淬回火，常采用分級淬火或多次回火和高溫回火，以使淬火應(yīng)力處于最低狀態(tài)，避免模具線切割時變形、開裂； ③為使線切割模具尺寸相對穩(wěn)定，并使表層組織有所改善，工件經(jīng)線切割后應(yīng)及時進行再回火，回火溫度不高于淬火后的回火溫度。 淬火是冷作模具的最終熱處理中最重要的操作，它對模具的使用性能影響極大。 主要的工藝問題有以下幾個方面 : （ 1）合理選擇淬火加熱溫度 （ 2）合理選擇淬火保溫時間 （ 3）合理選擇淬火冷卻介質(zhì) （ 4）采用合適的淬火加熱保護措施 冷作模具鋼的強韌化處理工藝主要包括：低淬低回、高淬高回、微細化處理、等溫和分級淬火等。 （ 1）冷作模具鋼的低溫淬火工藝 （ 2）冷作模具鋼的高溫淬火工藝 （ 3）冷作模具鋼的微細化處理 （ 4）冷作模具鋼的分級淬火和等溫淬火 （ 5）其它強韌化處理方法 模具在最終淬火、回火之前進行的正火、球化退火、調(diào)質(zhì)以及低溫回火等統(tǒng)稱預(yù)備熱處理，而最終熱處理工序是使模具獲得必要的性能，保證模具壽命的重要工序。 （ 1）薄板沖裁模的熱處理 （ 2）厚板沖裁模的熱處理 （ 3）冷剪刀的熱處理 （ 4）沖裁模的熱處理操作 （ 5） 冷沖裁模具的表面強化處理 主要冷作模具的熱處理特點 冷鐓模的失效方式主要是開裂、折斷，即由韌性不足導(dǎo)致的失效占 90%以上，材料韌性不足極大影響著模具壽命。因此，如何通過熱處理工藝制度的改善獲得高耐磨、高強韌性是提高冷鐓模壽命的關(guān)鍵之一。 冷鐓模的熱處理有如下特點 。 （ 1）對于碳素工具鋼制冷鐓凹模，常采用噴水淬火法。 （ 2）冷鐓模必須充分回火，回火保溫時間應(yīng)在 2h以上，并進行多次回火，使其內(nèi)應(yīng)力全部釋放。 （ 3）采用中溫淬火、中溫回火工藝。 （ 4）采用快速加熱工藝。 （ 5）采用表面處理。 根據(jù)冷擠壓模材料的性能要求，即具有高的硬度、耐磨性、抗壓強度、高強韌性，一定的抗耐熱疲勞性和足夠的回火抗力。 （ 1）采用常規(guī)工藝下限溫度淬火，再經(jīng)回火得到高強韌性。 （ 2）采用較長時間的回火或多次回火，消除應(yīng)力，提高韌性，穩(wěn)定尺寸。 （ 3）對于以脆性破壞為主，韌性不足的采用等溫淬火工藝，（ 4）應(yīng)用表面強化處理。 （ 5）在使用過程中進行低溫去應(yīng)力回火。 拉深模應(yīng)具有高的硬度，良好的耐磨性和抗粘附性能。 （ 1）要避免模具表面產(chǎn)生氧化脫碳。氧化脫碳會造成模具淬火后硬度不足或出現(xiàn)軟點。當表面硬度低于 500HV以下時，模具表面就會出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象。同時還要防止磨削引起二次回火使表面硬度降低。 （ 2）為了提高拉深模表面的抗磨損和抗粘附性能，常對模具進行表面處理，如滲氮、滲硼、鍍硬鉻、滲釩等。 拉深模的典型熱處理規(guī)范見表 155。 熱作模具主要用于高溫條件下的金屬成形。 熱作模具按其用途可分為錘鍛模、機鍛模、熱擠壓模、壓鑄模和熱沖裁模等五大類。 