冷作模具鋼的選材與熱處理.doc

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1、冷作模具鋼的選材與熱處理劉望道（武漢輕工大學(xué)機械工程學(xué)院材料成型及控制工程專業(yè)）【摘要】在模具制造中，模具材料作為制造模具的基礎(chǔ),它的性能和熱處理工藝對模具壽命有著決定性的影響。本文分析了冷作模具鋼的工作條件及失效形式，提出能滿足冷作模具鋼工作條件的性能要求，再選擇適用的材料并進行相應(yīng)的熱處理，以保證其性能要求。冷作模具性能要求包括耐磨性、韌性、強度、抗疲勞性能和杭咬合性。冷作模具材料熱處理工藝性能主要包括:淬透性,淬硬性,耐回火性,過熱敏感性,氧化脫碳傾向,淬火變形和開裂傾向等。關(guān)鍵詞：冷作模具鋼；選材；熱處理冷作模具是在常溫下對材料進行壓力加工或其他加工所使用的模具。冷作模

2、具種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具在使用中受到壓縮、拉伸、彎曲、沖擊、摩擦等機械力的作用。冷作模具正常失效形式主要是磨損、脆斷、折彎、咬合、塌陷、啃傷、軟化等，因此要求冷作模具用鋼在相變熱處理后，具有高的變形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞、抗咬合等能力，以保證模具具有一定的耐用度【1】。1.冷作模具的性能要求根據(jù)冷作模具的工作條件及失效形式，冷作模具鋼應(yīng)具有如下基本性能【2-3】：a．高硬度和高耐磨性，工作時保持鋒利的刃口b．較高的強度和韌性及～定的熱硬性，工作時刃部不易崩裂或塌陷。c．較好的淬透性，保證淬火態(tài)有較高的硬度和一定的淬透深度。d．較好的加工工藝性和成形性，較好的淬火安全性

3、，熱處理變形小，在復(fù)雜斷面上不易淬裂。1．1模具的耐磨性冷作模具在工作時，表面與坯料之間產(chǎn)生許多次摩擦，模具必須在這種情況下仍能保持較低的表面粗糙值和較高的的尺寸精度，以防早期失效。為提高冷作模具的抗耐磨性能，通常要求模具硬度高于加工件硬度(30～50)％，材料的組織為回火馬氏體或下貝氏體，其上分布均勻、細小的粒狀碳化物。因此鋼中的碳的質(zhì)量分數(shù)一般都在0．60％以上。1．2模具的韌性模具材料的韌性，要根據(jù)模具t作條件來決定，對于受強烈沖擊載荷的模具，如冷作模具的沖裁模、冷鐓模具等，困受沖擊載荷較大，需要高的韌性；對于一般工作條件下的冷作模具的失效形式是疲勞斷裂，因此模具不必具有

4、過高的沖擊韌度值。1．3模具的強度模具的強度即模具零件在工作過程中抵抗變形和斷裂的能力。強度指標(biāo)是冷作模具設(shè)計和材料選擇的重要依據(jù)，主要包括：拉伸屈服點、壓縮屈服點等。屈服是衡量模具零件塑性變形抗力的指標(biāo)，也是最常用的強度指標(biāo)。為了獲得高的強度，模具制造過程中，要選擇合適的模具材料，并通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噥磉_到其要求。1．4模具的抗疲勞性能冷作模具通常是在交變載荷的作用下發(fā)生疲勞破壞的，因此為了提高模具的使用壽命，需要有較高的抗疲勞性能。導(dǎo)致模具疲勞的因素有：鋼中帶狀和網(wǎng)狀碳化物、粗大晶粒；模具表面有微小刀痕、p1槽及截面尺寸變化過大和表面脫碳等。1．5模具的抗咬合性當(dāng)沖壓R材

5、料與模具表面接觸時，在高壓摩擦下潤滑油膜被破壞，此時被沖壓金屬“冷焊”在模具型腔表面形成金屬瘤，從而在工件表面劃出痕跡。咬合抗力就是對發(fā)生“冷焊”的抵抗力。2.模具的工藝性能要求2.1可鍛性鍛造不僅減少了模具材料的棚械加工余量，節(jié)約鋼材，而且改善模具材料的內(nèi)部缺陷，如碳化物偏析、減少有害物質(zhì)、改善鋼的組織狀態(tài)等。為了獲得良好的鍛造質(zhì)鼉，對可鍛造的要求是：熱鍛變形抗力低、翅性好、鍛造溫度范圍寬，鍛裂、冷裂及網(wǎng)狀碳化物的傾向性小。2．2可加工性對可加工性的要求是：切削力小，切削量大，刃磨損小以及加工后模具表面光潔。冷作模具鋼主要屬于過共析鋼和萊氏體鋼，大多數(shù)切削加工比較困難，為了獲

6、得良好的切削加工性，需要進行熱處理，對于表面質(zhì)量要求高的模具可選用含S，Ca等元素的易切削模具鋼。2．3可磨削性為了保證模具具有較好的表面粗糙度和尺寸精度，大部分模具都必須經(jīng)過磨削加工。對可磨削性的要求是：對砂輪質(zhì)量及冷卻條件不敏感，不易發(fā)生磨傷和磨裂，如加強模具鋼的磨削性，可以通過在煉鋼過程中加變劑(如螄，ca，稀土元素等)。2．4熱處理工藝性熱處理工藝性能主要包括：淬透性，淬硬性，耐回火性，過熱敏感性化脫碳傾向，淬火變形和開裂傾向等。2．4．1淬透性和淬硬性淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分、合金元素含量和淬火前的組織狀態(tài)。淬透性好的模具鋼淬火時采用較溫和的冷卻介質(zhì)，就可以獲得較

7、深的硬化層。對于形狀復(fù)雜的小型模具，采用淬透性的模具鋼制造以減少模具的變形和開裂；對于大截面，深型腔模具，選用高淬透性鋼制造，淬火后心部也臺匕得到良好的組織和硬度。淬硬性主要取決于鋼的含碳量，所以對要求耐磨性高的冷作模具，一般選用高碳合金鋼制造。2．4．2耐回火性耐回火性是在回火過程中隨著溫度的升高，鋼抵硬度下降的能力?；鼗饻囟认嗤?，硬度下降少的鋼耐回火性好。耐回火性越高，鋼的熱硬性越高，在相同的硬度下，其韌性也較好?！銓τ谑艿綇娏覕D壓和摩擦的冷作模具，也要求模具材料具有較好的耐回火性。2