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1、 第一章 冷作模具用钢及热处理 冷作模具材料的正常失效形式主要是磨损、脆断、弯曲、咬合、塌陷、啃伤、软化等。要求冷作模具钢应在相应的热处理后，具有高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、不咬合等能力。第一节第一节 选材原则选材原则一、满足模具的使用性能要求一、满足模具的使用性能要求1）承受大负荷的重载模具，应选用高强度材料；承受强烈摩擦和磨损的模具，应选用硬度高、耐磨性好的材料；承受冲击负荷大的模具，应选用韧性高的材料。2）形状复杂、尺寸精度要求高的模具，应选用微变形材料。3）结构复杂、尺寸较大的模具，宜采用淬透性好、变形小的高合金材料；或制成镶拼结构。4）对于小批量生产或新产品试制，可选用一
2、般材料如碳素钢；当生产批量大或自动化程度高时，宜选用高合金钢或钢结硬质合金等材料。二考虑模具材料的工艺性能二考虑模具材料的工艺性能优良的锻造性能与切削加工性能，较好的淬透性，较小的氧化碳和淬火变形、开裂倾向。三、三、经济性经济性 第二节第二节 冷作模具材料与性能要求冷作模具材料与性能要求1.1.冷作模具材料的工作条件冷作模具材料的工作条件 1.1.冲裁模冲裁模 2.2.拉深模拉深模 3.3.挤压模挤压模 4.4.冷镦模冷镦模 2.分类分类 碳素工具钢、油淬冷作模具钢、空淬冷作模具钢、高碳高铬冷作模具钢、基体钢和低碳高速钢、高耐磨高强韧冷作模具钢以及其他冷作模具钢。第二节第二节 冷作模具材料与性
3、能要求冷作模具材料与性能要求3.受力情况受力情况拉伸、压缩、弯曲、冲击、摩擦等。4.失效形式失效形式断裂、变形、磨损、粘合、啃伤、软化等。5.性能要求性能要求 1.使用性能要求 （1）耐磨性 （2）韧性 （3）强度 （4）抗疲劳性 （5）抗咬合性 2.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 第二节第二节 冷作模具材料与性能要求冷作模具材料与性能要求(1)硬度和耐磨性硬度和耐磨性硬度和耐磨性是冷作模具材料的最基本性能之一，模具的硬度应高出工件硬度3050，一般为5864HRC，以保证模具在工作过程中抗压、耐磨、不变形、抗粘合。(2)强度和韧性强度和韧性 模
4、具材料应具有足够的强度和韧性，以防止模具在冲击负荷下发生脆性断裂。(3)热硬性热硬性 以保证模具在高速冲压或重负荷冲压工序中不因温度升高而软化。(4)抗疲劳性能抗疲劳性能防止模具在交变载荷作用下发生疲劳破坏。工艺性能工艺性能(1)可切削加工性可切削加工性应具有较好的可切削加工性能；球化退火改善冷作模具材料的可切削加工性能；选用含S、Ca等元素的易切削模具材料。(2)可锻性可锻性 锻造可以改善材料的内部组织，提高其强度和韧性。(3)淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性 应具有良好的淬透性与淬硬性，以保证冷作模具能在较缓和的冷却介质中淬火硬化；淬火后易获得高而均匀的硬度(5864HRC)，并获得较深的淬硬
5、层。(4)淬火变形小淬火变形小 对淬火温度及模具的尖角等因素不敏感，淬火的开裂倾向小。6.常用钢材常用钢材第三节第三节 碳素工具钢碳素工具钢优点：便宜、易于锻造成形，切削加工性能也比较好。缺点：淬透性差，变形开裂倾向大，耐磨性和热强性较低。一、一、一、一、常用碳素工具钢的牌号常用碳素工具钢的牌号 T7A、T8A、T10A、T12A等。二、力学性能二、力学性能(1)含碳量的影响钢的硬度含碳量的影响钢的硬度主要由含碳量和组织决定，含碳量越高，则硬度越高，耐磨性越好。(2)淬火温度的影响淬火温度的影响 适当提高淬火温度可增加硬化层厚度，从而提高模具的承载能力，但过高的淬火温度又会使强韧性下降。(3)
6、回火温度的影响回火温度的影响碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降，在150300C回火后，抗弯强度及冲击韧度随回火温度的升高而明显增高，因此应根据不同钢号选择最佳回火温度。力学性能力学性能 如图所示，碳素工具钢随回火温度升高而硬度降低，但下降趋势与碳含量有关，碳含量越高，钢中析出的碳化物颗粒越多，阻止了硬度的下降，因而碳含量高的钢回火时硬度降低程度比碳含量低的钢小。T10钢的硬度、残余奥氏体量与回火温度的 关系(780淬火、水冷、回火保温1 h)T10钢的淬火温度对强韧性的影响 T10钢的淬火温度对淬透性的影响 提高淬火温度，淬火马氏体变粗，钢的强韧性下降，如图6-2所示。但适当提高淬火温度
