常用的冷沖壓模具材料

1、沖壓模具工作零件材料的要求 沖壓模具工作時要承受沖擊、振動、摩擦、高壓和拉伸、彎扭等負荷，甚至在較高的溫度下工作（如冷擠壓），工作條件復(fù)雜，易發(fā)生磨損、疲勞、斷裂、變形 等現(xiàn)象。因此，對模具工作零件材料的要求比普通零件高。由于各類沖壓模具的工作條件不同，所以對模具工作零件材料的要求也有所差異。.沖裁模材料的要求對于薄板沖裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度， 而對厚板沖裁 模除了要求具有高的耐磨性、抗壓屈服點外，為防止模具斷裂或崩刃，還應(yīng)具 有高的斷裂抗力、較高的抗彎強度和韌性。.拉深模材料的要求要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、 一定的強韌性以及較

2、好的切削加工性能，而且熱處理時變形要小。.冷擠壓模材料的要求要求模具工作零件有高的強度和硬度、 高耐磨性，為避免沖擊折斷，還要求有一 定的韌性。由于擠壓時會產(chǎn)生較大的升溫，所以還應(yīng)具有一定的耐熱疲勞性和熱 硬性11.2.2沖壓模具材料的種類及特性制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鋅基合金、低熔點合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳 高銘或 中 銘工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金 等等。.碳素工具鋼在模具中應(yīng)用較多的碳素工具鋼為 T8A、T10A等，優(yōu)點為

3、加工性能好，價格便 宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。.低合金工具鋼低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV（代號CH-1）、 6CrNiSiMnMoV（代號 GD）等。.高碳高銘工具鋼常用的高碳高銘工具鋼有 CU2和CU2MoV、CU2Mo1V1 （代號D2）,它們具 有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼， 承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴重，必須進行反復(fù)鍛拔（軸向鍛、徑向拔）改

4、鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。.高碳中銘工具鋼用于模具的高碳中銘工具鋼有 Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它們的含 銘量較低，共晶碳化物 少，碳化物分布均勻，熱處理變形小，具有良好的淬透 性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對較嚴重的高碳高銘鋼相比，性能有所改善。.高速鋼高速鋼具有模具鋼中最高的 的 硬度、耐磨性和抗壓強度，承載能力很高。模具 中常用的有 W18Cr4V（代號8-4-1）和含鴇量較少的 W6Mo5 Cr4V2（代號6-5-4-2, 美國牌號為M2）以及為提高韌性開發(fā)的降碳降鈾高速鋼6W6Mo5 Cr4V （代號 6W6或稱低碳M2）。高速鋼也需要改鍛，以改善

5、其碳化物分布。.基體鋼在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當增減含碳量，以改善鋼的 性能。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點，具有一定的耐磨性和 硬度，而且抗疲勞強度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強 韌性冷作模具鋼，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有6Cr4W3Mo2VNb （代號65Nb）、7Cr7Mo2V2Si （代號 LD ）、5Cr4Mo3SiMnVAL （代號 012AL）等。.硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強度和韌性差。用 作模具的硬質(zhì)合金是 鴇鉆類，對沖擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用 含 鉆量較低的硬質(zhì)合金。對沖

6、擊性大的模具，可選用 含鉆量較高 的硬質(zhì)合金。鋼結(jié)硬質(zhì)合金 是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如銘、鑰、鴇、鈾等）做粘合劑，以碳化鈦或碳化鴇為硬質(zhì)相，用粉末冶金方法燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金 基基體是鋼，克服了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點，可以切削、焊 接、鍛造和熱處理。 鋼結(jié)硬質(zhì)合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于 硬質(zhì)合金，但仍高于其它鋼種，經(jīng)淬火、回火后硬度可達 68 73HRC。11.2.3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(yīng)考慮工件生產(chǎn)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(yīng)考慮被沖工件的材質(zhì)，不同材質(zhì)適用的模具材料亦

7、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(zhì)點相的狀況和基體的硬度，兩者的硬度越高，碳化物的數(shù)量越多，則耐磨性 越好。常用沖壓模具鋼材耐磨性 的劣優(yōu)依次 為碳素工具鋼 一合金工具鋼 一 基體鋼一高碳高銘鋼一高速鋼一鋼結(jié)硬質(zhì)合金一硬質(zhì)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(tǒng)模具用鋼長期以來，國內(nèi)薄板沖裁模用鋼為 T10A、CrWMn、9Mn2V、CU2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(shù)量少的沖

