1、第4章 工模具用钢,适宜于制造刃具、模具和量具等各式工具用的钢。,4. 1 概述,一. 按用途分类 刃具钢 应用：用于刃具，如车刀，刨刀，丝锥，锉刀，锯条 性能要求：要求高硬度，高耐磨性，一定韧性和塑性，有时需要热硬性。 钢种：T7-T12；W，V，Cr, Cr2, CrWMn, 9Mn2V, CrW5, W18Cr4V。,模具钢 热作模具钢 要求高温下的硬度和强度，抗热疲劳和良好的韧性。如锤锻模，挤压模，压铸模。 5CrNiMo (5CrMnMo), 3Cr2W8V 冷作模具钢 高硬度，耐磨性和一定的韧性。如冲切模，搓丝模，拉丝，剪刀片。 T8 - T12, Cr12V, Cr12MoV 量
2、具钢 要求高硬度，高耐磨性和尺寸稳定性如量规，样板，卡尺。,模锻 ：模型锻造是金属在外力作用下产生塑性变形并充满模膛而获得锻件的方法。,二. 按成分分类 1）碳素工具钢 2）低合金工具钢 3）高合金工具钢（高速钢） 注意： 同一种钢种有时既可作刃具钢又可作模具钢或量具钢。,三、工具钢的基本性能要求,1、力学性能 （1）刃具钢高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韧性。有的还要求高的红硬性。红硬性：在高温下保持高硬度的能力。 （2）热作模具钢高温下具有一定的强度和硬度、抗热疲劳性和良好的韧性。 （3）冷作模具钢高硬度、高耐磨性、一定的塑性和韧性。 （4）量具钢高硬度、高耐磨性和良好的尺寸稳定性。,三、工
3、具钢的基本性能要求,2、工艺性能 （1）一定的淬透性 （2）变形与开裂倾向小 对于一些精度要求较高的工具，特别需要注意变形的问题。 为了减小变形，可以采取以下措施： 采用分级加热、分级或等温淬火、淬火前预冷以及使用冷却速度缓慢的介质。 减少钢中碳化物的偏析。 淬火前预先进行一次600700（13小时）的高温回火，以消除加工应力，亦可减少淬火后的变形。淬火加热时，防止零件过热，过热会引起晶粒粗大和强度降低，淬火时工具容易开裂。,三、工具钢的基本性能要求,（3）降低脱碳敏感性工具钢表面稍有脱碳就会对其性能产生不良影响，首先是使其表面硬度降低，减少耐磨性。 工具钢的脱碳敏感性和钢的化学成分、加热温度
4、和加热介质有关。在合金元素中硅和钼含量超过1时会加重脱碳敏感性。,工具钢基本性能检测方法,强度 塑性,静弯或扭转试验弯曲强度、 挠度和扭转强度、扭转角； ?,韧度,硬度,热稳 定性,一般采用无缺口冲击试样 ?,一般硬度60HRC以上，K可适 当硬度23HRC,对高速钢，通常就是红硬性,4.2 刃具钢,一. 碳素工具钢 成分：中高C钢，0.65-1.35% 组织：高C回火马氏体 + 细粒状K，HRC58-64。 牌号：T7T13 高牌号者,硬度高,耐磨性好,但韧性较低； 低牌号者，硬度较低，但韧性较好。 可选择不同场合具体运用。,热处理 球化退火 + 淬火与低温回火 性能 成本低，冷热性能较好，
5、热处理简单，应用范围较宽。 不足处 1）淬透性低,盐水中淬火,变形开裂倾向大。 2）组织稳定性差,热硬性低,工作温度小于200 。 应用：制作工件尺寸较小、受热温度不高、形状简单、不受较大冲击的工具如 低速切削的刃具和简单的冷冲模。,二、低合金工具钢 为弥补碳素钢不足而加入合金元素,1、合金元素的作用 （1）铬 Cr是碳化物形成元素，提高过冷奥氏体的稳定性，增加淬透性。 阻止渗碳体型碳化物的聚集、长大，提高了马氏体的分解温度，从而有效地提高了钢的回火抗力。 Cr还能防止Si的石墨化倾向。,1、合金元素的作用,（2）硅 增加钢的淬透性，提高钢的回火稳定性。 Si是石墨化元素，在高碳钢中，高温加热