7、，可提高碳素工具钢的淬透性，增加硬化层深度，提高模具的承载能力，如图所示。所以，对于容易淬透的小型模具，可采用较低的淬火温(760780);对于大、中型模具，应适当提高淬火温(800850)或采用高温快速加热工艺。碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降，在低温区(150200)回火，硬度下降不多，当回火温度超过200时，硬度才明显下降。碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系，当回火温度为220250时抗弯强度达到极大值，可是碳素工具钢在200250回火时，会产生回火脆性，导致韧性下降，因此韧性要求较高的碳素工具钢应避免在此温度回火。而承受弯曲及抗压载荷的碳素工具钢仍可采用220280回火，以获得
8、高抗弯强度，提高模具的使用寿命。T12钢的力学性能与回火温度的关系 (淬火温度:780)三、工艺性能三、工艺性能(1)锻造性能锻造性能 碳素工具钢的热变形抗力低，锻造温度范围宽，锻造工艺性好。(2)退火和正火退火和正火 经锻造后的碳素工具钢模具毛坯需进行退火处理，使其具有良好的工艺性能，为切削加工和淬火做好组织准备。工艺性能工艺性能 锻造性能:预先热处理:淬火及回火:使用范围使用范围 碳素工具钢生产成本低，易于冷、热加工，在退火状态下硬度较低，通过热处理后可以获得较高的硬度，具有一定的耐磨性。但淬透性差，淬火变形大，耐磨性不高。因此，碳素工具钢适于制造尺寸较小、形状简单、负荷较轻、生产批量不大
9、的冷作模具。T7钢具有较好的韧性和硬度，但切削能力较差；多用来制造同时需要有较大韧性和一定硬度但对切削能力要求不很高的工具，如凿子、冲头等，小尺寸风动工具，木工用的锯、凿、锻模、压模，钳工工具、锤、铆钉冲模等，还可做手用大槌槌头等。T8钢淬火加热时容易过热，变形也大，塑性及强度也比较低，不宜制造承受教大冲击的工具，但热处理后有较高的硬度及耐磨性。因此，多用来制造切削刃口在工作时不变热的工具，如加工木材的铣刀、埋头钻、平头锪钻、斧子、凿子、錾子、纵向手用锯、圆锯片、滚子、铅锡合金压铸板和型芯，以及钳工装配工具，铆钉冲模，中心孔铳、冲模等。T10钢在淬火加热（温度达800）时不致过热，仍能保持细晶
10、粒组织。淬火后钢中未溶的过剩碳化物，所以具有较T8钢为高的耐模性，适于制造切削刀口在工作时不变热的工具，如加工木材工具、手用横锯、手用细木工锯、机用细木工具、麻花钻、拉丝模、冲模、冷墩模、小尺寸断面均匀的冷切边冲孔模、低精度的形状简单的卡板、钳工刮刀、锉刀等。T12T12钢由于含碳量高，淬火后有较多的过剩碳化物，按耐磨性和硬度适于制作不受冲击负荷、切削速度不高、切削刃口不变热的工具，如制作车床、刨床的车刀、铣刀、钻头；可制作铰刀、扩孔钻、丝锥、板牙、刮刀、量规、切烟草刀、锉刀，以及断面尺寸小的冷切边模、冲孔模等。T8化学成分CSiMnSP0.750.840.350.400.0300.035T8
11、钢热加工工艺T8热处理A 预先热处理预先热处理T8钢的有关预先热处理曲线示于图2-21-1图2-21-4，退火前后的相成分、硬度和显微组织示于表2-21-7。需要说明的是；（1）锻压后退火的保温时间，在全部炉料达到退火温度后为45h；等温退火的加热保温时间为12h，冷却时的等温保温时间亦为12h；（2）球化退火用以多的球化组织，在600700第一次保温时间为810h，其余阶段按0.51.0h进行保温；（3）高温回火用于消除冷变形后的冷作硬化及淬火前切削加工的内英里；高温回火的保温时间，在全部炉料后为23h；（4）正火用于细化过热钢的晶粒，以及钢材退火后硬度低于HB165时，用以提高切削表面光洁
12、度。正火加热可在空气炉或盐浴中进行。淬火回火油淬冷作模具钢：在碳素工具钢的基础上加入适量的Cr、Mo、W、V、Si、Mn等合金元素。目的：以提高钢的淬透性、力学性能和回火稳定性。特点：具有高的硬度、中等的淬透性，其中CrWMn钢的淬透性优于9Mn2V等钢，而9Mn2V钢能在较低的温度下淬硬，其淬火变形会稍小一些。常用的油淬冷作模具钢：CrWMn、9CrWMn、9Mn2V、MnCrWV钢等。第四节第四节 高碳低合金钢高碳低合金钢(油淬冷作模具钢油淬冷作模具钢)1.CrWMn钢具有高淬透性。由于钨形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。此外