8、裁模具。T10A碳素工具鋼的熱處理工藝為：760810 C水或油 淬，160180 C回火，硬度 5962HRC。CrWMn、9Mn2V是高碳低合金鋼種，淬火操作簡便，淬透性優(yōu)于碳素工具鋼,變形易控制。但耐磨性和韌性仍較低，應(yīng)用于中等批量、工件形狀較復(fù)雜的沖裁 模具。CrWMn鋼的熱處理工藝為：淬火溫度 820840 C油冷,回火溫度 200 C,硬度6062HRC。 9Mn2V鋼的熱處理工藝為：淬火溫度 780820 C 油冷，回火溫度150200 C,空冷，硬度 6062HRC 。注意 回火溫度在 200300 C范圍有回火脆性和顯著體積膨脹，應(yīng)予避開。Cr12和Cr12MoV為高碳高銘鋼

9、，耐磨性較高，淬火時變形很小，淬透性好， 可用于大批量生產(chǎn)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(chǎn)生碳化物偏析，沖裁時容易出現(xiàn)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950980 c淬火，150200 C 回火； Cr12MoV為10201050 c淬火，180200 C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 10001100 c淬火，480500 C 回

10、火； CU2MoV 為 11101140 c淬火， 500520 C 回火）。高銘鋼在275375 C區(qū)域有回火脆性，應(yīng)予避免。.常用模具新鋼種為了彌補傳統(tǒng)模具鋼種性能的不足，國內(nèi)開發(fā)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(wěn)定性也比 Cr12MoV更高。可用深冷 處理，提高硬度并改善尺寸穩(wěn)定性。用 D2鋼制作的沖裁模具壽命要高于

11、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銘鋼，碳、銘含量均低于 Cr12型 鋼，碳化物的分布狀態(tài)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?？箯潖姸取_擊韌度優(yōu)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 000C, 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(yīng)立即回火，回火溫度 160210 C, 硬

12、度 58 62HRC。(3 ) Cr4W2MoV鋼 也是高 耐磨微 變形高碳中銘鋼，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(fù)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 960980 C,回火溫度 280320 C,硬度 6062HRC 。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10201040 C,回火溫度 50 0540 C,硬度 6062HRC 。（4 ） 7CrSiMnMoV（代號CH-1）鋼為空淬微變形低合金鋼、

13、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（8001000 C ）,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(fù)雜的沖裁模。CH-1鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度900920 C,油冷，190200 C回火13小 時，硬度 5862 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(fù)雜、薄壁凸凹模。GD鋼的推薦熱處理

14、工藝：淬火溫度 870930 C （ 900 C最佳），鹽浴爐加 熱（45s/mm ）,油冷或空冷、風(fēng)冷，175230 C 回火2小時，硬度5862 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(yōu)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 10801120 C,硬度6466HRC?；鼗饻囟?540560 C ,回火二次。(7 ) Cr8MoWV3Si (代號ER5)鋼 屬高耐磨高強韌合

15、金鋼，具有較好的電火 花加工性能，強度、韌性、耐磨性都優(yōu)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 C淬火, 520530 C回火3次；對重載服役條件下的模具，采用11201130 C淬火, 550 C回火3次。.硬質(zhì)合金及鋼結(jié)硬質(zhì)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(zhì)合 金或鋼結(jié)硬質(zhì)合金。用作模具材料的硬質(zhì)合金為 鴇鉆類，隨著含鉆量的增 加，韌性及抗彎強度提高而硬度降低。對于承受沖擊

16、力較小的模具，可以選用 含 鉆量較低 的YG10X ;承受沖擊力中等或較大的模具，可以選用含鉆量較高 的 YG15或YG20 。硬質(zhì)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(shè)計為鑲拼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)硬質(zhì)合金的性能介于硬質(zhì)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(fù)雜的高壽命模具。用作沖裁模的鋼結(jié)硬質(zhì)合金 有 DT、GT35、TLMW50、GW50 等。厚板沖裁模具厚板沖裁模承受的沖壓力高于薄板沖模，為重載沖裁模，易磨損、崩 刃 和斷裂， 所以要求模具材料應(yīng)具有高的耐磨性和強韌性。傳統(tǒng)模具用鋼傳統(tǒng)的重載沖裁模具鋼種主要有T8A、Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5 C

17、r4V2 等。其中T8A為碳素工具鋼，雖然淬透性、韌性比T10A鋼有所改善，但易殘存網(wǎng) 狀碳化物、熱硬性差，只能用于工件批量較小的中厚沖裁模。T8A工具鋼的熱處理工藝為： 790820 C水或油 淬,160180 C 回火，硬度 5861HRC。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2為高速工具鋼，具有很高的硬度、抗壓強度和耐磨性， 但韌性較低，工作時有可能產(chǎn)生崩刃或斷裂，而且價格較貴。建議采用低溫淬火、快速加溫淬火等工藝措施來改善其韌性。對于工件批量較大的厚板沖裁模， 可以用 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼做 凸 模，Cr12MoV鋼做凹模。W18Cr4V鋼的推薦熱處理工藝：122012