6、时引起脱碳和促进石墨化，必须同时添加W、Cr、Mn等，减少钢的脱碳倾向。 （3）锰 提高钢的淬透性，但Mn增加钢的过热倾向。,4.2 刃具钢,1、合金元素的作用,（4）钨W在工具钢中形成较稳定的碳化物，阻止钢的过热，保证晶粒细化，有利于提高钢的耐磨性。 （5）钒V比其他元素更为有效地阻止奥氏体晶粒长大，降低过热敏感性。,4.2 刃具钢,Cr: 1%左右，细化K，均匀分布；Mn: 主要淬透性;Si: 低温回稳性，Si强化F,切削加工性, 脱碳敏感性，不单独加入； ? W: 0.51.5%，W含量太多K类型转变， 且使K分布不均匀，恶化性能。V: 过热敏感性,细化晶粒, 回稳性,合金元素具体作用,
7、2、锻造及热处理,锻造：需多次锻粗和拔长，使碳化物分布均匀。低合金工具钢的热加工要求和碳素工具钢基本相同。 淬火：加热温度比碳工具钢稍高些，可用油、熔盐等较缓和的淬火介质。 回火：160-200。,4.2 刃具钢,3、常用低合金工具钢的化学成分、 力学性能和用途, High Speed Tool Steel ,4.3 高速工具钢,一. 高速钢概述 用途：适用于高速切削刀具，也可制作高温工作的弹簧、轴承和模具。 （锋钢）特点：合金度高，高热硬性（刃部在650时实际硬度仍高于HRC50 ） 主要性能：高硬度，高热硬性，高耐磨性，高强度和一定的韧性 成分：C, W, Mo, Cr, V, Co, N
8、b, Al, Si。,上左:直、锥柄加长麻花钻 上右:整体硬质合金钻头铣刀、铰刀、复合刀具及非标准刀具 下右:各种合金车刀,刃具钢之高速钢 车刀、铣刀、钻头,对焊高速钢锥柄钻头,高速钢,45钢,高速钢直柄麻花钻,高速钢的分类 W系 W18Cr4V W、Mo系 W6Mo5Cr4V2 Mo系 Mo8Cr4VW 高C高V 含Co高V,通用型 高速钢,特殊高性能高速钢,二、 高速钢中合金元素的作用,C,定比碳经验规律设计 最大二次硬化效应C%0.033%W + 0.063%Mo + 0.20%V + 0.060%Cr 合金元素之间的相对控制法.必须解决成分-性能间 数学模型,控制参数的数值范围.,一般
9、高速钢含C量0.71.3%(质量分数),作用 规律,C: 硬度,但熔点,易过热; K量, 不均匀性; AR 回火次数; 和AK,V,V 显著红硬性、硬度和耐磨性，细化晶 粒，过热敏感性。以VC存在.,W Mo,钨是钢获得红硬性的主要元素。M6C型K， 回火时析出W2C；W热导率钢导热性差钼和钨相似， 1Mo可取代1.52.0W,Cr,Cr 加热时全溶，保证钢淬透性 ，4Cr 。 改善抗氧化能力、切削能力,Co,Co 可显著提高钢的红硬性， 5、8和12三 个级别。 但钢韧性、 钢脱碳倾向,微量 元素,微量氮增加硬度和热硬性，一般0.10。 稀土可明显改善热塑性,硫在晶界的偏聚,表 主要高速钢的
10、平均化学成分（%）,三、高速钢中的碳化物,铸态 组织,淬火 态,鱼骨状莱氏体（Ld）、黑色组织 （共析体等）和白亮组织（M+AR）,加热时，K溶解顺序为：M7C3M23C6型在1000左右溶解完 M6C型在1200时部分溶解 MC型比较稳定，在1200时开始少量溶解。,回火 态,主要为M6C(淬火残留)、MC(回火时析 出和淬火残留)、M2C (回火析出)等K.,三、高速钢的碳化物,所有的高速钢中，在退火状态下都含有M6C、M23C6。MC三种碳化物。 18-4-1高速钢退火状态的碳化物总量约为30%左右，其中M6C型碳化物约占18%，M23C6型碳化物约占8%。MC型碳化物约占1%。 在淬火