13、，钨还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。所以由CrWMn钢制成的刃具，崩刃现象较少，并能较好地保持刀刃形状和尺寸。但是，钢对形成碳化物网比较敏感，这种网的存在，就使工具刃部有剥落的危险，从而使工具的使用寿命缩短，因此，有碳化物网的钢，必须根据其严重程度进行锻压和正火。这种钢用来制造在工作时切削刃口不剧烈变热的工具和淬火时要求不变形的量具和刃具，例如制作刀、长丝锥、长铰刀、专用铣刀、板牙和其他类型的专用工具，以及切削软的非金属材料的刀具。1.CrWMn钢钢(1)力学性能具有较高的硬度和耐磨性、较好的韧性并能减小过热敏感性、淬火变形较小。(2）工艺性能(a)锻造工艺始锻温度1100一11
14、40，终锻温度800850。锻后要空冷到650700再转入热灰中缓冷。(b)退火工艺CrWMn钢锻后均需等温球化退火，退火加热温度790830，等温温度700720，退火后的组织比较均匀，退火硬度约为255207HBS。(c)淬火工艺淬火加热温度820840，油淬硬度为6365HRC，直径拳4050mm的钢件油中可以淬透。CrWMn钢经860加热、280等温淬火后，强韧性明显提高。(d)回火工艺回火温度200，回火硬度6062HRC。应用：轻载冲裁模具、轻载拉深模具和弯曲翻边模具。(1)化学成分 CrWMn钢的临界点:Ac1750，Accm940，Ar1710，Ms255。(2)力学性能 Cr
15、WMn钢具有高淬透性，由于钨形成碳化物，所以这种钢在淬火及低温回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度及耐磨性。CrWMn钢力学性能与淬火温度的关系rWMn钢硬度与淬火温度的关系CrWMn钢硬度与回火温度的关系锻造工艺(3)工艺性能 锻造工艺CrWMn钢具有良好的锻造性能，其锻造工艺见表。退火工艺:CrWMn钢锻后需进行等温球化退火，退火温度为790830，等温温度为700720，退火后的组织比较均匀，退火后硬度为207255HBS。淬透性:CrWMn钢淬透性较好，淬火变形小。在油中的临界淬透直径为3050mm。直径4050mm的钢件在低于200的硝盐浴中冷却即可淬透。(4)
16、使用范围 CrWMn钢具有较好的淬透性，淬火变形小，耐磨性、热硬性、强韧性均优于碳素工具钢，是使用较为广泛的冷作模具钢。主要用于制造要求变形小，形状较复杂的轻载冲裁模(料厚2 mm)，轻载拉深、弯曲、翻边模等。9Mn2V9Mn2V钢是利用我国丰富的锰、钒资源研制出来的不含铬的冷作模具钢；锰的质量分数高达1.70一2.00；钢的淬透性好。一种综合力学性能比碳素工具钢好的低合金工具钢，特点：它具有较高的硬度和耐磨性。淬火时变形较小，淬透性很好。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了钢的过热敏感性。同时碳化物较细小和分布均匀。9Mn2V钢适于制造各种精密量具、样板，也用于一般要求的尺寸比较小的冲
17、模及冷压模、雕刻模、落料模等，还可以做机床的丝杆等结构件。（1）力学性能9Mn2V钢的碳化物量比CrWMn钢少，颗粒较大，耐磨性不及CrWMn钢，但仍比T10钢的耐磨性高67倍。锰使钢的Ms点下降，淬火后残留奥氏体较多，尤甚于CrWMn钢，因此淬火变形比CrWMn钢还小，但其尺寸稳定性不及CrWMn钢。9Mn2V钢的淬透性接近9SiCr钢，低于CrWMn钢；缺点:回火稳定性较差，几乎与碳素工具钢相近。(2)工艺性能(a)锻造工艺始锻温度11301160，终锻温度800，空冷到650700，再缓冷。(b)退火工艺加热温度750770，保温35h，等温温度680700，保温46h。(c)淬火工艺淬
18、火温度780820，油冷，硬度62HRC以上，热处理变形较小。(d)回火工艺回火温度150200，空冷，硬度6062HRC，回火温度在200300，有回火脆性及显著的体积膨胀，应设法预防。应用：适于制造一般要求的尺寸较小的冷冲模、冷压模、雕刻模、落料模化学成分化学成分力学性能锻造性能9Mn2V钢的锻后一般退火工艺图，锻后等温退火工艺图淬火回火9SiCr9SiCr钢是一种专用刃具钢，也可用来制造机床附件和冷作模具，如打印模、滚齿模、搓丝板、冷冲模等，目前正逐步应用到载荷较大的模具，部分取代Crl2钢。9SiCr钢比铬钢具有更高的淬透性和淬硬性，并且具有较高的回火稳定性。适于分级淬火和等温淬火。其