18、50 C 淬火；550570 C 回火3次。 W6Mo5Cr4V2鋼的推薦熱處理工藝： 11601200 C 淬火：550570 C 回火 3次。3.常用模具新鋼種為了克服高速工具鋼的缺點，提高使用壽命，重載沖裁模具可選用降碳降鈾高 速鋼6 W6Mo5 Cr4V (6W6)和以高速鋼成分為基礎(chǔ)，添加少量的其它元素構(gòu)成 的高強韌性模具鋼一基體鋼，如65Nb鋼、LD鋼、012AL鋼、CG-2鋼等等。(1)6 W6Mo5 Cr4V (6W6痢 為高強韌性高速鋼，由于降低了碳化物的含量和 分布均勻性，使其在保持硬度和耐磨性的同時， 抗彎強度、沖擊韌性和塑性都有 顯著提高，雖然耐磨性略低，仍可用低溫氮碳

19、共滲提高表面硬度和耐磨性。其 熱處理工藝和高速鋼W6Mo5Cr4V2相似。(2 ) 6Cr4W3Mo2VNb (65Nb)車岡65Nb車岡取自 W6Mo5CrV2車岡正常 淬火后 的基本成分，碳含量比高速鋼低，碳質(zhì)量 分數(shù) 的中限為0.65% ,故名65Nb 。 各合金元素在鋼中的作用和在高速鋼中相似， 另加入3%的Nb可形成高穩(wěn)定 性的碳化物NbC，能有效阻止奧氏體晶粒長大，改善鋼的力學(xué)性能和工藝性能。這種鋼具有較好的耐磨性和較強的高溫韌性，可以代替Cr12MoV、W18Cr4V鋼，用于重載沖裁模和冷擠壓模、冷鍛模。65Nb鋼鍛造和退火工藝性能良好，熱處理溫度范圍寬，淬火溫度可以在10801

20、180 C,回火溫度在 520600 C之間選擇。當采用比 W6Mo5CrV2鋼正 常淬火溫度低的溫度淬火后，其組織為在碳含量較低的馬氏體基體上均勻分 布有細粒狀未溶碳化物。通過熱處理參數(shù)的調(diào)整，可以得到不同的強度、韌性、 耐磨性配合，以適合不同模具的性能要求。65Nb鋼的熱處理工藝：10801180c鹽浴爐加熱(1520s/mm )油 淬,520560 C 回火2次，硬 度 5763 HRC。(3 ) 7Cr7Mo2V2Si (LD)鋼LD鋼含碳、 含鉆量高于 65Nb ,含鈾量也較 高。銳可細化 晶粒，提高耐磨性。因此其抗壓、抗彎強度和耐磨性均高于 65Nb 由于具有良好的強韌性和耐磨性，

21、因而適于制造各種重載模具。LD鋼的推薦熱處理工藝：850 C預(yù)熱，11001150 C淬火；油冷后530570 C 回火23次，每次12小時，硬度 5763 HRC 。(4 ) 5Cr4Mo3SiMnVAL (012AL)鋼 012AL 鋼中加入質(zhì)量分數(shù)為 0.30.7% 的鋁，目的是為了細化晶粒，提高鋼的沖擊韌性和熱加工塑性，加Si則為了強化基體。012AL鋼強韌性高，綜合性能好，通用性強，是冷、熱兼用型模具鋼。其抗彎強度及撓度高于 W18Cr4V高速鋼，代替高速鋼作模具時很少發(fā)生折斷現(xiàn) 象?？梢杂米髦泻癜辶蠜_裁模具和 各類冷、熱作模具。012AL鋼的推薦熱處理工藝：10901120 C鹽浴

22、爐加熱（30s/mm ）油 淬， 510 C 回火2次， 每次油冷2小時,硬度6062 HRC 。（5 ） 6Cr4Mo3Ni2WV（CG-2）鋼CG-2鋼在成分中加 Ni ,強化了基體，改善了韌性和高溫性能。同時增加Mo減少 W ,以降低碳化物的偏析。CG-2鋼 具有高的強度和強韌性，在熱處理到高硬度時仍能維持良好的韌性， 較好地解決 了高硬度與韌性的合理配合。但鍛造塑性較差，退火后硬度偏高。亦可用作中厚 板料沖裁模具和各類冷、熱作模具。CG-2鋼的熱處理工藝：淬火溫度 11001140 c加熱（20s/mm ）, 油冷， 540 C 回火2次，每次 2小時，空冷，硬度 6062 HRC 。二.拉深模具材料的選用及熱處理要求表11.2.1各種板料適用的 拉深模材料由于拉深模具的失效主要為粘附磨損和磨粒磨損，并以粘附磨損為主。因此選用 的模具材料必須具有較高的耐磨性和抗粘附性能，以及足夠的強度。按被拉深材 料 考慮適用的拉 深模材料 可以參考表11-1。選用時還應(yīng)考慮被拉深材料的