冲压模具材料的选用及热处理要求 一. 冲裁模具材料的选用及热处理要求选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量，若批量不大就没有必要选择高 寿命的模具材料；还应考虑被冲工件的材质，不同材质适用的模具材料亦有所不 同。对于冲裁模具，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳 化物等硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则 耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性的劣优依次 为碳素工具钢合金工具钢 基体钢高碳高铬钢高速钢钢结硬质合金硬质合金。此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材 料选择的影响。1.传统模具用钢长期以来，国内薄板冲裁模用钢为T10A、CrWMn、9Mn2V、Crl2 和 Cr12MoV 等。其中T10A为碳素工具钢，有一定强度和韧性。但耐磨性不高，淬火容易 变形及开裂，淬透性差，只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。T10A碳素工具钢的热处理工艺为：760810 C水或油淬，160180 C 回火，硬度5962HRC。CrWMn、9Mn2V是高碳低合金钢种，淬火操作简便，淬透性优于碳素工具 钢，变形易控制。但耐磨性和韧性仍较低，应用于中等批量、工件形状较复杂的 冲裁模具。CrWMn钢的热处理工艺为：淬火温度820840 C油冷，回火温度 200 C,硬度6062HRC。9Mn2V钢的热处理工艺为：淬火温度780820 C油冷， 回火温度150200 C,空冷，硬度6062HRC。注意回火温度在200300 C范围 有回火脆性和显著体积膨胀，应予避开。Cr12和Cr12MoV为高碳高铬钢，耐磨性较高，淬火时变形很小，淬透性 好，可用于大批量生产的模具，如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀 性，易产生碳化物偏析，冲裁时容易出现崩刃或断裂。其中，Cr12含碳量较高， 碳化物分布不均比Cr12MoV严重，脆性更大一些。Cr12型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求，当模具要求比较小 的变形和一定韧性时，可采用低温淬火、回火（Cr12为950980 C淬火， 150200 C 回火；Cr12MoV 为 10201050 C淬火，180200 C 回火）。若要提 高模具的使用温度，改善其淬透性和红硬性，可采用高温淬火、回火（Cr12为 10001100 C淬火,480500 C回火；Cr12MoV 为 11101140 C淬火,500520 C 回火 ）。高铬钢在275375 C区域有回火脆性，应予避免。2.常用模具新钢种为了弥补传统模具钢种性能的不足，国内开发或引进了以下性能较好的冲 压模具用钢：（1） Crl2MolVl（代号D2）钢为仿美国ASTM标准中的D2钢引进 的 钢种，属Cr12型钢。由于D2钢中Mo、V含量增加，细化了晶粒，改善了碳化物 的分布状况，因此D2钢的强韧性（冲击韧度、抗弯强度、挠度）比Cr12MoV钢 有所提高，耐磨性和抗回火稳定性也比Cr12MoV更高。可用深冷处理，提高硬度 并改善尺寸稳定性。用D2钢制作的冲裁模具寿命要高于Cr12MoV钢模具。D2钢的锻造性能和热塑成形性比Cr12MoV钢略差，机械加工性能和热处 理工艺与Cr12型钢相似。（2）Cr6WV钢 为高 耐磨微 变形高碳中铬钢，碳、铬含量均低于Cr12 型钢，碳化物的分布状态较Cr12MoV均匀，具有良好的淬透性。热处理变形小， 机械加工性能较好。抗弯强度、冲击韧度优于Crl2MoV,只是耐磨性略低于Cr12 型钢。用于承受较大冲击力的高硬度、高耐磨板料冲裁模，其效果好于Cr12型 钢。钢的常用热处理工艺为：淬火温度9701 000C, 般可热油或硝盐分 级淬火冷却，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后应立即回火，回火温度160210 C，硬度 58 62HRC。（3）Cr4W2MoV钢 也是高 耐磨微 变形高碳中铬钢，替代Cr12型钢 而研制的钢种，碳化物均匀性好，耐磨性高于Cr12MoV，适于制作形状复杂、尺 寸精度要求高的冲压模具，可用于硅钢片冲裁模。Cr4W2MoV钢的热处理工艺：要求强度、韧性较高时，采用低温淬火、低 温回火工艺：淬火温度960980 C,回火温度280320 C,硬度6062HRC。要 求热硬性和耐磨性较高时，采用高温淬火、高温回火工艺：淬火温度 10201040 C,回火温度 50 0540 C,硬度 6062HRC。（4）7CrSiMnMoV（代号CH-1 ）钢 为 空淬微变形 低合金钢、火焰淬火 钢，可以利用火焰进行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火温度（8001000 C）， 具有良好的淬透性和淬硬性（可达60 HRC以上），强度和韧性较高，崩刃后 能补焊。