19、主要缺点是加热时脱碳倾向性较大。9SiCr钢通常用于制造形状复杂、变形小、耐磨性要求高的低速切削刃具，如钻头、螺纹工具、手动绞刀、搓丝板及滚丝轮等；也可以作冷作模具，如冲模、打印模等，此外，还用于制造冷轧辊，矫正辊以及细长杆件。（1）力学性能（2）工艺性能(a)锻造工艺始锻温度10501100，终锻温度850800，锻后缓冷；(b)退火工艺加热温度780810，保温24h；等温温度680720，保温46h；(c)淬火工艺淬火温度860880，油冷，硬度6265HRC，可采用分级或等温淬火；(d)回火工艺回火温度180200，硬度6062HRC，在250回火脆性，应避免在此温度范围回火。应用：适
20、于制造冷冲模和打印模等。如用9SiCr钢制造的螺栓十字槽冲模，经900，260280等温30min，则硬度为5759HRC，强韧性好，使用寿命比经常规处理的冲模提高3倍。化学成分力学性能锻造预备热处理9SiCr钢的有关预先热处理曲线示于下图，需要说明的是：(1)退火加热保温时间，在全部炉料加热到温后为12h；等温保温时间为34h；(2)高温回火用于消除冷变形加工硬化；保温时间在全部炉料加热到温后为24h；(3)正火用于细化过热钢的晶粒和消除碳化物网；(4)当钢材退火硬度低于HB183时，可用调质处理来提高切削表面光洁度。9SiCr钢退火前后的相成分、硬度和组织示于下表。预备热处理锻压后退火 锻
21、压后等温退火 高温回火 正火 预备热处理淬火回火第五节高碳高铬冷作模具钢（高碳高铬冷作模具钢（高耐磨冷作模具钢高耐磨冷作模具钢）高碳高铬钢成分特点是高碳量和高铬量，碳质量分数Wc为1.32.3，铬质量分数WCr为1113。最常用的钢为Crl2、Cr12MoV和Cr12MolV1(D2)，其中以Crl2Mo1V1钢综合性能最好。铬能使钢有很高的淬透性，是形成M7C3型碳化物的主要元素，也是促成碳化物不均匀分布的主要元素。加入钼、钒进一步提高钢的淬透性，细化晶粒和共晶碳化物，改善韧性，提高回火稳定性。Crl2MoV中含碳量比Crl2钢低，又因加入了钼和钒，因此其碳化物数量、粒度、形态、不均匀程度比
22、Crl2钢有较大的改善，从而韧性得到明显提高。Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，属高碳高铬类型的莱氏体钢。该钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性。由于Cr12钢含碳量高达2.30%，所以冲击韧性较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物。Cr12钢由于具有良好的耐磨性，多用于制造受冲击负荷较小的要求高耐磨的冷冲模及冲头、冷剪切刀（剪切硬而薄的金属如硅钢片）、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模以及螺纹滚模等模具。Cr12Mo1V1是国际上较广泛应用的高碳高铬冷作模具钢，属莱氏体钢，具有高的淬透性、淬硬性和高的耐磨性；高温抗氧化性能好，淬火和抛光后抗锈蚀能力好，热处理变形小。Cr12Mo
23、1V1宜制造各种高精度、长寿命的冷作模具、刃具和量具，例如:形状复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚丝轮、搓丝轮、冷剪切刀和精密量具等。Cr12MoV钢有高淬透性，截面为300400以下者可以完全淬透，在300400时仍可保持良好硬度和耐磨性，韧性较Cr12钢高，淬火时体积变化最小。可用来制造断面较大、形状复杂、经受较大冲击负荷的各种模具和工具。例如，形状复杂的冲孔凹模、复杂模具上的镶块、钢板深拉伸模、拉丝模、螺纹挫丝板、冷挤压模、冷切剪刀、圆锯、标准刀具、量具等。化学成分 力学性能 Crl2钢具有较好的淬透性和良好的耐磨性，由于含碳量较高，容易形成不均匀的共晶碳化物，所以冲击韧度较差，易脆裂。淬火温
24、度对Cr12MoV钢的 淬火温度对Cr12MoV钢的硬度、晶粒度和残余奥氏体的影响 抗弯强度、冲击韧度的影响 Cr12型钢在淬火加热时碳化物大量溶于奥氏体中，淬火后得到高硬度的马氏体。回火时自马氏体中析出大量弥散分布的碳化物，其硬度很高，因而提高了钢的耐磨性。Cr12MoV钢经1020淬火，520回火时出现明显的二次硬化，而且淬火温度愈高，这种效应愈显著。在200左右回火时，其抗弯、抗压强度最高;在400左右回火，断裂韧度最高。回火温度对Cr12MoV钢硬度的影响 (3)工艺性能 锻造工艺 Crl2钢的变形抗力较大，锻锤吨位要与毛坯的大小相适应；导热性差，加热时必须分段预热。锻造预热温度为75
