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1、第6章非铁合金与粉末冶金材料第4章 热作模具材料 热作模具是指在高温下完成对金属或非金属材进行塑性变形加工的工具因在冷态下无法完成加工。 热作模具可分为:热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等。43.1热作模具材料的性能要求4.1.1热作模具材料的性能要求1 .良好的耐磨性 2 .高的热稳定性和较 高的高温强度 3 .良好的韧性 4 .良好的耐热疲劳性 5 .良好的导热性使用性能要求工艺性能要求1.可锻性2.可切削性3.可磨削性4.热处理工艺性 热作模具钢的碳质量分数一般小于0.5,常参加的合金元素有:Cr、Mn、W、Mo、V、Si、Ni、Nb、Al等。 4.2热作模具材料4.2.1低耐热热作模
2、具钢 低耐热热作模具钢所能承受的工作温度较低,一般为3505900,且多为低合金钢,主要用于热锤锻模和热冲裁模。一、5CrNiMo钢 5CrNiMo钢具有高的韧性、耐磨性和淬透性,具有良好的高温强度。 1.5CrNiMo钢的力学性能淬火、回火温度对硬度的影响HRC4.2热作模具材料 1.5CrNiMo钢的力学性能淬火、回火温度对冲击韧度的影响J/cm2 从表中可以看出,5CrNiMo钢的硬度随着淬火温度的升高而增加,但增幅不大;冲击韧度随着淬火温度的升高而下降。 5CrNiMo钢的强度、硬度随着回火温度的升高而下降,塑性、冲击韧度随着回火温度的升高而增加。 5CrNiMo钢在400以下工作可保
3、持较高强度,在高于400 工作时强度急剧下降,温度升至500时,抗拉强度只有室温时的一半。 4.2热作模具材料 2.5CrNiMo钢的工艺性能 1锻造性能:5CrNiMo钢的锻造性较好。锻造工艺一般为:加热温度11001150,始锻温度10501110,终锻温度800,锻后缓冷砂冷或坑冷至150200再空冷,以防止产生白点。 2预备热处理:锻后锻件内部存在较大的内应力和组织不均匀性,必须进行退火处理。 可采用普通退火又称不完全退火或等温退火。 其等温退火工艺为:加热温度760780,保温24h,等温温度680,等温时间46h,以30/ h的速度炉冷至500 再空冷。退火后的组织为珠光体+铁素体
4、,退火后的硬度为197241HBS,切削加工性较好。4.2热作模具材料 2.5CrNiMo钢的工艺性能 4.2热作模具材料 3淬火工艺:淬火加热时应分段预热,预热温度为600650。该钢的常规淬火温度为830860 。 为减少淬火变形,淬火冷却方法有: 油冷:先预冷至750780即延时淬火,再置于3070的循环油中冷却,150200出油,并立即回火,不能冷到常温再回火,否那么易开裂。 在油中停留的时间视模具尺寸大小而定,小型模具1520min,中型模具2545min,大型模具4570min,模具出油时,其外表油渍只冒青烟而不着火。 分级淬火:将模具置于160180的硝盐中停留,停留时间与模具尺
5、寸有关按0.30.5min / mm计算,使其组织发生马氏体转变,然后再转入280300的硝盐中等温23h。4.2热作模具材料 或将模具置于150的硝盐中停留,使其组织发生马氏体转变,然后再转入280300的硝盐中等温23h。钢的淬火组织为马氏体+下贝氏体+少量剩余奥氏体,回火后获得回火下贝氏体组织,这样可明显提高模具的寿命。 分级淬火主要适合于小型模具。 5CrNiMo钢具有高的淬透性,尺寸为300400300 mm的模坯,自820油淬和560回火后,断面各局部的硬度几乎一致,但其淬火变形不易控制。 4回火工艺:5CrNiMo钢经淬火后,必须立即回火,以消除内应力、稳定组织和尺寸,回火保温的
6、时间应大于2h。 回火温度与模具尺寸有关。一般, 小型模具为490510,硬度为4447HRC ; 中型模具为520540,硬度为3842HRC ; 大型模具为560580,硬度为3437HRC。4.2热作模具材料 为防止在300350之间产生第二类回火脆性,回火冷却可采用油冷,100出油,再进行160180的低温回火。 5CrNiMo钢制锤锻模时,回火分模腔和燕尾两个局部。 燕尾局部的回火可采用单独加热回火和自行加热回火。 燕尾局部的回火温度高于模腔的回火温度: 小型模具为620640,硬度为3437HRC; 中、大型模具为640660,硬度为3034HRC。 3. 5CrNiMo钢的应用范