11、状态下，只有M6C和MC。 在回火（650）状态有M2C、MC析出。,4.2 刃具钢,M6C型碳化物 ：,典型的M6C型碳化物是Fe4W2C。 其中Fe和W可以相互置换，形成Fe3W3C或Fe2W4C。 钢中含有的Cr、Mo、V可溶解在M6C中，Mo、V可置换W；Cr可置换Fe、W，这就使M6C稳定性不同。如Cr溶入M6C中，使M6C稳定性下降。 M6C的硬度为73.5HRC77HRC。,4.2 刃具钢,M23C6型碳化物：,是以Cr、W、Mo为主并溶有铁等元素的碳化物（Cr、Fe、W、Mo、V）23C6。 典型碳化物是Cr23C6，其稳定性较差，淬火加热时，全部溶于奥氏体中，增加钢的淬透性。
12、,4.2 刃具钢,MC型碳化物：,是以V为主的VC，也能溶解少量的W、Mo、Cr等元素。 碳化物VC的稳定性最高，即使在淬火加热温度下，也不能全部溶解。 VC的最高硬度可达8385HRC。 在高温回火过程中析出，使高速钢产生弥散强化，从而使钢具有高的耐磨性。,4.2 刃具钢,M2C和M7C3型碳化物：,高速钢在回火过程中，当温度超过500时，自马氏体中析出W2C、Mo2C，引起钢的弥散硬化。 当回火温度超过650时，则析出M6C及M7C3，它们容易聚集长大，使钢的硬度下降。,4.2 刃具钢,W18Cr4V的铸态组织,W6Mo5Cr4V2的铸态组织,K不均匀性 结果,各向异性； 形变时易应力集中
13、开裂； 热处理工艺性变坏,关键是 必须经 过正确 的锻造,控制终锻温度；用合适的锻压比；锻造时先轻锤快打， 后重锤锻打； ?锻后要缓慢冷却； 锻后进行退火。 ?,四、高速钢的锻造和热处理,（1）锻造 高速钢的铸态组织很不均匀。大量不均匀分布的粗大碳化物，将造成强度及韧性的下降。这种缺陷不能用热处理工艺来矫正，必须借助于反复压力热加工(锻、轧)，将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使其均匀分布在基体内。 高速钢在空气中冷却即可进行马氏体转变，所以锻造或轧制以后，钢坯应缓慢冷却，以防止产生过高的应力导致开裂。,（2）退火,高速钢锻造以后，必须进行球化退火，其目的不仅在于降低钢的硬度，以利切削加工
14、，而且也为以后的淬火作组织上的准备。 18-4-1钢的AC1温度是820-860，故退火温度为860880。在该温度保温23h，大部分合金碳化物未溶入奥氏体中，此时奥氏体中合金元素含量不多，冷却时易于转变为粒状珠光体和剩余碳化物,4.2 刃具钢,（3）淬火,18-4-1钢的淬火温度是1280。 淬火温度越高，合金元素溶入奥氏体的数量越多，淬火之后马氏体的合金浓度越高。只有合金含量高的马氏体才具有高的回火稳定性，在高温回火时析出弥散合金碳化物产生二次硬化，使钢具有高的硬度和红硬性。 高速钢中的合金碳化物M6C、M23C6和MC比较稳定，必须在高温下将其溶解。三者中M23C6稳定性最差，在900大
