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1 热作模具的工作条件与性能要求 1．1 热作模具的工作条件 1．2 热作模具的性能要求 2 热作模具材料的选用 2．1 锻压模具用钢的选用 2．2 热挤压模具用钢的选用 2．3 压铸模具用钢的选用 3 热作模具的制造工艺路线 4 热作模具的热处理 4．1 退火 真空吸砂机4．2 淬火 4．3 回火 5 热作模具热处理实例 5．1 锤锻模具热处理 5．2 铬系热作模具钢热处理 | ⏹ | |||||||||||||||||||
教学过程：
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教学内容 | 教学组织 与教学方法 | |||||||||||||||||||
单元二： 1.分类 热作模具钢的碳含量一般为%～%，有良好的强度、硬度和韧性。添加镍、钨、钼、铬、钒等合金元素，可以提高钢的淬透性和高温性能。 根据不同的合金元素含量，热作模具钢可以分为锻压模具用热作模具钢、钨钼系热作模具钢等。 2 热作模具的工作条件与性能要求 热作模具的工作条件 热作模具是将加热到再结晶温度以上的固态或液态金属压制成型的工具，包括热锻模具、热挤压模和压铸模三类。热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触，这是与冷作模具工作条件的主要区别。 热作模具的工作条件主要有以下三方面: 1型腔表层金属受热。尽管热锻模具不同，型腔表层金属受热温度也不相同，但是最 低也有几百摄氏度;热挤压模具与压铸模具型腔表层温度更高。 2 型腔表层金属产生热疲劳。 热作模具的工作特点是具有间歇性。每次使热态金属成型后都要用冷却介质冷却型腔的表面。因此，热作模具的工作状态是反复受热和冷却，从而使型腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用。其结果是引起型腔表面出现裂纹，称为热疲劳现象。 3 载荷作用。锤锻模受强烈的冲击载荷和工作应力;热挤压模具和压铸模具是在高压下服役的。 热作模具的性能要求 1使用性能 1硬度和红硬性 2耐磨性 3强度和韧性 4热疲劳性能 热作模具工作时除了承受周期性载荷作用之外，还要承受高温及周期性的急冷急热变化。热交变应力易使热作模具材料发生疲劳破坏，导致模具热裂。 一般说来，影响钢的热疲劳性能的因素主要有: ①钢的导热性 ②钢的临界点 2工艺性能 （1）加工性 热作模具材料的加工性主要包括冷加工中的切削加工性能和热加工中的锻压加工性能两种。它主要取决于钢的化学成分和热处理工艺等。 （2）淬透性和淬硬性 热作模具对这两种性能要求根据其工作条件不同有所侧重。对于小型模具，由于尺寸小，容易淬透，所以只要求高的硬度，偏重于高淬硬性;对于尺寸较大的模具，如果截面未淬透，则回火后未淬透部分的屈服点和韧性会显著降低，影响模具工作寿命，所以其淬透性更为重要。 （3）热处理变形性 热作模具在热处理时，尤其在淬火过程中，要产生体积、形状变化，为保证模具质量，要求模具钢的热处理变形小，各方向变化相近似，且组织稳定。它主要取决于热处理工艺和钢的冶金质量等。 （4）脱碳敏感性 热作模具如果在无保护气氛下加热，其表面会发生氧化、脱碳现象，就会使其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低。因此，要求模具钢的氧化、脱碳敏感性好。对于某些氧化、脱碳敏感性强的热作模具钢，可采用特种热处理，如真空热处理、可控气氛热处理等。 3热作模具材料的选用 影响热作模具使用寿命的因素很多，如工作温度、承受的载荷、模具的形状与尺寸、被加工材料的性质、质量、成型方式等因素。选择热作模具材料要综合考虑这些因素，合理选用，并且模具钢的纯净度要高、等向性要好、经过炉外精炼和多向锻造，确保热作模具工作寿命。 锻压模具用钢的选用 锤锻模用钢有两个问题比较突出 ——工作时受冲击负荷作用，故对钢的力学性能要求较高，特别是韧性要求较高; ——锤锻模的截面尺寸较大>400mm，故对钢的淬透性要求比较高，以保证整个模具组织和性能均匀。 中、小型锤锻模多选用合金含量较低、冲击韧性高的材料，如5CrMnMo钢; 大型及型腔复杂的锤锻模通常选用淬透性较高的钢，如5CrNiMo脉动测速中心钢。5Cr2NiMoVSi钢耐热疲劳性、冲击性好，适于制造大截面锤锻模具。 热挤压模具用钢的选用 很多有金属和钢的型材、管材和异型材是采用热挤压工艺成型的。 热挤压模具是在高温、高压、磨损和热疲劳等恶劣条件下服役的。热挤压模具主要由挤压筒、冲头、凹模和心棒用于挤压管材等主要部件组成。 热挤压模具的工作特点是加载速度较慢，因此，型腔受热温度较高，通常可达500～800℃。对这类钢的使用性能要求应以耐磨性、高的回火稳定性和抗热疲劳性能为主。常用的热挤压模具用钢有4Cr5MoSiV，4Cr5MoSiV1，3Cr2W8V，4Cr5W2VSi钢等。 压铸模具用钢的选用 压铸模具在服役条件下不断承受高速、高压喷射、金属的冲刷腐蚀和加热作用，从总体上看，压铸模具用钢的使用性能要求与热挤压模具用钢相近，即以要求耐磨性、高的回火稳定性与抗热疲劳性为主。所以通常所选用的钢种大体上与热挤压模具用钢相同。 4 热作模具的制造工艺路线 热作模具的制造，就是通过各种专业工艺，按照一定顺序，进行加工、装配来完成的。热作模具的制造工艺路线大致为毛坯制备、成形加工、热处理、钳工整修、模具装配、试模与验收等阶段。 一般热作模具主要零件的制造工艺路线： 毛坯锻造→退火→机械粗加工→精加工成形→淬火、高温回火→钳工整修、抛光→模具装配→试模。 1毛坯制备 2成型加工 3热处理 4钳工整修 5模具装配 6试模与验收 5 热作模具的热处理 热处理是热作模具制造中不可缺少的重要工序。