25、0850，锻造加热温度为10501100，始锻温度为1000105，终锻温度为850900，锻后采用炉冷或砂冷并及时退火。退火工艺 Crl2钢一般采用等温球化退火工艺，加热温度830850，保温23h，等温温度720740，保温34h，退火硬度217267HBS。淬火淬火温度为9501050，奥氏体中溶入质量分数为45的Cr，故过冷奥氏体稳定性很大，钢的淬透性高，较大尺寸模具可以淬透。一般在10001075淬火，可以获得较好的力学性能。大部分高铬高碳钢在1040以下淬火可保证晶粒细的奥氏体，更高加热温度时会使奥氏体晶粒长大。回火：Crl2钢在270350温度范围内扭转冲击值降低，而在此温度区间
26、回火硬度值也下降，因此应避开此区间选择回火温度。Crl2钢淬火后存有相当数量的残余奥氏体，一次回火后会有部分残余奥氏体转变为马氏体，对性能影响不利。因此，通过二次回火将一次回火时变成的淬火马氏体再转变为回火马氏体。生产实践中，采用二次回火工艺对提高模具寿命有一定作用。组织与性能组织与性能Crl2钢属莱氏体钢，钢中存在大量元素铬，主要形成(Cr、Fe)3C3型化合物，而渗碳体型碳化物极少。当淬火加热时，碳化物大量溶于奥氏体中，淬火后得到高硬度的马氏体。当回火时，自马氏体中析出大量弥散分布的碳化物，其硬度很高因而提高了钢的耐磨性。铬又使等温转变曲线右移，从而增加了钢的淬透性。模具截面尺寸为3004
27、00mm以下时，油冷均可淬透。因马氏体转变点低，淬火后钢中有大量残余奥氏体，保证了钢淬火时变形很小。在Crl2钢中加入Mo和V的Crl2MoV及Crl2MolVl钢，除进一步提高钢的回火稳定性和淬透性外，还进一步细化了晶粒，改善了钢的韧性。应用范围Crl2、Cr12MoV钢是冷作模具钢中应用范围最广、数量最大的冷作模具钢，几乎所有的冷作模具中均有应用，尤其是形状复杂、高精度或重载荷的模具。但由于Crl2MoV钢中有大块共晶碳化物及较严重的网状碳化物，钢的脆性倾向大，因而限制了其应用范围。与Crl2MoV钢相比，由于D2钢中Mo、V含量的增加，改善了钢的铸造组织，细化了晶粒，改善了碳化物的分布状
28、况。因此，D2钢的强韧性、抗回火稳定性比Crl2MoV高，耐磨性也有所提高。用D2钢制作的冷冲裁模、滚丝模、滚轧轮等，使用寿命均比Crl2MoV钢提高56倍。但D2钢的锻造性能及热塑成形性比Crl2MoV钢略差。9Cr6W3M02V2（GM钢）为提高耐磨性有时用高速钢，但因其韧性较低常发生断裂及崩刃，高硬度冷作模具钢GM钢含有多种碳化物形成元素，通过合金元素的复合合金化及按平衡碳规律配碳使晶粒细小，碳化物弥散均匀分布，其耐磨性强韧性加工性能部优于crl2型钢。用于高速冲床的多工位级进模等精密模具及高强度螺栓滚丝轮，电机定子复式冲摸等模具，寿命成倍提高，是精密耐磨冷作模具。9Cr6W3M02V2
29、（GM钢）9Cr6W3M02V2（GM钢）工艺性能(1)锻造工艺：加热温度11oo1150始锻温度1100，终锻温厪850-900加热温度按中下限控制，锻造时严格按”轻重轻”法操作，否则易出现角裂或劈头等缺陷。(2J退火：模具毛坯则采用等温球化退火工艺，通常要求尽可能降低硬度，但也要考虑生产效率；9Cr6W3M02V2（GM钢）（3）淬火工艺：温度1080-1120，硬度64-66HRC。回火温度540-560，回火两次。9Cr6W3M02V2（GM钢）GM二次硬化能力较强，接近高速钢，且具有较好的回火稳定性能。GM钢的抗弯强度远高于Crl2MoV钢。在硬度高出rl2MoV钢和进口D2钢2HR
30、C以上的同时，仍具有较高的韧性。GM钢的承载能力比Crl2MoV钢和Cr12钢高得多，完全可以代替后者制作大型模具。GM钢还有较为优异的耐磨性能，在粘着磨损和磨粒磨损方面，也优于基体钢和高铬钢，比较接近高速钢。这是由于GM钢中MC型碳化物较多，而且分布均匀，弥散以及基体的强度和韧性有较好的配合有关。使用范围GM钢已在冷轧钢带冲模、印制板插座簧片凸模、多工位级进模、滚丝轮、切边模上成功地取代了Crl2MoV钢使用，寿命有大幅度提高。ER5化学成分ER5钢提高了含碳量含钒量以及Cr、Mo、W等碳化物形成元素，因而使ER钢具有高耐磨性及高强韧性工艺性能1）锻造工艺：ER钢锻造性能良好。始锻温度115
31、0，终锻温度900，煅后缓冷并及时退火，当接近终锻温度时应轻锤快打可提高锻造质量。2）退火：退后硬度200-240HBS：3)淬火回火工艺：淬火温度对ER5钢晶粒度及硬度的影响见下表所示，不同淬火和回火温度对ER钢硬度的影响也不同。推荐热处理工艺对耐磨性要求高又能保证高强韧性时应采用1150度淬火，520530度回火三次：对重载服役条件下的模具，采用1120-1130度淬火550度回火三次；力学性能抗拉强度：1100淬火，550回火时，具有最高抗拉强度：2480MPa抗压强度：1180淬火550回火具有最高的抗压抗压屈服强度(3487MPa)而当1100淬火550回火时，抗压屈服强度为3130
