冲压模具材料手册

引言在上海大众冲压模具中，CH1，Cr5Mo1V，Cr12MoV，Cr12Mo1V1等几种冷作模具钢应用比较广泛，这几种材料主要用于刀口和翻边刀。对于较厚材料的高强钢零件的模具Cr12MoV，Cr12Mo1V1还可以在拉延模中用做拉延凹模和压边圈镶块。常用的冷作模具钢性能如表0-1所示。表0-1SVW常用冷作模具钢性能铸钢种类低合金冷作模具钢中合金冷作模具钢高合金冷作模具钢材料标号CH1(7CrSiMnMoV)Cr5Mo1VCr12MoVCr12Mo1V1等价牌号G05HMD5HMD1FH5SX105VDIN：1.2363(X100CrVMo5-1)JIS：SKD12ASTM:A2DIN：1.2601(X165CrMoV12-1)JIS：SKD11DIN：1.2379(X155CrVMo12-1)JIS：SKD11ASTM：D2供货状态铸造或锻造退火退火锻造退火退火加工性能好中等差差淬火性能好很好很好很好热变形低低低低抗磨损性能好很好很好很好韧性好中等差差焊接性能很好差很差很差价格系数11.251.31.6VW标准中规定了常用的几种铸铁材料。灰铁和球墨铸铁都有国内相应的牌号。对于拉延模材料GGG70L，其牌号和日本的KSCD800I和通用的GM338非常相似。TGC600是一汽丰田和神龙用的比较多的材料。其性能明显优于我们国内常用的MoCr铸铁。该材料可以在上海大众使用。常用的铸铁性能如表0-2所示。表0-2SVW常用铸铁性能铸铁种类灰铸铁球墨铸铁球墨铸铁合金球墨铸铁MoCr铸铁合金球墨铸铁材料标号GG-25GGG-50GGG-60GGG-70LGG25MoCrTGC600等价牌号HT250(HT230)/FC250/GM238QT500-7/FCD500QT600-3/FCD600KSCD800I/GM338GM241供货状态铸态退火正火正火时效处理退火硬度（HBS）160-210170-230190-270220-270190-240200-250抗拉强度（N/mm2）min：250min：500min：600700-1000360-470min：600抗磨损性能差中等中等好中等好韧性差中等好好中等好加工性能昀好好好较好好较好淬火性能——好好好好好焊接性能差好好好中等好价格系数11.31.521.61.7一、7CrSiMnMoV材料简介7CrSiMnMoV是一种火焰淬火冷作模具钢，其淬火温度范围宽，淬火温度可以在100度~150度内波动。该材料过热敏感性小，可用火焰加热淬火，具有操作简便，成本低，节约能源的优点。该钢由首钢特钢公司研制。该钢淬透性良好，空冷即可淬硬，其硬度可达HRC62~64且空冷淬火后变形小，该钢不但强度高而且韧性优良。用途：切边刀和翻边刀（一般材料料厚不超过1.2mm），可以采用铸造或锻造工艺。替代：日本大同特钢G05，日立的HMD5，HMD1，高周波刚业的FH5，爱知特钢SX105V1.1化学成分7CrSiMnMoV钢的化学成分示于表1-1。表1-17CrSiMnMoV钢化学成分（GB/T1229-2000）w/%CSiMnPSCMoV0.65~0.750.85~1.150.65~1.05≤0.03≤0.030.90~1.200.20~0.500.15~0.301.2物理性能7CrSiMnMoV钢的物理性能示于表1-2和表1-3。表1-27CrSiMnMoV钢的临界温度临界点AclAcmArlArmMs温度（近似值）/℃776834694732211表1-37CrSiMnMoV钢的线（膨）胀系数温度/℃11~10011~20011~30011~40011~50011~600线（膨）胀系数/℃-112.7×10-613.2×10-613.5×10-614.0×10-614.3×10-614.0×10-61.3热加工7CrSiMnMoV钢的热加工工艺示于表1-4。