15、量溶解，1090溶解完毕；M6C在1037以上开始溶解，1250以上溶解量逐渐减小；MC在1100以上逐渐溶解，溶解速度比M6C缓慢。在1280淬火温度下，18-4-1钢奥氏体中合金元素的质量分数，Cr基本溶解，W溶解7-8%，V溶解0.5-1.0%。,4.2 刃具钢,12601300T800850500600 580620 550570 1h油冷 一次 350400 分级二次 三次回火 分级时间t,W18Cr4V高速钢常用热处理工艺方法,预热: 高速钢工具一般在高温盐浴炉中加热，速 度较快，常采用一次或多次预热 为什么？预热有什么作用 ？,高速钢导热性差,加热温度又高,预热 淬火加热过程中的
16、变形开裂倾向； 缩短高温保温时间，减少氧化脱碳； 准确地控制炉温稳定性。可采用一次预热和二次预热。,思考题:高速钢Ac1 在820840范围，但其淬火加热温度必须在Ac1 + 400以上, 为什么？,过热,过烧,欠热,T 淬过高，晶粒长大，K溶解过多，K发生角状化；奥氏体中合金度过高，冷却时易在晶界上析出网状K。,温度再高 晶界熔化 铸态组织特征，主要为鱼骨状共晶莱氏体及黑色组织。,淬火温度较低，大量K未溶, 且晶粒特别细小。,淬火温度：精确控制,可以从金相组织上初步判断工艺因素,W18Cr4V高速钢不同淬火温度下的组织特征,正常淬火组织(400X),欠热组织(400X),过热组织(400X)
17、,过烧组织(200X),W18Cr4V钢和M2钢淬火温度与未溶碳化物量的关系,两种高速钢基体合金含量与奥氏体化温度的关系,确定淬火温度时，还需要考虑下列因素：,（1）不同工作条件，淬火温度应有所区别如车刀高硬度和红硬性采用较高T淬 ；中心钻 强韧度好采用较低的T淬 .,（2）形状、尺寸不同，T淬有不同形状复杂（如锯片、细长拉刀等）和厚薄 悬殊刀具（如三面刃铣刀等） 较低T淬。形状简单的工具可采用较高T淬。尺寸较小和尺寸很大的刀具较低T淬；,（3）原材料级别也有影响K不均匀性大的原材料 低的T淬。一般情况，过热和过烧的危害比欠热要大,确定保温时间基本原则：一定量K溶入奥氏体，而晶粒不长大。对 于
18、一定的T淬，有一个合适的保温时间。,淬火冷却：冷却很重要，方式也很多，可根 据工具不同情况进行选择。,分级 淬火,常用一次分级或多次分级方法。?80%高速钢工具是采用一次分级淬火，分级温度常在600左右，停留时间严格控制，一般15min。多次分级适用于形状特殊、极易变形的工具。,等温 淬火,采用贝氏体等温淬火可工具的强度、韧度和切削性能。 中心钻及仪表刀具等在使用中发生断头、崩刃等现象.,思考题: 高速钢在分级淬火时，为什么不宜在950675温度范围停留过长的时间?,W18Cr4V钢在1300奥氏体化后过冷奥氏体等温转变曲线,回火：高速钢一般需要在560左右三次回火,淬火态,M + 大约30%
19、AR + K,回火,M回 + M + 10%AR + K1,回火,回火,M回 + M + 少量AR + K2,M回 + AR （少量） + K3,（ K1 等以示区别）,W18Cr4V高速钢回火次数与残余奥氏体量（a）和性能（b）的关系,W18Cr4V钢回火一次金相组织（400X）,W18Cr4V钢回火三次的金相组织（400X）,同步热处理 ： 关键是正确选择回火温度与保温时间，以便和淬火工艺相匹配。思考:可能有什么问题? 表面处理：强化方法:化学热处理或在刀具表面覆层表面氮化、表面硫氮共渗等多元共渗、蒸气处理等，560。物理气相沉积(PVD法)，在表面沉积TiC等覆层。,新型工具钢：,日本神
