沖壓模具材料的選用及熱處理要求

一. 沖裁模具材料的選用及熱處理要求

   選用沖裁模具材料應考慮工件生產的批量，若批量不大就沒有必要選擇高壽命的模具材料；還應考慮被沖工件的材質，不同材質適用的模具材料亦有所不同。對于沖裁模具，耐磨性是決定模具壽命的重要因素，鋼材的耐磨性取決于碳化物等硬質點相的狀況和基體的硬度，兩者的硬度越高，碳化物的數量越多，則耐磨性越好。常用沖壓模具鋼材耐磨性的劣優依次 為碳素工具鋼—合金工具鋼—基體鋼—高碳高鉻鋼—高速鋼—鋼結硬質合金—硬質合金。

   此外還必須考慮工件的厚度、形狀、尺寸大小、精度要求等因素對模具材料選擇的影響。

1.傳統模具用鋼   長期以來，國內薄板沖裁模用鋼為T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12和Cr12MoV等。

   其中T10A為碳素工具鋼，有一定強度和韌性。但耐磨性不高，淬火容易變形及開裂，淬透性差，只適用于工件形狀簡單、尺寸小、數量少的沖裁模具。

    T10A碳素工具鋼的熱處理工藝為：760~810 ℃水或油 淬，160~180 ℃回火，硬度59~62HRC。

    CrWMn、9Mn2V是高碳低合金鋼種，淬火操作簡便，淬透性優于碳素工具鋼，變形易控制。但耐磨性和韌性仍較低，應用于中等批量、工件形狀較復雜的沖裁模具。CrWMn鋼的熱處理工藝為：淬火溫度820~840 ℃油冷 ，回火溫度200 ℃，硬度60~62HRC。9Mn2V鋼的熱處理工藝為：淬火溫度780~820 ℃油冷 ，回火溫度150~200 ℃，空冷，硬度60~62HRC。注意回火溫度在200~300 ℃范圍有回火脆性和顯著體積膨脹，應予避開。

    Cr12和Cr12MoV為高碳高鉻鋼，耐磨性較高，淬火時變形很小，淬透性好，可用于大批量生產的模具，如硅鋼片沖裁模。但該類鋼種存在碳化物不均勻性，易產生碳化物偏析，沖裁時容易出現崩刃 或斷裂。其中，Cr12含碳量較高，碳化物分布不均比Cr12MoV嚴重，脆性更大一些。

    Cr12型鋼的熱處理工藝選擇取決于模具的使用要求，當模具要求比較小的變形和一定韌性時，可采用低溫淬火、回火（Cr12為950~980 ℃淬火，150~200 ℃回火；Cr12MoV為1020~1050 ℃淬火，180~200 ℃回火）。 若要提高模具的使用溫度，改善其淬透性和紅硬性，可采用高溫淬火、回火 （Cr12為1000~1100 ℃淬火，480~500 ℃回火；Cr12MoV為1110~1140 ℃淬火，500~520 ℃回火 ）。

   高鉻鋼在275~375 ℃區域有回火脆性，應予避免。

2.常用模具新鋼種  

   為了彌補傳統模具鋼種性能的不足，國內開發或引進了以下性能較好的沖壓模具用鋼：

   （1）Cr12Mo1V1（代號D2）鋼   為仿美國ASTM標準中的D2鋼引進 的鋼種，屬Cr12型鋼。由于D2鋼中Mo、V含量增加，細化了晶粒，改善了碳化物的分布狀況，因此D2鋼的強韌性（沖擊韌度、抗彎強度、撓度）比Cr12MoV鋼有所提高，耐磨性和抗回火穩定性也比Cr12MoV更高?？捎蒙罾涮幚?，提高硬度并改善尺寸穩定性。用D2鋼制作的沖裁模具壽命要高于Cr12MoV鋼模具。

    D2鋼的鍛造性能和熱塑成形性比Cr12MoV鋼略差，機械加工性能和熱處理工藝與Cr12型鋼相似。

   （2）Cr6WV鋼  為高 耐磨微 變形高碳中鉻鋼，碳、鉻含量均低于Cr12型鋼，碳化物的分布狀態較Cr12MoV均勻，具有良好的淬透性。熱處理變形小，機械加工性能較好?？箯潖姸?、沖擊韌度優于Cr12MoV， 只是耐磨性略低于Cr12型鋼。用于承受較大沖擊力的高硬度、高耐磨板料沖裁模，其效果好于Cr12型鋼。