32、MPa。抗弯强度：当1100淬火550回火时，抗弯屈服强度为4965MPa冲击韧性：回火温度低，淬火温度低，韧性越高使用范围新型高ER高耐磨冷作模具钢ER5成分设计合理，钨钼复合加入，增加二次硬化效果。与Cr12MoV钢比较，ER5钢碳化物数量少且晶粒细小，分布均匀，强度韧性耐磨性等力学性能均优于crl2型钢ER钢应用与冷礅，冷冲模具寿命显著提高如ER5用做铁路轴承滚柱冷礅模具，原用Crl2钢，乎均寿命4000次：用ER5后模具平均寿命1万次，超过日本模具的保证寿命5000次。ER钢制作电机硅钢片冷冲模具原用Cr12MoV钢平均寿命80-150万次。采用ER5寿命360万次，是国内硅钢片冲摸最
33、高寿命水平。第六节基体钢（基体钢（高强韧冷作模具钢）对要求高耐磨性的模具也有采用高速钢来制造的，但往往由于其韧性低而发生早期失效。为提高其韧性而研究发展了基体钢，其化学成分相当于高速钢淬火后的基体组织成分，因基体钢中共晶碳化物的数量少且细小均匀，韧性得到一定提高。常用的基体钢有65Nb、LD、012Al、LMI、LM2钢等。低碳高速钢亦常用于高冲击载荷下耐磨损的模具，应用较多的是6W6M05Cr4V钢，它和基体钢都具有接近高速钢的强度，且其韧性好，在某些工艺性方面也有明显的改善。6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)钢钢65Nb钢是一种含铌基体钢。钢中合金元素Cr、W、Mo、V的含量设计取自淬火
34、态的W6M05Cr4V2高速钢的基体成分，合金元素在模具钢中的作用与高速钢中相似。钢中还加入少量强碳化物形成元素铌，与钢中的碳形成高稳定性的NbC，阻止淬火加热时奥氏体晶粒的长大。与不含Nb钢比较，奥氏体晶粒细化温度提高4050，Nb还部分溶解于W、Mo、V的碳化物中，增强其稳定性，使淬火后基体的含碳量降低，显著提高钢的强韧性，并改善钢的工艺性能。6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)钢钢 力学性能力学性能 65Nb钢是一种含铌基体钢。钢中合金元素Cr、W、Mo、V的含量设计取自淬火态的W6Mo5Cr4V2高速钢的基体成分，合金元素在模具钢中的作用与高速钢中相似。其韧性比母体高速钢W6Mo5Cr
35、4V2和高碳高铬钢都有较大幅度的提高，在压力低于2450MPa的冷挤模、冷镦模上应用时，使用寿命比高速钢和高碳高铬钢成倍提高。但在压力超过2450MPa的模具上应用，并要求有高耐磨性的情况下，65Nb钢的抗压屈服强度和耐磨性均显得不足。热处理工艺、组织和性能热处理工艺、组织和性能1)锻造工艺65Nb钢属莱氏体钢，要进行锻造。65Nb钢的锻造性能良好，加热应缓慢进行，保证烧透。锻造加热温度11201150，始锻温度1100，终锻温度850900，缓冷。6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)钢钢2)退火工艺65Nb钢的退火工艺有常规球化退火和等温球化退火两种。常规球化退火工艺为860加热34h，缓慢
36、冷却到500出炉；等温球化退火工艺为860加热34h，冷到740等温56h，炉冷到500出炉，退火后硬度为217HBS。如将等温时间由6h延长到9h，则硬度进一步降低到187HBS，可以采用冷挤压成形，这是65Nb钢的最大优点。3)淬火、回火工艺65Nb钢的淬火温度为10801180，淬火加热时间应保证碳化物充分溶解并均匀化，同时不使晶粒长大，在盐浴炉中加热系数以1520smm为宜。根据模具形状和对变形的要求，冷却方式可采用油冷、油淬、空冷和分级淬火等。65Nb钢一般采用二次回火，回火温度范围为520560。6Cr4W3Mo2VNb(65Nb)钢钢 应用范围应用范围 65Nb钢是一种高强韧性冷
37、热兼用模具钢，广泛用于制作各类冷作模具，特别适用于复杂、大型或难变形金属的冷挤压模具和受冲击负荷较大的冷镦模具，有时也用于热作模具，但以冷作模具为主。65Nb钢还可用于钢铁材料的温热挤压模具。由于65Nb抗压强度和耐磨性不足，不能用于挤压力超过2500MPa的钢铁材料挤压模具及要求高耐磨的模具。7Cr7Mo3V2Si（LD钢钢）7Cr7Mo3V2Si钢的代号为LD钢，含碳量相当于Crl2MoV钢的一半左右，因此其共晶碳化物比Crl2MoV钢低得多。铬是碳化物形成元素，在钢中主要以Cr23C6型碳化物存在。加热到1100以上，铬的碳化物大量溶入奥氏体中，提高了钢的淬透性。钼也是碳化物形成元素，主
