合金工具钢课件.ppt

钢结硬质合金既有较高的强度和韧性，又有类似硬质合金的高硬度和高耐磨性等优点。可以用于制造标准件的冷锻模及硅钢片冲模等，与钢相比，其寿命可提高几倍到几十倍。 钢结硬质合金按硬化相的不同，可分为WC系和TiC系两大系列。常用的基体成分有碳钢、钼钢、铬-钼钢、奥氏体不锈钢和高速钢等。 Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 二、热作模具钢 背景： 金属热成型的途径： ?锤锻成型 ?挤压成型 ?压铸成型 ?半固态成型 热作模具的类型： ?锤锻模 ?热挤压模 ?压铸模 Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 空气锤 热作模具服役条件：热作模具服役条件的主要共同特点是与热态金属直接接触。 一是模腔表面金属受热（锤锻模模腔表面可达300℃~400℃，热挤压模可达500~800℃，压铸模模腔温度与压铸材料的熔点及浇注温度有关，对于黑色金属高达1000℃以上），使模腔表面硬度和强度显著降低； 二是模腔表面金属在承受反复热、冷的作用下出现热疲劳（龟裂）。因此对热作模具钢的性能要求一方面是高的高温硬度、高的热塑性变形抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性；另一方面是要求钢具有高的热疲劳抗力。 Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 1．热作模具钢的化学成分、热处理工艺特点 热作模具钢的化学成分与合金调质钢相似，一般采用中碳钢（0.3%C~0.6%C）。中碳可以保证钢具有足够的韧性： ?碳含量过低会导致钢的硬度和强度下降； ?碳含量过高，钢的导热性能低，对抗热疲劳有利。 Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 加入Cr、Mn、Ni、Si、W、V等合金元素： ?一方面可以强化铁素体基体和增加淬透性，另一方面这些合金元素还可以提高钢的回火稳定性，并在回火过程中产生二次硬化效应，从而提高钢的高温强度、高的热塑性变形抗力； ?这些合金元素的加入还可以提高钢的临界点，并使模面在交替受热与冷却过程中不致发生容积变化较大的相变，从而提高钢的热疲劳抗力。 由于这类钢的最终热处理是淬火加高温回火。因此为了防止回火脆性，钢种还常加入Mo、W等合金元素。 Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 热作模具钢的热处理： ?热处理工艺：热作模具钢的一般为亚共析钢（合金元素含量高的已属于过共析钢），为了获得热作模具所要求的力学性能，要进行淬火及高温回火。 ?热处理后钢的组织：经淬火及高温回火后，基体组织为回火屈氏体或回火索氏体组织，以保证较高的韧性；合金元素W、Mo、V等碳化物在回火过程中析出，产生二次硬化，使模具钢在较高的温度下仍能保持相当高的硬度。 表4-10 常用的热作模具钢的牌号和化学成分。 Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 2．典型的热作模具钢及应用 锤锻模具用钢： ?锤锻模具服役时的特点： 一是承受冲击负荷作用； 二是锤锻模的截面尺寸相对较大（可达400mm）。因此这类钢对力学性能要求较高，特别是对塑性变形抗力及韧性要求较高；同时要求钢有较高的淬透性，以保证整个模具组织和性能均匀。 Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 常用的锤锻模钢：5CrNiMo、5CrMnMo及4CrMnSiMoV等，其化学成分与调质钢相近，只是对于强度和硬度要求更高些，因此需要将钢的碳含量作适当提高。 其中5CrNiMo和5CrMnMo钢是使用最广泛的锤锻模用钢。 5CrMnMo钢与5CrNiMo钢的性能相近，但韧性稍低（αk≈20~40J/cm2）。此外，5CrMnMo钢的淬透性和热疲劳性能也稍差，它适于代替5CrNiMo钢制造受力较轻的中、小型锻模。 Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 ? 5CrNiMo钢经淬火并在500℃~600℃回火后，具有较高的硬度（40HRC~48HRC）和高的强度及冲击韧性（σb=1200~140MPa，αk=40~70J/cm2）。500℃时的高温强度极限较高（σb=900MPa）当回火温度超过500℃~550℃时，钢的强度下降较快，而塑性、韧性迅速升高。 ? 5CrNiMo钢适于制造形状复杂、冲击负荷重且要求高强度和较高韧性的大型模具。 Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 热挤压模具钢： ?热挤压模具钢的特点：主要要求有高的热稳定性，较高的高温强度、耐热疲劳性以及高的耐磨性。 ?热挤压模具钢的类型：基本上可以分为三类，即Cr系、W系和Mo系。其中应用较广泛的是Cr系和W系。典型的钢种是4Cr5MoSiV1，3Cr2W8V Chapter 4 合金工具钢 4.3 合金模具钢 Cr系热作模具钢： 合金化：含约5%Cr，并加入W、Mo、V、Si。 ?由于含Cr较高，并加入1%Mo，淬透性高； ?钢中含有Cr和Si，这不仅提高了