   鋼的常用熱處理工藝為：淬火溫度9701 ~ 000℃，一般可熱油或硝鹽分級淬火冷卻，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后應立即回火，回火溫度160210 ~ ℃，硬度58 ~ 62HRC。

   （3）Cr4W2MoV鋼  也是高 耐磨微 變形高碳中鉻鋼，替代Cr12型鋼而研制的鋼種，碳化物均勻性好，耐磨性高于Cr12MoV，適于制作形狀復雜、尺寸精度要求高的沖壓模具，可用于硅鋼片沖裁模。

    Cr4W2MoV鋼的熱處理工藝：要求強度、韌性較高時，采用低溫淬火、低溫回火工藝：淬火溫度960~980 ℃，回火溫度280~320 ℃，硬度60~62HRC。要求熱硬性和耐磨性較高時，采用高溫淬火、高溫回火工藝：淬火溫度1020~1040 ℃，回火溫度50 0~540 ℃，硬度60~62HRC。

   （4）7CrSiMnMoV(代號CH-1)鋼  為 空淬微變形 低合金鋼、火焰淬火鋼，可以利用火焰進行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火溫度（800~1000 ℃），具有良好的淬透性和淬硬性 （可達60 HRC以上），強度和韌性較高，崩 刃 后能補焊?？纱鍯rWMn、Cr12MoV鋼，制作形狀復雜的沖裁模。CH-1鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度900~920 ℃， 油冷 ，190~200 ℃回火1~3小時，硬度58~62 HRC。

   （5）6CrNiSiMnMoV(代號GD)鋼 為高韌性低合金鋼，淬透性好，空淬變形小，耐磨性較高。其強韌性顯著高于CrWMn和Cr12MoV鋼，不易崩刃或斷裂。尤其適用于細長、薄片狀 凸模及 大型、形狀復雜、薄壁凸凹模。

    GD鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度870~930 ℃（900 ℃最佳 ），鹽浴爐加熱（45s/mm）， 油冷或 空冷、風冷 ，175~230 ℃回火2小時，硬度58~62 HRC。由于空冷即可淬硬 ，也可采用火焰加熱淬火。

   （6）9Cr6W3Mo2V2(代號GM)鋼   為高耐磨高強 韌 合金鋼，各項工藝性能良好，其耐磨性、強韌性、加工性能均優于Cr12型鋼，能夠用于高速壓力機沖壓下的多工位 級進模等 精密模具，是較理想的耐磨、精密沖壓模具用鋼。

    GM鋼的熱處理工藝：淬火溫度1080~1120 ℃，硬度64~66HRC?；鼗饻囟?40~560 ℃，回火二次。

   （7）Cr8MoWV3Si (代號ER5)鋼    屬高耐磨高強 韌 合金鋼，具有較好的電火花加工性能，強度、韌性、耐磨性都優于Cr12型鋼，適用于大型精密沖壓模具。用于硅鋼片沖裁模，一次 刃 磨壽命為21萬次，總壽命高達360萬次，是目前合金鋼沖模沖裁硅鋼片的較高壽命水平。

    ER5鋼的推薦熱處理工藝：對高耐磨性、高強韌性的模具，采用1150 ℃淬火，520~530 ℃回火3次； 對重載服役條件下的模具，采用1120~1130 ℃淬火，550 ℃回火3次。

3．硬質合金及鋼結硬質合金   

   當工件的批量極大時，可以考慮選用硬度和耐磨性比各類模具鋼種更高的硬質合金 或鋼結硬質合金。用作模具材料的硬質合金為 鎢鈷類 ，隨著 含鈷量的 增加，韌性及抗彎強度提高而硬度降低。對于承受沖擊力較小的模具，可以選用 含鈷量較低 的YG10X；承受沖擊力中等或較大的模具，可以選用 含鈷量較高 的YG15或YG20。硬質合金的缺點為韌性較差、難以加工，作為模具的工作部件可以設計為鑲拼結構。 鋼結硬質合金 的性能介于硬質合金和高速鋼之間，能夠機械加工和熱處理，可以用于制作復雜的高壽命模具。用作沖裁模的鋼結硬質合金 有DT、GT35、TLMW50、GW50等。