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【收藏版】工模具钢百科知识大全

点击次数:823  更新时间:2023-07-11

工模具钢在现代工业中的应用非常的广泛并且占据着非常的重要性及不可磨来性,被誉为“现代工业之母",其中工模具钢是模具重要的组成部分,也是模具材料中应用较为广泛的材料,是工模具制造产业重要的物质载体和技术基础,其品种、规格、质量对工模具的性能、使用寿命和制造周期起着决定性的作用。

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一、什么是工模具钢?


工模具钢是用来制造刃具、模具和量具的钢种。

工模具钢分类

工模具钢


二、刃具用钢


性能要求


①、高切断抗力,防止折断、崩刃和变形

②、高的耐磨性,防止过早和过量磨损破坏

③、高硬度,使其具有高耐磨性

④、高的弯曲强度和足够的韧性

⑤、高的热稳定性:防止高温工作下软化导致耐磨性下降

刃具钢分类

刃具钢


三、碳素工具钢


含碳量:0.65~1.35%,足够高的硬度和较好的耐磨性。

优点:易于锻造及切削加工、价格便宜。

缺点:淬透性差、回火抗力差

典型钢号:T7~T13,只能制作尺寸小、形状简单、切削速度低、低温(<200℃),不受大冲击的工具。

碳素工具钢特点


热处理工艺


热处理:球化退火+淬火+低温回火


1、预先热处理一球化退火


其目的是获得粒状P,降低硬度便于切削加工、并为淬火作组织准备;

若锻造组织不良(如出现网状碳化物缺陷),则应在球化退火之前先进行正火处理,以消除网状碳化物;


2、最终热处理一淬火+低温回火(回火温度一般180~200℃)


正常组织为隐晶M+细粒状渗碳体及少量AR

缺点:淬透性低,组织稳定性低,耐磨性不够


四、低合金工具钢


弥补碳素刃具钢的不足

高碳:碳含量为0.8%~1.5%,以保证钢淬火后具有高硬度和高耐磨性。

主要合金元素:Cr、Mn、Si、W和V等。

低合金钢元素作用


热处理工艺


热处理:球化退火+淬火+低温回火


1、预先热处理一球化退火

其目的是获得粒状P,降低硬度便于切削加工、并为淬火作组织准备;

球化退火采用等温退火,由退火温度以30~40℃/h冷至700℃,等温4h,再炉冷至600℃出炉。


2、最终热处理一淬火+低温回火

淬火温度A。1+(30~50℃),碳化物不全溶阻碍晶粒长大;

油冷、熔盐分级淬火、等温淬火,以减少变形和开裂。


五、高速工具钢


高速钢:高碳高合金元素,为适应高速切削的需要而发展起来的一种合金工具钢。

量具钢

高速钢广泛用于制造尺寸大、切削速度快、负荷重及工作温度高的各种机加工工具。如车刀、刨刀、拉刀、钻头等,也可用来制造高耐磨性的冷作模具。


常用牌号


通用型

钨系,代表牌号W18Cr4V(18-4-1),M1

钨-钼系,代表牌号W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2),M2


高性能

高碳高钒型,代表牌号W6Mo5Cr4V3(6-5-4-3)

一般含钴型,代表牌号W18Cr4VCo%(18-4-1-5)

高钒含钴型,代表牌号W12Cr4V5Co5(12-4-5-5)

超硬型,代表牌号W7Mo4Cr4V2Co5(7-4-4-2-5)


热处理工艺


锻造→球化退火→机加工→淬火/回火


1、预先热处理一球化退火


高速钢Ac1在820~840℃,退火温度860~880℃;

可分为一般退火和等温退火两种。


最终热处理-淬火十回火


淬火

淬火加热须预热(800~850℃),截面大形状复杂的可500~600℃再加一次预热;

淬火加热温度高于1200℃,保证M中合金元素含量,从而获得二次硬化效果;

一般油淬,通常采用分级或等温淬火,减少变形,提高韧性。


回火

回火温度高,560℃左右,提高韧性,产生二次硬化效果;

一般进行三次回火。


六、模具钢


模具是机械制造、无线电仪表、电机电器等工业部门门中制造零件的主要加工工具。


分类


1、冷作模具钢

常温下使金属塑性变形所用的模具,如冷挤压模、冷拉伸模。


2、热作模具钢

使热态、液态金属成型所用模具,如锤锻模、热挤压模、压铸模。


3、塑料模具钢

塑料成型所用的模具。


七、冷作模具钢


常温下使金属材料变形的模具用钢,如冲裁、冷挤压、冷镦、冷拉伸等模具。

冷作模具钢受力特点及性能要求


1、与刃具钢的异同

共同点:高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性,以保证冲压过程的顺利进行;

不同之处:更高的耐磨性;较高的韧性;模具尺寸大、形状复杂,所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。