20、户钢铁公司开发粉末工具钢Fe18Cr2Mo1V2.2C ( KAD181)，经HIP后不用锻造，具有很好的性能，在模 具、辊子、刀具等方面应用很广泛,美国开发坩埚粉末冶金法（CPM）韧性和耐磨性, 使用寿命。如CRM T440V(Fe17Cr0.4Mo5.5V)的耐蚀 性与不锈钢T-440C差不多，但耐磨性是T-440C的几倍， 制成的造球机刮刀，其实际使用寿命是T-440C的20倍.,经济合金化是高速钢的一个发展方向，在不降低性能 的前提下尽可能降低钢中的W含量,工模具表面技术:是高速工具发展的一个重要方面，近年来已成功 利用离子渗入法在工具表面涂覆TiC、TiN、Ti(C,N) 等涂层，发
21、挥了优越的性能。在新型工具材料的开 发上具有重要的意义。日本开发了以硼砂熔盐为基稀土钒共渗工艺，经 过该工艺处理的模具耐磨性比常规处理的要提高2.8 倍。这些研究提高了工模具性能和使用寿命。这些 研究都是不可忽视的开发课题.,4.4 冷作模具钢,金属在冷 态下变形,拉延、冲压、冷鐓或 冷挤成形等,共同 特点,工作T不高，模具主要承受高压 力或冲击力，有强烈的摩擦,主要技术要求为具有高硬度 和耐磨性，有一定韧性,技术 要求,一、冷作模具钢的概况 1. 用途制造使金属在常温状态下变形的模具。 2. 性能要求(1)高硬度、高强度、高耐磨性。(2)一定的韧性。(3)淬透性高。(4) 淬火变形小。,3.
22、 常用钢种 (1)碳素及低合金工具钢。 (2)高铬及中铬冷作模具钢。 (3)基体钢及低碳高速钢。 (4)新型冷作模具钢。,部 分 冲 裁 模,典型冲压模及产品,二、碳素及低合金模具钢,1、碳素模具钢 常用的冷变形模具钢有:T8A、T10A、T12A等。 特点：可加工性好；价格便宜。 缺点：淬透性差、耐磨性差、淬火变形大、寿命低 用途：制造尺寸不大，形状简单，负荷不大的模具或硬化层不深、要求高韧性的冷镦模,2、低合金冷变形模具钢 常用低合金冷变形模具钢有9Mn2V 、CrWMn 、GCr15、9SiCr等。 性能特点：和碳素工具钢相比，这类钢的淬透性比较高，热处理变形较小，耐磨性也较好。 用途：
23、制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对较高的模具。,9Mn2V特点：,Mn淬透性，D油= 30mm；Mn MS，AR约2022%，变形小； V能克服Mn缺点,过热敏感性，细化晶粒； 硬度稍低，回稳性较差 200以下回火； VC使钢的磨削性能变差。各种类型的中小冷作模具都可采用。,三、高铬及中铬冷作模具钢 高C高铬冷作模具钢 成分特点：较高的C（1.42.3%）、大量的Cr （1113%)、少量的Mo、V。Mo（W）、V的作用：提高回火稳定性、增加淬透性、细化组织、改善韧性。 主要钢号：Cr12：2-2.3%C，12%Cr。Cr12MoV：1.45-1.7%C，12%Cr， 0.5%Mo，
24、0.2%V。,2、高碳高铬冷变形模具钢热加工与热处理,高碳高铬冷变形模具钢的锻造与退火： 高碳高铬型钢的组织和性能与高速钢有许多相似之处，也属于莱氏体钢。铸态组织也有共晶莱氏体存在，必须通过轧制或锻造，破碎共晶碳化物，也减少碳化物的不均匀分布。 锻造后通常采用等温球化退火进行软化。A1温度为800820，所以等温球化退火的加热温度一般为850870，保温3h4h；退火等温温度为720740，保温6h8h，炉冷至小于500出炉空冷。 等温球化退火后的组织与高速钢的退火组织相似，为索氏体型珠光体+粒状碳化物。退火后硬度为207267HB。,高碳高铬型钢的淬火、回火处理有下列两种工艺方法 ： (1)