热处理目的就是通过加热和冷却的方法，改变钢的组织，提高硬度、韧性等力学性能。热作模具使用条件不同，对其性能要求的重点也不同。比如，锤锻模对韧性要求较高，而热挤压模具以耐磨性、高的回火稳定性、抗热疲劳性为主。这就要求对不同的热作模具采取不同的热处理工艺，以达到要求的使用性能。热处理对热作模具的质量和使用寿命都有重要的影响。 退火颜料专用助剂 完全退火、等温退火、球化退火 、扩散退火、去应力退火 淬火 （1）锤锻模:由于锤锻模用钢一般淬透性不高，通常用油作淬火介质。 （2）热挤压模具、压铸模具: 除了3Cr2W8V钢外，这类钢淬透性好，大型模具空冷淬火后可得到较高的硬度。该类钢可以采用空冷或油冷淬火。 回火 热作模具要求具有高的强度和好的韧性，并且要有高的抗回火性，所以这类模具都要进行高温回火，一般在500～650℃回火。 6热作模具补充 热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。如前所述．热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触、这是与冷作模具工作条件的主要区别。因此会带来以下两方面的问题： （l）模腔表层金属受热。通常锤锻模工作时．其模腔表面温度可达300~400℃以上热挤压模可达500一800℃以上；压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关。如压铸黑金属时模腔温度可达1000℃以上。这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。为此．对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。由此便可以到热模具钢合金化的第一种途径，即加入Cr、W、Si．等合金元素可以提高钢的回火稳定性。 （2）模腔表层金属产生热疲劳（龟裂）。热模的工作特点是具有间歇性．每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的表面。因此．热模的工作状态是反复受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用．其结果引起模腔表面出现龟裂，称为热疲劳现象，由此，对热模具钢提出了第二个基本使用性能要求．即具有高的热疲劳抗力。一般说来，影响钢的热疲劳抗力的因素主要有： ①钢的导热性。钢的导热性高，可使模具表层金属受热程度降低，从而减小钢的热疲劳倾向性。一般认为钢的导热性与合碳量有关，含碳量高时导热性低，所以热作模具钢不宜采用高碳钢。在生产中通常采用中碳钢（%5~%）合碳量过低．会导致钢的硬度和强度下降．也是不利的。 ②钢的临界点影响。通常钢的临界点（Acl）越高．钢的热疲劳倾向性越低。因此．一般通过加入合金元素Cr、W、Si、引来提高钢的临界点。从而提高钢的热疲劳抗力。 2常用热作模具用钢 （1）锤锻模用钢。一般说来，锤锻模用钢有两个问题比较突出一是工作时受冲击负荷作用．故对钢的力学性能要求较高，特别是对塑变抗力及韧性要求较高；二是锤锻模的截面尺寸较大（＜400mm）故对钢的淬透性要求较高，以保证整个模具组织和性能均匀。成一特殊钢材05 常用锤锻楼用钢有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同类型的锤眼模应选用不同的材料。对特大型或大型的锤锻模以5CrNiMo为好．也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。对中小型的锤锻模通常选用5CrMnMO钢。 （2）热挤压模用钢，热挤压模的工作特点是加载速度较慢，因此，模腔受热温度较高，通常可达500一800℃。对这类钢的使用性能要求应以高的高温强度即高的回火稳定性）和高的耐热疲劳性能为主。对a及淬透性的要求可适当放低。一般的热挤压模尺寸较小，常小于 70~90 mm。 常用的热挤压模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5％Cr型等热作模具钢．其化学成分如表所示。 其中4CrW2Si．既可做冷作模具钢，又可做热作模具钢．由于用途不同，可采用不同热处理方法。作冷模时采用较低的淬火温度（870—900℃）及低温或中温回火处理；作热模时则采用较高的淬火温度（一般为950一1000℃）及高温回火处理。 （3）压铸模用钢。从总体上看，压铸模用钢的使用性能要求与热挤压模用钢相近，即以要求高的回火稳定性与高的热疲劳抗力为主。所以通常所选用的钢种大体上与热挤模用钢相同．如常采用4CrW2Si．和3Cr2W8V等钢。但又有所不同如对熔点较低Zn合金压铸模．可选用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；对Al和Mg合金压铸模，可选用4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等对Cu合金压铸模．多采用3Cr2W8V钢。 近年来．随着黑金属压铸工艺的应用，多采用高熔点的铝合金和镍合金．或者对3Cr2W8V钢进行Cr-Al-SI三元共渗，用以制造黑金属压铸模。最近国内外还正在试验采用高强度的铜合金作黑金属的压铸模材料。 | 提问法 讨论式 | |||||||||||||||||||
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本文发布于:2024-09-22 07:01:31，感谢您对本站的认可！
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