熱作模具是在機械載荷和溫度均發(fā)生循環(huán)變化下工作，由于使用的成型設(shè)備和被加工材料差別，模具的工作條件存在較大差異。因此，模具的失效形式不同，對模具材料的性能要求也各不相同。 熱作模具零件的失效形式 承受巨大的沖擊載荷，又受高溫的作用。 受靜壓力，沖擊成分小，模具型腔的表面溫度高于錘鍛模。 既承受壓縮應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，也承受一定的拉應(yīng)力，還受到?jīng)_擊負荷的作用，模具受熱溫度比錘鍛模更高。 型腔表面承受液態(tài)金屬的沖刷、侵蝕、高溫及急冷急熱作用。 各種熱沖裁模刃口部位所承受的熱載荷和機械載荷，差別很大。熱沖裁模刃口應(yīng)具有足夠的熱強性和耐磨性。 熱作模具的工作條件 （ 1）塑性變形 （ 2）熱疲勞 （ 3）熱磨損 （ 4）斷裂 （ 5）熱熔損和沖蝕 熱作模具的失效形式 熱作模具材料的性能要求 ①室溫硬度、高溫硬度 ②室溫抗拉強度、高溫抗拉強度 ③室溫沖擊韌度、高溫沖擊韌度 ④冷熱疲勞抗力、斷裂韌度 還要求具有某些特殊性能 （ 1）熱穩(wěn)定性 （ 2）回火穩(wěn)定性 （ 3）熱疲勞抗力及斷裂韌度 （ 4）高溫磨損與抗氧化性能 （ 1）錘鍛模：較高的高溫強度和韌性，良好的耐磨性，還應(yīng)有冷熱疲勞和機械疲勞抗力的要求。此外，錘鍛模尺寸比較大，還要求錘鍛模用鋼具有高的淬透性。 （ 2）熱擠壓模：具有高的熱穩(wěn)定性，較高的高溫強度和足夠的韌性，良好的耐熱疲勞性和高的耐磨性。 （ 3）壓鑄模：較高的耐熱性和良好的高溫力學(xué)性能，優(yōu)良的耐熱疲勞性，高的導(dǎo)熱性，良好的抗氧化性和耐蝕性，高的淬透性等。 （ 4）熱沖裁模：工作溫度較低，應(yīng)具有高的耐磨性、良好的強韌性以及加工工藝性能。 熱作模具材料的性能要求 熱作模具材料 熱作模具鋼的分類及鋼號 （ 1）按用途分類：熱鍛模用鋼、熱擠壓模用鋼、壓鑄模用鋼、熱沖裁模用鋼。 （ 2）按工作溫度分：低耐熱鋼（ 350～ 370℃ ）、中耐熱鋼（ 550～ 600℃ ）、高耐熱鋼（ 580～ 650℃ ）。 （ 3）按性能分：高韌性熱作模具鋼、高熱強熱作模具鋼、高耐磨熱作模具鋼。 國家標準 GB1299— 85《 合金工具鋼技術(shù)條件 》 列入了12個熱作模具鋼鋼號。 錘鍛模常用鋼種主要有： 5CrNiMo、 5CrMnMo、 4CrMnSiMoV等，此外還有國內(nèi)近年來研制的新鋼種，如 4SiMnMoV、 5Cr2NiMoVSi、 45Cr2NiMoVSi等。其中 45Cr2NiMoVSi是應(yīng)用比較成熟的高強韌大截面錘鍛模具鋼。 1. 5CrNiMo、 5CrMnMo及 4CrMnSiMoV鋼 （ 1）臨界點 （ 2）力學(xué)性能 （ 3）工藝性能 1）鍛造 2）退火 3）淬火 4）回火 （ 4）實際應(yīng)用 熱鍛模用鋼 2. 5Cr2NiMoVSi及 45Cr2NiMoVSi鋼 （ 1）化學(xué)成分及臨界點 （ 2）力學(xué)性能 （ 3）工藝性能 1）鍛造 2）退火 3）淬火及回火 （ 4）實際應(yīng)用 熱鍛模用鋼 常用的熱擠壓模具用鋼是鎢系熱作模具鋼和鉻系熱作模具鋼，還有鉻鉬系、鎢鉬系和鉻鉬鎢系等新型的熱作模具鋼以及基體鋼等。 %鉻系熱作模具鋼 4Cr5MoSiV1（ H13）、 4Cr5MoSiV（ H11）和 4Cr5W2VSi 3Cr3Mo3W2V（ HM1）、 4Cr3Mo3SiV（ H10）及 25Cr3Mo3VNb（ HM3） （ RM2）鋼 （ GR）鋼 （ 012Al） （ CG2）鋼 (HD)鋼 熱擠壓模用鋼 常用的壓鑄模用鋼以鎢系、鉻系、鉻鉬系和鉻鎢鉬系熱作模具鋼為主，也有一些其它的合金工具鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼，用于工作溫度較低的壓鑄模，如 40Cr、 30CrMnSi、4CrSi、 4CrW2Si、 5CrW2Si、 5CrNiMo、 5CrMnMo、4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV 4Cr5W2VSi、 3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V等。其中 3Cr2W8V鋼是制造壓鑄模的典型鋼種，常用于制造壓鑄鋁合金和銅合金的壓鑄模；與其性能和用途相類似的還有 3Cr3Mo3W2V鋼。 1. 3Cr2W8V鋼 2. 3Cr3Mo3W2V鋼（代號 HM1） 3. 4Cr5Mo2MnSiV1（ y10）及 4Cr3Mo2MnVNbB（ y4）鋼 壓鑄模用鋼 其它熱作模具材料 根據(jù)熱作模具的工作條件、失效形式和性能要求，選擇符合要求的模具材料之后，必須制定合理的熱處理工藝，才能保證模具的使用要求。因此掌握各類熱作模具熱處理工藝的特點是必要。 熱作模具零件的熱處理工藝 （ 1）錘鍛模的制造工藝路線 下料 → 鍛造 → 退火 → 機械粗加工 → 探傷 → 成形加工 →淬火及回火 → 鉗修 → 拋光。 （ 2）熱擠壓模的制造工藝路線 下料 → 鍛造 → 預(yù)先熱處理 → 機械加工成形 → 淬火及回火 → 研磨拋光。 （ 3）壓鑄模的制造工藝路線 一般壓鑄模：鍛造 → 退火 → 機械粗加工 → 穩(wěn)定化處理→ 精加工成形 → 淬火及回火 → 鉗工修配 → 發(fā)藍。 形狀復(fù)雜、精度要求高的壓鑄模：鍛造 → 退火 → 粗加工 →調(diào)質(zhì) → 精加工成形 → 鉗工修磨 → 滲氮（或軟氮化） → 研磨拋光。 主要熱作模具的制造工藝路線 為了保證錘鍛模獲得足夠的強度和韌性，最終熱處理為淬火加中溫或高溫回火。 （ 1）鍛造與退火（ 2）淬火（ 3）回火 （ 1）鍛造工藝（ 2）預(yù)先熱處理 （ 3）淬火及回火（ 4）化學(xué)熱處理工藝 （ 1）穩(wěn)定化處理（去應(yīng)力退火） （ 2）預(yù)處理 （ 3）淬火及回火 （ 4）表面強化處理 主要熱作模具的熱處理特點 塑料模具是利用其自身特定的形狀和尺寸來成型塑料制品的。由于塑料制品形狀復(fù)雜、表面粗糙度要求高，因而塑料模具的制造難度較大。如何正確合理地選用模具鋼材，對模具的制造和使用都具有重要意義。 塑料模具按塑料品種不同，可以分為兩大類，即熱固性塑料壓模和熱塑性塑料注射模，分別來成型熱固性和熱塑性兩大類塑料制品。 塑料模具的使用壽命與模具的工作條件及失效形式