25、一次硬化处理 采用较低的淬火温度并进行低温回火。 选用较低的淬火温度，晶粒较细，钢的强度和韧性较好。通常Cr12MoV钢选用9801030淬火，如希望得到较高的硬度，淬火温度可取上限。 回火温度一般在150-170。硬度HRC61-63。回火温度升高时硬度降低,但强度和韧性提高。 大多数Cr12型钢制作冷变形模具均采用此工艺。,(2)二次硬化处理 在较高的温度淬火（如，对Cr12MoV采用10501080的淬火温度），然后进行多次（23次）高温回火（490520），以达到二次硬化的目的。这样可以获得高的回火稳定性，但稍降低钢的强度和韧性。 二次硬化处理适于工作温度较高(400-500)且负荷不
26、大或淬火后表面需要氮化的模具。,Cr12MoV钢的硬度、残余奥氏体量与淬火温度的关系,高碳高铬冷变形模具钢具有以下特点： 高的耐磨性和硬度：回火时析出淬火溶解的大量碳化物M7C3。 高的淬透性：淬火加热时A中溶解了大量合金元素Cr 、Mo等，提高过冷奥氏体稳定性。直径大于200300mm的工模具，可以完全淬透。 淬火变形小：通过调节淬火温度来调节淬火组织中残余A的量，从而调节淬火变形量（？）。 高的红硬性：高温回火处理产生二次硬化 铸态组织为高碳亚共晶组织；淬火加热时有大量未溶碳化物 （Cr7C3），耐磨性好。 碳化物不均匀比较严重：（？）需通过锻造或轧制来改善其分布的均匀性。,四、高碳中铬模
27、具钢,1 中铬模具钢的成分和特点 典型钢种：Cr6WV、Cr4W2MoV和Cr5Mo1V。W、Mo、V的作用同高C高Cr 模具钢。 含碳量相对低、铬量低，属于过共析钢，但仍有部分莱氏体共晶。碳化物以Cr7C3为主，并有少量M6C和MC型。碳化物分布较均匀（？），退火态含有15%左右的碳化物。 耐磨性好、热处理变形小，适用于既要求耐磨性又具有一定韧性的模具。,Cr6WV淬火温度通常采用960-980，热油淬火，150-200回火，硬度HRC58-62。淬火温度提高，可获得最高的硬度和淬透性。耐磨性低于Cr12钢，但有较好的强韧性。 Cr4W2MoV：因含有V，能细化奥氏体晶粒，可采用一次硬化法（
28、960980 淬火，260320 回火1h，2次）和二次硬化法（10201040 淬火，500540 回火12h，3次），耐磨性，回火稳定性比Cr6WV强。,4.5 热作模具钢,使热或液态金属获得所需形状,模具是在反复受热和冷却条件下工作.模具受 热时间越长，受热程度就越严重.许多模具还受到较大冲击力。工作条件苛刻,模具钢应具有高抗热塑性变形能力、高 韧性、高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性,服役条件,技术 要求,钢碳含量质量分数一般在0.30.6%，还加 入Cr、Mo、W、Si、Mn、V等合金元素，以 提高钢的各种性能。根据工作条件热作模具钢可分为三大类： 热锤锻模具钢，热挤压、热鐓锻及精锻模具钢
29、 和压铸模用钢。,一、热锻模钢 1. 工作条件(1) 冲击负荷大。(2) 压应力，张应力和弯曲应力大。；(3) 热疲劳。表面反复加热到400，再冷却。(4) 摩擦。,2、性能要求(1) 高的强度和高的冲击韧性；(2) 一定的硬度和耐磨性（HRC3347）(3) 高的淬透性,使模具钢整体性能均匀(4) 良好的导热性；(5) 优良的耐热疲劳。,C：一般在0.450.60%，以保证一定硬度和冲击韧度。Cr：一般1%左右，淬透性，回稳性，改善AK；Ni：能 AK ，和Cr共同作用钢淬透性；Mn：主要代Ni，但Mn 过热敏感性和回火脆性。Si：能强度、回稳性和耐热疲劳性，Si量1% 。Mo、V：有效地细