7、围:该钢具有高韧性、高耐磨性和具有良好的高温强度,可用来制造各种形状复杂的中大型锻模,也可用于热切边模。4.2热作模具材料二、5CrMnMo钢简介 5CrMnMo钢与5CrNiMo钢相比,强度、硬度相当,但在相同硬度下,5CrMnMo钢的冲击韧度与5CrNiMo钢低,5CrMnMo钢的淬透性、耐热疲劳性也稍低,且热处理时过热倾向较大。5CrMnMo钢的工艺性能与5CrNiMo钢根本相同。5CrMnMo钢适于制造受力较轻的中小型锤锻模。 4.2热作模具材料4.2.2中耐热热作模具钢 中耐热热作模具钢属中碳中合金钢,含有较多的Cr、Mo、W、V等合金元素。Cr、Mo使钢的淬透性大大提高,V使钢具有
8、较好的抗过敏感性,对提高热硬性和热强性非常有效,在500600时具有较高的硬度、热强性和耐磨性,100mm工件空淬能淬透,热处理变形小,且具有高的抗疲劳强度。 4Cr5MoSiV钢H11 该钢是一种空冷硬化的热作模具钢,在中温工作条件下具有很好的韧性,较好的热强度、热疲劳性能和一定的耐磨性,在较低的奥氏体化温度条件下能空淬,热处理变形小,空淬时产生的氧化铁皮倾向小,而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。4.2热作模具材料1.4Cr5MoSiV钢的力学性能 4.2热作模具材料2.4Cr5MoSiV钢的工艺性能 1锻造性能:该钢的锻造性好。锻造工艺为:加热温度11201150,始锻温度10501100,终
9、锻温度 850,锻后缓冷。 2预备热处理:采用等温退火,其等温退火工艺为加热温度860890,保温24h,等温温度710730 ,等温时间46h,炉冷至500再空冷。退火后的硬度229HBS,切削加工性较好。 消除应力退火工艺为:加热温度为730760,等温时间34h,炉冷或空冷。 3淬火工艺:该钢的常规淬火温度为10001030 ,淬火冷却介质为油油温为2060或空气,淬透性 好,淬火变形小。4.2热作模具材料 2.4Cr5MoSiV钢的工艺性能 4回火工艺:回火温度为530580,回火后的硬度为4749HRC。 3 . 4Cr5MoSiV钢的应用范围 该钢通常用于制造铝铸件用的压铸模、热挤
10、压模和穿孔用的工具和芯棒,也可用于型腔复杂、承受冲击载荷较大的锤锻模、锻造压力机整体模具或镶块,以及高耐磨塑料模具等。此外,由于该钢具有好的中温强度,亦被用于制造飞机、火箭等耐400500工作温度的结构件。4.2热作模具材料4.2.3高耐热热作模具钢 高耐热热作模具钢含碳量不高,但合金含量高。这类钢有高的耐热性,即高的高温强度和高温硬度,可以在600700高温下工作,同时具有高的耐磨性、淬透性,有强烈的二次硬化效果、好的回火稳定性、较高的抗疲劳性和断裂韧度。但塑性、韧性和抗冷疲劳性低于中耐热韧性钢。 3Cr3Mo3W2V 钢 3Cr2W8V钢属于过共析钢,它是典型的高热强热作模具钢,合金元素以
11、钨为主,钨的质量分数达8以上,并含有较多易形成碳化物的铬,因此高温下具有较高的强度和硬度,但韧性和塑性较差,已逐渐被新钢种替代,如3Cr3Mo3W2V钢 。4.2热作模具材料 1.3Cr3Mo3W2V钢的力学性能4.2热作模具材料 2.3Cr3Mo3W2V钢的工艺性能 1锻造性能:该钢的锻造性较好,其锻造工艺为:加热温度11501180,始锻温度10501100,终锻温度850,锻后缓冷。 2预备热处理:锻后应及时退火,可采用等温退火,其等温退火工艺为:加热温度860880,保温24h,等温温度720740,保温46h,炉冷至500再空冷;退火后的硬度为255HRC,切削加工性较好。 3淬火工艺:该钢的淬火温度为10601130,可采用油冷或分级淬火。 4回火工艺:该钢可采用600630的回火,回火后的硬度为5055HRC;也可采用630650的回火,回火后的硬度为4550HRC。 3.3Cr3Mo3W2V钢的应用范围:该钢适宜制造热镦锻、压力机锻造等热作模具,也可用于铜合金、轻金属的热挤压模、压铸模等,模具使用寿命较高。
限制150内