可代替CrWMn、Cr12MoV钢，制作形状复杂的冲裁模。CH-1钢的推荐热 处理工艺：淬火温度900920 C,油冷，190200 C回火1 3小时，硬度5862 HRC。（5）6CrNiSiMnMoV（代号GD）钢为高韧性低合金钢，淬透性好，空淬变 形小，耐磨性较高。其强韧性显著高于CrWMn和Cr12MoV钢，不易崩刃或断裂。 尤其适用于细长、薄片状 凸模及 大型、形状复杂、薄壁凸凹模。GD钢的推荐热处理工艺：淬火温度870930 C（900 C最佳），盐浴 炉加热（45s/mm）,油冷或 空冷、风冷，175230 C回火2小时，硬度5862 HRC。由于空冷即可淬硬，也可采用火焰加热淬火。(6) 9Cr6W3Mo2V2(代号GM)钢为高耐磨高强 韧 合金钢，各项工艺性能良好，其耐磨性、强韧性、加工性能均优于Cr12型钢，能够用于高速压 力机冲压下的多工位 级进模等 精密模具，是较理想的耐磨、精密冲压模具用钢。GM钢的热处理工艺：淬火温度10801120 C,硬度6466HRC。回火温 度540560 C,回火二次。(7) Cr8MoWV3Si (代号ER5)钢属高耐磨高强韧合金钢，具有较好的电火花加工性能，强度、韧性、耐磨性都优于Cr12型钢，适用于大型精 密冲压模具。用于硅钢片冲裁模，一次 刃 磨寿命为21万次，总寿命高达360 万次，是目前合金钢冲模冲裁硅钢片的较高寿命水平。ER5钢的推荐热处理工艺：对高耐磨性、高强韧性的模具，采用1150 C 淬火，520530 C回火3次； 对重载服役条件下的模具，采用11201130 C 淬火，550 C回火3次。3硬质合金及钢结硬质合金当工件的批量极大时，可以考虑选用硬度和耐磨性比各类模具钢种更高的 硬质合金 或钢结硬质合金。用作模具材料的硬质合金为 钨钴类 ，随着 含钴量 的 增加，韧性及抗弯强度提高而硬度降低。对于承受冲击力较小的模具，可以 选用含钻量较低的YG10X；承受冲击力中等或较大的模具，可以选用含钻量 较高的YG15或YG20。硬质合金的缺点为韧性较差、难以加工，作为模具的工 作部件可以设计为镶拼结构。 钢结硬质合金 的性能介于硬质合金和高速钢之 间，能够机械加工和热处理，可以用于制作复杂的高寿命模具。用作冲裁模的钢 结硬质合金 有DT、GT35、TLMW50、GW50等。冷作模具出现塑性变形失效的主要原因1. 模具材料的强度水平不高；2. 模具材料虽选择正确，但热处理工艺不正确未能发挥模具钢的强韧性，3. 冲压操作不当，发生意外的超载。模具的失效是指模具丧失了正常工作的能力，其生产出来的产品已成为废品。模具的基本失效形式主要有 断裂及开裂、磨损、疲劳及冷热疲劳、变形、腐蚀。模具在工作过程中可能同时出现多种损坏形式，各种 损伤之间又互相渗透、相互促进、各自发展，而当某种损坏的发展导致模具失去正常功能时，则模具失效。 从目前的实际情况来看，导致模具失效的原因主要有以下五种：塑性变形失效；磨损失效；疲劳失效；冷 热疲劳失效；综合因素影响下的失效。(1) 塑性变形失效主要是由于模具材料的强度水平不高；或是热处理工艺不正确，未能达到钢材的最佳强韧性；模具使用不 当引起局部超载发生；对于热作模具高温软化也会导致模具发生热塑性变形失效。塑形变形失效可以导致 模具产生变形，从而最终影响锻件质量。(2) 模具的磨损失效造成模具磨损失效的根本原因就是模具与坯料间的摩擦。但磨损的具体形式和磨损过程则与许多因素有关; 模具在工作过程中的压力、温度、坯料变形速度和润滑状况等。对于热作模具，由于其型腔表面受高温软 化而耐磨性下降，加上氧化皮本身也起到磨料的作用，就决定了其磨损过程显得更为复杂。模具的磨损失 效主要导致了锻模产生磨损，影响了锻件精度。(3) 模具的疲劳失效模具疲劳失效的根本原因就是应力集中和循环载荷。尽管模具受到的载荷有时明显低于其屈服强度，但由 于局部的应力集中，使低的载荷下，在应力集中处仍然会形成微裂纹。而模具通常都在高强度和低塑性状 态下服役，当微裂纹形成后，在模具所受的循环载荷作用下，微裂纹很容易扩展并最终导致疲劳断裂。(4) 模具的冷热疲劳失效对于热作模具，工作时由于与热的坯料互相作用，引起了模具表面温度常升至600900C的范围。为了不 使模具的强度下降，必须要对脱模后的模具喷洒冷却剂，使其降温。这样周而复始，是模具表面反复经历 急冷急热的过程，于模具表面便累积了相当的循环热应力，该应力最终以冷热疲劳的方式进行释放，形成 冷热疲劳裂纹。至于高温氧化、冷却剂的腐蚀以及模具与高温坯料间的摩擦作用则更是加速了冷热疲劳的 这一过程。(5) 综合因素影响下的失效模具由于实际工作条件极为复杂，因此，一副模具上常同时可出现多种损伤形式。这些损伤一旦出现，彼 此间又可能互相促进，最终将加速模具的失效冷冲压模具主要用于金属和非金属材料的冷态成形。热作模具主要用于高温条件下的金属成形，模具是在 高温下承受交变应力和冲击力，工作成形温度往往较高，模具还要经受高温氧化及烧损，在强烈的水冷条 件下经受冷热变化引起的热冲击作用。热作模具作为金属热加工的成形工具，被广泛应用于各类压铸模、 挤压模、热压模和锻模中。它的工作特点是：在一定的负荷下，使炽热的固体金属材料产生一定的塑料变 形，或者使高温的液体金属压铸成形，或者使热的非金属注塑成形。