30、化晶粒，过热倾向，回稳性。Mo（W）最重要的作用是钢的回火脆性. 所以，不但热锤锻模钢都含有Mo元素，其他热作模具钢也都 用Mo（W）合金化。,使用最广泛的是5CrNiMo和5CrMnMo钢 。,成分特点,二、热挤压模和压铸模钢 1、工作条件(1) 使高温金属挤压变形或凝固；(2) 反复加热、冷却，因和高温金属接触时间长，其热疲劳和热冲刷比热锻模严重。(3) 高温金属或金属液流的腐蚀作用。,铝合金压铸模,2. 性能要求(1) 良好的高温机械性能（强度、韧性、耐磨性）；(2) 优良的抗热烧蚀性能（包括：耐热疲劳性和抗氧化性）和抗热冲刷能力(3) 耐腐蚀性。 （4）良好的导热能力 （5）高的淬透性
31、,压铸模具钢的选择首先要根据浇注金属的温度 和浇注金属的种类来决定。,锌合金、铝合金、镁合金是低熔点的金属合金，可 以选择30CrMnSi、40Cr、5CrMnMo等低合金钢来制 造压铸模具。如压铸锌合金的模具可采用5CrMnMo 钢，也可使用40Cr调质钢.,压铸铝、镁合金的模具目前常选用3Cr2W8V、H13 和4Cr5MoSiV1钢,铜合金和黑色金属的熔点比较高采用难熔金属为基 的合金，如钼基合金、钨基合金等,三、塑料模具用钢 对塑料模的要求：,加工表面应有高的光洁度，所以要求模具材料夹杂物少，组织均匀，表面硬度高； 表面耐磨耐蚀，能长期保持表面光洁度； 有足够的强韧性，能承受一定负荷而
32、不变形； 变形要小，以保证互换性和配合精度。,塑料模具用钢范围非常广泛，作为塑料模具 专用钢并已纳入国家标准的仅有十余个.,塑料模制造成本高，材料费只占模具成本 的一小部分，一般在10 20%，有时甚至低于 10%。因此模具材料一般是优先选用工艺性好、 性能稳定和使用寿命长的材料。 常用牌号有SM4Cr5MoSiV、 SM2Cr13 等。（S代表塑料、M代表模具）,四、热变形模具钢的化学成分、热处理,1、成分： 与合金调质钢相似，C0.5%（个别可达0.60.7%），保证钢具有足够的韧性； 含有Cr 、Mn、Ni、Si等合金元素，强化铁素体和增加淬透性，属于亚共析钢； 为防止回火脆性，提高热强
33、性、热疲劳性和耐磨性，需要加入W、Mo、Cr 、Si。具有高的热强性、热疲劳性和耐磨性是热变形模具钢在性能上区别合金调质钢的重要特点。,2、热处理 最终热处理：淬火+高温回火。获得回火屈氏体或回火索氏体组织。保证高韧性、高温热强性和高温热疲劳性。 W、Mo 、V等碳化物在回火时析出，产生二次硬化，使模具钢在较高温度下仍然保持相当高的硬度，这是热变形模具钢正常工作的重要条件之一。,五、常见的热变形模具钢,1、使用最广泛的锤锻模钢中是5CrNiMo和5CrMnMo钢 。用于制造负载重、形状复杂、高强和高韧的大型锻模、 2、常见的热挤压模具钢种有：Cr 系、W系和Mo 系。 Cr 系：Cr5MoSi
34、V、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2SiV等常用。含5%的Cr，淬透性较高，较高的强度和韧度，抗氧化性较好。常用于制造尺寸不大的热锻模、钢及铜的热挤压模、铝及铜合金的压铸模等。 W系： 3Cr2W8V钢使用最多，具有高的热稳定性、耐磨性，但韧度和抗热疲劳性较差。国外已停用。,铬系：,4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2SiV等常 用。淬透性较高，较高的强度和韧度，抗氧化性 较好。常用于制造尺寸不大的热锻模、钢及铜的 热挤压模、铝及铜合金的压铸模等。,3Cr2W8V钢使用最多，具有高的热稳定性、 耐磨性，但韧度和抗热疲劳性较差。国外已基 本停止，以H13代之。,钨系：,4.6