38、要碳化物为(Fe，Mo)6C7，其作用与钨相似，既可提高淬透性，强化回火时的二次硬化效果，也能细化晶粒；同时钼还能降低共晶碳化物的不均匀度。钒是能细化晶粒、强烈引起二次硬化的元素，可提高回火稳定性，增加耐磨性。加入质量分数1左右的硅是为了强化基体，提高回火稳定性。7Cr7Mo3V2Si（LD钢钢）力学性能力学性能LD钢的力学性能，及其与其他莱氏体钢的性能对比见下表。LD钢在冷作模具上的应用已取得阶段性成果，LD钢剪刀模平均使用寿命比Crl2MoV钢剪刀模提高810倍，效果明显。在冷挤定向套筒的凸模上使用LD钢，其使用寿命比高速钢及Crl2MoV钢模具也提高了数倍。7Cr7Mo3V2Si（LD钢
39、钢）热处理工艺、组织及性能热处理工艺、组织及性能1）锻造工艺LD钢的热塑性比高碳高铬钢好，锻造性能类似于65Nb钢，加热过程宜缓慢，保证热透。钢锭的加热温度应控制在1150以下，否则易锻裂，终锻温度应高于900，锻后宜砂冷；钢坯的加热温度应控制在1130以下，终锻温度应高于850。锻后缓冷，并立即进行球化退火。7Cr7Mo3V2Si（LD钢钢）7Cr7Mo3V2Si（LD钢钢）2）退火工艺LD钢的脱碳敏感性比高碳高铬钢大，宜采用真空炉或控制气氛炉进行退火，若在普通加热炉中退火，一定要采取保护措施。退火工艺常采用直接退火：即在830860下加热，保温23h后，以不超过30h的冷速冷至550，随后
40、快冷。也可采用等温退火工艺，即在830860加热，保温23h后，以不超过30h的速度冷至750770等温46h，随后以不超过30h的冷速冷至550，随后快冷，退火硬度为241269HBS。3）淬火、回火工艺LD钢的正常淬火加热温度为11001150，热油淬火或分级冷却。LD钢的回火温度为530570，回火23次，每次12h，硬度5763HRC。5Cr4Mo3SiMnVAl(012A1)钢钢012Al钢的抗弯强度及挠度均高于W18Cr4V钢，用012Al代高速钢制作冷镦模、中厚钢板凸模、搓丝板、内六角凸模、切边模，很少出现折断现象，其寿命比Cr12MoV钢大幅度提高。5Cr4Mo3SiMnVAl
41、(012A1)钢钢 力学性能力学性能012Al钢是一种含铝的基体钢。012Al钢的综合性能好、强韧性高、通用性强，是冷、热兼用型模具钢。012Al钢经淬火、回火处理后，有较高的抗弯强度、弯曲挠度、冲击韧度和抗压屈服强度，其抗弯强度和弯曲挠度高于W18Cr4V和3Cr2W8V钢。5Cr4Mo3SiMnVAl(012A1)钢钢 热处理工艺、组织及性能热处理工艺、组织及性能由于012Al钢含有较多的合金元素，导热性差、变形抗力大、锻造工艺性较差。钢锭应开坯后再改锻成材。在9001150范围有较好塑性，锻造并不困难，成材率可达70以上。下表列出了钢锭的开坯及改锻工艺。改锻后的钢坯应进行等温球化退火，最
42、佳淬火温度在10901120之间，在500520回火时硬度出现峰值，二次回火后，硬度达6062HRC。5Cr4Mo3SiMnVAl(012A1)钢钢6CrNiSiMnMoV(GD)钢钢特点：GD钢是一种碳化物偏析小而淬透性高的低合金高强韧钢。成分：GD钢的合金总量在4(质量分数)左右，在CrWMn钢的基础上，适当降低含碳量，以减少碳化物偏析，同时添加Ni、Si、M。(1)力学性能强韧性高：强韧性指标接近基体钢，有些韧性指标超过基体钢；GD钢的冲击韧度、小能量多冲抗力、断裂韧度、抗压屈服点等均优于CrWMn钢和Cr12MoV钢。(2)工艺性能(a)锻造工艺GD钢的碳化物偏析小，下料后可直接使用。
43、若需改锻，锻造性能好，GD钢锻造温度区间宽，可以一次成形，成材率可达80以上。其加热温度10801120，始锻温度10401060，终锻温度850。6CrNiSiMnMoV(GD)钢钢(b)退火工艺加热到760780，保温2h，然后以30/h的速度冷到680，再保温6h，炉冷到550出炉空冷。(c)淬火及回火淬火温度870930，以900最佳，盐浴炉加热，加热系数为45s/mm，可油淬、空冷或风冷。回火温度为175230，回火硬度为5862HRC。6CrNiSiMnMoV(GD)钢钢应用：可代替CrWMn、Crl2型、GCr15、6CrW2Si、9SiCr、9Mn2V等钢制作各种类型的易崩刃、