表1-47CrSiMnMoV钢的热加工工艺项目加热温度/℃开锻温度/℃终锻温度/℃冷却方式钢坯12001100~1200800~850缓冷1.4热处理A预先热处理7CrSiMnMoV钢的锻造普通退火工艺示于图1-1，锻后等温退火工艺示于图1-2。图1-1锻后普通退火工艺图1-2锻后等温退火工艺B淬火7CrSiMnMoV钢淬火有关的曲线示于图1-3~图1-5，有关性能示于表1-5~表1-9，推荐的淬火规范示于表1-10。（试验用钢成分（%）：0.68C，1.01Si，0.86Mn，0.99Cr，0.06Ni，0.35Mo，0.21V，0.07Cu，奥氏体化温度880℃，保温20min）图1-3奥氏体的等温转变曲线图1-47CrSiMnMoV的淬透性曲线图1-5淬火温度对硬度的影响表1-57CrSiMnMoV钢加热温度，保温系数与奥氏体晶粒度的关系加热温度/℃保温系数/s·mm-1奥氏体晶粒/级86094088088094030302050606~6.55~6.066~5.55表1-67CrSiMnMoV钢加热温度与冷却方式对硬度的影响加热温度/℃冷却方式硬度（HRC）油47820空气27油61840空气50油62860空气59油62880空气61油63900空气61油63920空气62油64940空气63表1-77CrSiMnMoV钢奥氏体含量与淬火温度的关系淬火温度/℃850900950100奥氏体含量/%3.354.584.955.35表2-15-87CrSiMnMoV钢不同淬火温度下的马氏体等级淬火温度/℃金相组织马氏体等级820840860880900920940隐针马氏体+少量屈氏体隐针马氏体+少量屈氏体细针状马氏体细针状马氏体细针状马氏体细针状马氏体细针状马氏体11.522333.5表1-97CrSiMnMoV钢淬火温度与力学性能的关系淬火温度/℃σb/MPaAk/J·cm-2硬度（HRC）820840880900920960338034103520356034803320858794105988947~4860~6162~6362~6363~6462~63表1-107CrSiMnMoV钢推荐的淬火规范淬火温度/℃冷却方式860~920油或空气C回火7CrSiMnMoV钢回火有关的曲线示于图1-6和图1-7，活火温度有力学性能的关系示于表1-11，推荐的回火规范那示于表1-12。1—200℃；2—250℃；3—300℃；4—350℃图1-6回火温度对残余奥氏体量和硬度的影响图1-7回火保温时间对硬度的影响表1-117CrSiMnMoV钢挥霍温度与力学性能的关系回火温度/℃σbb/MPaAk/J·cm-2硬度（HRC）180200250300350400450500356035103200311030202860267026001051021161181281391511636262615957545250表1-127CrSiMnMoV钢推荐的回火规范回火温度/℃冷却方式硬度（HRC）160~200空气58~62二、Cr12Mo1V1钢材料简介Cr12Mo1V1是国际上较广泛应用的高碳高铬冷作模具钢（合金工具钢），属莱氏体钢，具有高的淬透性、淬硬性和高的耐磨性；高温抗氧化性能好，淬火和抛光后抗锈蚀能力好，热处理变形小。对应德国标准DIN：X155CrVMo12-1(1.2379)。由于钢的Mo、V量比Cr12MoV高，并含有Co，改善了钢的组织，其强韧性和耐磨性均有所提高。用途：切边刀（一般材料料厚超过1.2mm）和翻边刀，高强钢的凹模和压边圈镶块。锻造工艺。近似或对应钢号：德国标准DIN：X155CrVMo12-1(1.2379)；日本JIS：SKD11（介于Cr12MoV和Cr12Mo1V1之间）；美国ASTM：D22.1化学成分Cr12Mo1V1钢的化学成分见表2-1。