35、 量具钢,一、量具用钢应具有的基本性能 摩擦、高精度和稳定性应具备以下性能： 高硬度（一般5864HRC）和高耐磨性； 高的尺寸稳定性（这就要求组织稳定性高）； 低的表面粗糙度 一定的韧性（防撞击与折断）和特殊环境下的耐蚀性。,二、量具钢的选择,1.低合金工具钢 ：CrWMn、GCr15 淬透性高淬火变形小 耐磨尺寸稳定精度高的块规、塞规等。 2.其它钢种选择1）碳素工具钢：T10A、T12A 等淬透性低淬火变形大精度低、尺寸小、形状简单的卡尺、量规等。2）表面硬化钢：渗碳钢（20Cr）调质钢（55）精度不高、形状简单、受冲击的卡规、直尺、样板、大型量具等；表面淬火及专用氮化钢（38CrMoA
36、lA）高耐磨、耐蚀、高尺寸稳定性。3）不锈钢：4Cr13、9Cr1 耐磨、耐腐蚀（在腐蚀条件下工作）,三、量具钢的热处理特点,要求尽量变形；组织稳定 淬火加热时进行预热； 在保证力学性能的前提条件下淬火温度，（碳化物溶解少）AR。 淬火后立即冷处理,4.7 其它类型工具用钢 1、耐冲击用钢,切边、冲孔 、剪切等,剪切力和一般模具比，刃口薄 冲击力和刃具比，冲击力大,耐磨性 韧度高,韧度 耐磨,C%，回稳性, 形成稳定K,+ Si、W + W、V,中高碳，0.40.6%低合金，+ W、Si、V、Cr,常用钢号4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等。Si、Cr：低温回火稳定性，并推迟低回
37、脆 性区，因此可回火温度到280，而得到较高 的韧度，特别是Si元素更为有效；这些元素都 淬透性、强度和耐磨性。W：进一步耐磨性和细化晶粒，W还能有效 地回火脆性，所以含W钢可在430470回 火，可得到更好的韧度。,2、塑料模具用钢 对塑料模的要求：,加工表面应有高的光洁度，所以要求模具材料夹杂物少，组织均匀，表面硬度高； 表面耐磨耐蚀，能长期保持表面光洁度； 有足够的强韧性，能承受一定负荷而不变形； 变形要小，以保证互换性和配合精度。,塑料模具用钢范围非常广泛，作为塑料模具 专用钢并已纳入国家标准的仅有十余个.,塑料模制造成本高，材料费只占模具成本 的一小部分，一般在10 20%，有时甚至
38、低于 10%。因此模具材料一般是优先选用工艺性好、 性能稳定和使用寿命长的材料。常用牌号有SM4Cr5MoSiV、 SM2Cr13 等。,小 结,耐磨性与韧度的合理配合是工具钢的主要矛 盾。工具钢的合金化和热处理工艺基本上都是 围绕这主要矛盾进行优化设计的.,在工艺措施上，经常采用预热、预冷，淬火 常用等温、分级、双液淬火等方法，并且需要 及时回火。尽可能地降低淬火应力、减小变形 开裂倾向和稳定组织。,组织控制:在淬火加热时K的溶解量决定了 基体的含碳量和合金度，在回火过程中组织性 能主要取决于回火温度。K的形状、大小、数 量和均匀性对工具的性能有很大的影响,工具钢的锻造和预处理工艺非常重要，它决 定了工具钢最终热处理前的组织状态，特别是 K的形态和分布，这是保证最终热处理性能质 量的基本前提。,