2、碳素及低合金模具钢

碳素及低合金钢特点用途对比


6CrMnNiMoVSi(代号GD钢)国内研制并推广的高强韧性低合金冷作模具钢


成分:C0.69、Cr1.15、Mn0.85、Ni0.85、Mo0.45、V0.18、Si0.7

特点:强韧性高,淬火温度范围宽,淬火变形小,耐磨性较好;

GD钢代替常用的低合金工具钢CrWMn,9SiCr,GCr15及部分高铬模具钢Cr12型钢,用于易崩刃、易开裂的各类冷作模具,模具使用寿命长。


3、高铬和中铬模具钢

特点:较碳素、低合金工具钢,具有更好的耐磨性、淬透性,淬火变形微小;

用途:制造负荷大,生产批量大,耐磨性要求高,热处理变形要求小,形状复杂的冷作模具。


1)、高铬冷作模具钢

常用钢号:Cr12和Cr12MoV,用于制造冷冲模、挤压模等。


2、中铬冷作模具钢

C:约1%,Cr:5%-7%,少量W、Mo、V,较高铬加工性能、韧性好适用于既要求耐磨性又具有一定韧性的模具。

中铬冷作模具钢特点


4、高速钢类模具钢


要求:较刃具用高速钢具有更高的强、韧性,不要求红硬性。


4.1、低碳高速钢

6W6Mo5Cr4V(6W6)我国研制的一种低碳;

高速钢高速钢W6Mo5Cr4V2基础.上降碳降钒→↓碳化物不均匀性,冲击韧度↑50%;

代替高速钢或Cr12型钢制作易于脆断或劈裂的冷挤压冲头或冷镦冲头,可成倍地提高模具的使用寿命。


4.2、基体钢

基体钢:成分相当于高速钢淬火组织中基体成分的钢种;

与高速钢比,过剩碳化物少,颗粒细小均匀→冲击韧度和疲劳强度都较好,同时也保持了较高的耐磨性和红硬性。不仅适于冷作模具,也可用于热作模具。

牌号:6Cr4W3M02VNb、6Cr4Mo3Ni2WV、5Cr4Mo3SiMnVAl


八、热作模具钢


热作模具钢:使热态金属或液态金属成形的模具用钢。包括锤锻模、热挤压模和压铸模。


应用与性能要求

热作模具钢工作条件及性能要求

化学成分

中碳0.3~0.6%;

合金元素:

热作模具钢合金元素

合金元素还可提高材料的共析温度,保证材料高温组织和性能稳定性,提高了其抗热疲劳能力


分类


1)、热锤锻模:高温下,冲击加压使金属成形

2)、热挤压模:冲头和凹模

3)、压铸模:高压下使熔融金属成形


1、锤锻模与大型压力机锻模用钢

锤锻模:工作时冲击负荷很大,工作温度不太高(300~400℃);

大型压力机锻模:截面大,碳化物不均匀性升高,特别降低心部冲击韧度。选用高韧性热作模具钢制作。

锤锻模与大型压力机锻模用钢


2、热挤压模与中小型压力机锻模用钢


工作条件:

工作温度高(550~900℃,与热金属接触时间长或坯料温度高);

工作温度高(550~900℃,与热金属接触时间长或坯料温度高)热应力大(急冷急热);

工作条件比锤锻模具更加恶劣。


性能要求:

更高的高温强度和热稳定性,更好的热疲劳、热磨损抗力及较好的韧性。

热作模具钢三系特点

3、压铸模用钢


工作条件:

高压下反复与熔融金属接触,承受一定压力、交变应力和摩擦、腐蚀。


性能要求:

高温力学性能好,高温下保持高强度、硬度和耐磨性及足够的韧性;

优良的热:疲劳抗力;

高的导热性;

良好的耐蚀性。

压铸模用钢


九、塑料模具钢


工作条件

工作温度:150~250℃,工作压力:40~150MPa;

与冷、热模具用钢比力学性能要求较低,但要求形状复杂、尺寸精密、光洁、耐蚀。


性能要求

●抛光性能好,要求材质纯净,组织致密。

●切削加工、冷挤成形性好,热处理变形小。

●表面高硬度、耐磨耐蚀,保证尺寸精度、表面质量长期不变。

●有足够的强度和韧性,能承受负荷不变形和不破损。


十、量具钢


制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。


性能要求

高的硬度和耐磨性,避免接触磨损而发生尺寸改变;

组织稳定,避免热处理后M分解,残余A转变及残余应力引起尺寸变化;

低的表面粗糙度,保证紧密接触和贴合,要求钢材纯净,组织致密;

耐蚀性。


钢种选用

低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火;

碳素工具钢、低合金工具钢,两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具;

滚动轴承钢、冷作模具钢,用于制造精密量具;

不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。


手持式光谱仪在工模具钢的应用


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