表2-1Cr12Mo1V1钢的化学成分（GB/T1299—2000）ω/%CSiMnPSCrMoV其他1.40~1.60≤0.60≤0.60≤0.030≤0.03011.00~13.000.70~1.20≤1.10Co≤1.002.2物理性能Cr12Mo1V1钢的物理性能如表2-2和表2-3所示，弹性模量为207000MPa，质量定压热容Cp为461J/(kg·K)。抗拉强度昀大Rm＝950N/mm²。表2-2Cr12Mo1V1钢的临界温度临界点Ac1AcmAr1ArcmMs温度（近似值）/℃810875750695190表2-3Cr12Mo1V1钢的线（膨）胀系数温度/℃20~10020~20020~30020~400线（膨）胀系数/℃－110.5×10－611.5×10－611.9×10－612.2×10－62.4热加工Cr12Mo1V1钢的热加工工艺列于表2-4。表2-4Cr12Mo1V1钢的热加工工艺项目加热温度/℃开锻温度/℃终锻温度/℃冷却方式钢锭钢坯1120~11601120~11401050~10901050~1070≥850℃≥850℃红送退火红送退火或坑冷或砂冷2.5热处理A预备热处理Cr12Mo1V1钢的钢锭、钢坯退火工艺示于图2-1，等温退火工艺示于图2-2。图2-1钢锭、钢坯退火工艺图2-2钢材等温退火工艺B淬火Cr12Mo1V1的淬火曲线示于图2-3~图2-10，显微组织组成与奥氏体温度的关系示于表2-5，推荐的淬火规范示于表2-6。图2-3Cr12Mo1V1空淬高碳高铬钢奥氏体等温转变曲线（实验钢化学成分（%）1.58C，12.04Cr，1.08Mo，1.06V，0.40Mn，0.56Si，0.007P，0.009S，0.007A1；原始状态：退火，奥氏体温度：1000℃）图2-4Cr12Mo1V1钢的奥氏体连续冷却转变曲线图2-5淬火温度与材料硬度关系曲线图2-6淬火介质、渗碳介质中装箱淬火和奥氏体化温度对含1.50%C的Cr12Mo1V1高碳高铬钢硬度的影响图2-7Cr12Mo1V1钢奥氏体晶粒度与淬火温度的关系（从982℃及其以下温度预先淬火将导致以后淬火时晶粒的显著细化）图2-8Cr12Mo1V1钢从图示温度预先淬火后再次奥氏体化的温度对晶粒度的影响图2-9Cr12Mo1V1钢残余奥氏体量与淬火温度的关系（钢的成分（%）：1.60C，0.33Mn，0.32Si，11.95Cr，0.25V，0.79Mo，0.010S和0.018P；冷却方式见图示）图2-10Cr12Mo1V1高碳高铬钢的奥氏体化温度与残余奥氏体量的关系表2-5Cr12Mo1V1钢的显微组成与奥氏体化温度的关系体积百分比/%奥氏体化温度/℃马氏体奥氏体碳化物10381066109311211135114979653352272255858888141312101010注：实验钢成分为（%）：1.60C，11.95Cr，0.33Si，0.79Mo，0.25V，0.018P，0.010S；试样在奥氏体温度保温分，然后淬火。表2-6Cr12Mo1V1钢推荐的淬火规范示加热温度/℃方案一次预热二次预热昀后加热冷却硬度（HRC）ⅠⅡ500~600500~600820~860820~860980~10401060~1110空冷或油冷空冷或油冷60~6560~65C回火回火温度对Cr12Mo1V钢性能和尺寸变化的影响示于图2-11图2-15，推荐的回火规范列于表2-7。图2-11回火温度对油淬和空冷的Cr12Mo1V1钢硬度的影响图2-12Cr12Mo1V1钢抗弯强度与回火温度的关系图2-2-13Cr12Mo1V1钢冲击韧性与回火温度的关系图2-2-14回火温度对Cr12Mo1V1钢扭转冲击功的影响（试样尺寸为25.4㎜×50.8㎜×152.4㎜，图中尺寸变化是指三个方向尺寸变化的平均值）图2-15回火温度对Cr12Mo1V1钢尺寸变化的影响表2-7Cr12Mo1V1钢推荐的回火规范方案回火温度/℃回火次数硬度（HRC）ⅠⅡ180~230510~5401260~6460~642.6焊接性能焊接性能不好，尽可能不焊接。如果需要焊接，则采用如下规范：——预热温度300