44、易断裂的冷作模具，如冷挤模、冷弯模、冷镦模、精密塑料模、温热挤压模等，另外，应用于火焰淬火模具也已取得了可喜的进展。7CrSiMnMoV7CrSiMnMoV是一种火焰淬火冷作模具钢，其淬火温度范围宽，过热敏感性小，可用火焰加热淬火，具有操作简便，成本低，节约能源的优点。该钢淬透性良好，空冷即可淬硬，其硬度可达HRC6264且空冷淬火后变形小，该钢不但强度高而且韧性优良。7CrSiMnMoV化学成分7CrSiMnMoV成型，或按零件要求锻造成各种三维形状（实型造型）。退火后粗加工、磨平，在加工中心加工出刃口形状，钳工修配、安装调试后火焰淬火，淬火预热温度一般控制在180200，预热115h。对单
45、一的大型、整体、封闭型腔模具可用喷枪直接预热。淬火加热火焰为中性焰，火焰长度1015mm，氧气压力控制在4969MPa，乙炔压力控制在4.96.9MPa。加热时火焰距离加热面13mm，距离刃口边沿46mm，加热带控制在23mm，距离刃口边沿46mm，加热的速度控制在160200mmmin。模具的最终硬度基本可控制在5262HRC，淬火的深度达1.5mm，由于火焰淬火以后材料尺寸变化量远小于整体淬火，长度在300mm以内的镶块结构模具，结合缝之间的间隙0.12mm，这对于冲裁模具而言其寿命和精度是完全满足要求的。7CrSiMnMoV火焰淬火模具钢7CrSiMnMoV（代号CH-1）即是工业发达国
46、家近年开发和使用的新型模具钢，其主要特点如下：（1）强韧性好火焰淬火具有和整体淬火相近的硬度和各种性能。淬硬层下有高韧性基体作衬垫，工作时刃口不易产生开裂、崩刃现象。采用表面强化工艺后硬化层保留了一定的压应力（304MPa），可提高疲劳强度，使模具获得较高的使用寿命。（2）淬火变形小当模具全部加工成型后，在刃口用氧-乙炔火焰加热至淬火温度，然后空冷即达到淬火目的，不须其它加工，所以变形很小。（3）修复方便可焊性好，制造有偏差时可用相应的焊条进行补焊，经打磨修整即可达到理想的效果。（4）节省费用，降低成本由于只需氧-乙炔气源，不受场地、装备的限制，操作方便。省去整体淬火多次加热回火的繁琐工序，提
47、高了生产率。初步统计结果，7CrSiMnMoV钢采用火焰淬火工艺制造的模具与Cr12钢模具相比省电约80%，劳动生产率提高约20%，热处理总费用降低70%左右，模具寿命提高1.5倍以上。7CrSiMnMoV采用7CrSiMnMoV钢制造摩托车油箱模具及摩托车头盔模具第七节第七节 空淬冷作模具钢空淬冷作模具钢Cr5Mo1V钢钢Cr5Mo1V钢是具有较好综合性能的中合金冷作模具钢。在空淬冷作模具钢中，Cr5M01V钢具有较好的淬透性、较高的耐磨性和较小的热处理变形。适用于既要求耐磨性又具备一定韧性的模具。Cr5Mo1V钢钢 力学性能力学性能Cr5MolV钢的含铬量中等，共晶碳化物少，碳化物分布均匀
48、，耐磨性好，热处理变形小，淬透性好。Cr5MolV钢可以在较低的淬火温度获得较高的硬度，抗弯强度较Cr6WV钢高。热处理工艺、组织和性能热处理工艺、组织和性能CrSMolV钢的淬火温度范围比较宽，在950空淬时，可使50mml52mm254mm的工件淬硬到6265HRC。Cr5MolV钢的退火加热温度为840860，等温温度为740760，退火硬度为202229HBS。CrSMolV钢在200和400回火时，其韧性出现两个峰值。Cr5Mo1V钢钢 应用范围应用范围 Cr5MolV钢具有较好的淬透性和高的硬度，退火硬度低且加工性较好，广泛用于制造重负荷、高精度的冷作模具。Cr6WV钢钢Cr6WV
49、钢淬火变形小，淬透性好，具有较好的耐磨性和一定的韧性。由于钢中的合金元素和碳含量较低，所以其碳化物分布较Crl2和Crl2MoV钢均匀。Cr6WV钢钢 力学性能力学性能Cr6WV钢在淬火低温回火状态下，含有810(质量分数)的碳化物和1520(质量分数)的残留奥氏体。与Crl2型钢相比，Cr6WV钢的残留奥氏体较少，碳化物较均匀，强韧性高，但耐磨性低5070，淬透性不如Crl2型钢。Cr6WV钢淬火回火到5760HRC，具有优良的强韧性，抗弯强度为350400MPa，比Crl2钢高100，比Crl2MoV钢高30；冲击韧度比Crl2MoV钢高40。热处理工艺、组织和性能热处理工艺、组织和性能C
50、r6WV钢易于锻造，切削性较好，淬火后变形的不均匀性小。淬透性与Crl2型钢相近，100mm的工件在硝盐或热油中分级淬火可淬透，淬火温度为960980，油淬硬度高于60HRC。Cr6WV钢钢 应用范围应用范围Cr6WV钢具有广泛的用途，制造具有高强度、要求一定耐磨性和经受一定冲击负荷的模具，主要用于制造大批量生产薄板和中等厚度板料零件的大型冲模，也可用于制造小型精冲模、中等载荷冷挤压凸模。第八节特殊性能钢包括8Cr2MnWMoVS简称8Cr2S和无磁模具钢7Mn158Cr2S8Cr2S属含硫的易切削模具钢。该钢预硬化处理到40-45HRC，仍可以采用高速钢刀具进行车、刨、铣、镗、钻、铰、攻螺纹