《模具材料及表面强化技术》习题解析.docx

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1、第三章5、Cr8MoWV3Si（ER5）钢是在美国专利钢种成分的基础上研制的新型冷作模具钢。与基体钢相比，ER5钢提高了碳含量、钢含量以及Cr.Mo、W等碳化物形成元素的含量，因而ER5钢具有高耐磨性及高韧性，耐磨性比GM钢好，强韧性优于Cr12MoV钢，且耐磨性远远超过Cr12MoV钢。ER5钢应用于冷锁、冷冲模具，使模具寿命显著提高。7、Cr4W2MoV钢是一新型中合金钢冷作模具钢，性能比较稳定，其模具的使用寿命较CrI2、Cr12MoV钢有较大的提高。Cr4W2MoV钢的主要特点是共晶碳化物颗粒细小，分布均匀，具有较高的淬透性和淬硬性，并具有较好的耐磨性和尺寸稳定性。该钢热加工温度范围窄

2、，变形抗力较大。经实际使用证明Cr4W2MoV钢是性能良好的冷作模具钢，可用来制造各种冲模、冷锁模、落料模、冷挤压凹模及挫丝板等工模具。5CrW2Si合金工具钢耐冲击工具用钢，成分、性能和4CrW2Si相近。5CrW2Si在铝硅钢的基础上加入2.00%2.50%（质量分数）的鸽而成的，由于加入了鸨而有助于在淬火时保持比较细的晶粒，这就有可能在回火状态下获得较高的韧性，并提高回火稳定性。该钢还有一定的淬透性和高温力学性能。用于制造冷剪金属的刀片、铲搓丝板的铲刀、冷冲裁和切边的凹模和和期工作的木工工具，以及手用或风动凿子、空气锤工具、锅炉工具、顶头模和冲头、剪刀（重震动）、切割器（重震动）、混凝土

3、破裂器等。8、简述铭铝硅系抗冲击冷作模具钢的特性及应用特点？答：4CrW2Si:外国近似钢号：SKDS41（日本JIS）、4XB2C（俄罗斯OCT）等；4CrW2Si钢是在铭硅钢的基础上加入一定量的鸨而形成的钢种，由于加入了鸨而有助于在进行淬火时保存比较细的晶粒，这就有可能在回火状态下获得较高的韧性。4CrW2Si钢还具有一定的淬透性和高温强度，该钢多用于制造高冲击载荷下操作的工具，如风动工具、塞、冲裁切边复合模、冲模、冷切用的剪刀等冲剪工具,以及部分小型热作模具。5CrW2Si:外国近似钢号：45WCrV2（1S0）、S1（美国ASTM）T41901（H国UNS）、45WCrV8（欧共体EN

4、）、45WCrV7（德国DIN）、1.2542（德国W-Nr.）、BS1（英国BS）、45WCrV8（法国NF）45WCrV8KU（意大利UNI）、2710（瑞典SS）、5XB2C（俄罗斯FOCT）等;5CrW2Si钢是在铭硅钢的基础上加入一定量的鸨而形成的钢种，由于铝有助于在淬火时保存比较细的晶粒，使回火状态下获得较高的韧性。5CrW2Si钢还具有一定的淬透性和高温力学性能。通常用于制造冷剪金属的刀片、铲搓丝板的铲刀、冷冲裁和切边的凹模，以及长期工作的木工工具等。6CrW2Si:外国近似钢号：60WCrV2（ISO）55WerV8（欧共体EN）、60WCrV87（德国DIN）、1.2550（

5、德国W-Nr.）55WC20（法国NF）、55WCrV8KU（意大利UNI）、6XB2C（俄罗斯OCT）等；6CrW2Si钢是在铭硅钢的基础上加入了一定量的鸨而形成的钢种，因为铝有助于在淬火时保存比较细的晶粒，而使回火状态下获得较高的韧性。6CrW2Si钢具有比4CrW2Si和5CrW2Si钢有较高的淬火硬度和一定的高温强度。通常用于制造承受冲击载荷而又要求耐磨性高的工具，如风动工具，凿子和冲击模具，冷剪机刀片，冲裁切边用凹模，空气锤用工具等。9、冲裁模的热处理基本要求有哪些？其热处理工艺有什么特点？答:冲裁模的热处理主要是根据不同的模具材料制定相应的淬火艺，分几次加热，用什么介质冷却，不同的

6、材料热处理工艺不同，同种材料，为得到不同的硬度，热处理工艺也不同。淬火后要立即回火，回火温度要根据你想要的硬度和韧性来定。10、工作条件：冷挤压成形时,凸模受到巨大的压应力，当毛坯端面不平整，凸模和凹模不同心时，凸模必然会受到弯曲应力的作用，此外，脱模时由于毛坯与凸模之间的摩擦，使凸模还受到拉应力的作用。因此，在多种作用力的叠加作用下，在凸模应力集中处，极易发生脆性断裂（折断、劈裂）等。同时，凹模内壁受到变形金属的强烈摩擦,容易导致磨损，此外，凹模还受到切向应力的作用，有胀裂的可能。冷锻成形工艺主要用在紧固件、滚动轴承、滚子链条、汽车零件等。零件的冷徽成形在冷锻机上进行，冷锁频率为60120次

7、min,冲击力从300KN到2500KN。冷锁凸模承受强烈的冲击力，又由于被徽材料硬度不均，坯料端面不平，冷锁机精度不够等原因，还可使凸模产生弯曲应力；凸模表面还承受剧烈的冲击性摩擦，可使凸模面磨损。冷徽凹模的型腔承受冲击性胀力，型腔表面还承受强烈的摩擦和压力。失效形式：冷挤凸模的失效形式有折断、疲劳断裂、塑性变形及磨损;凹模的失效形式主要是胀裂及磨损。冷锁模主要的失效方式是开裂、折断，即由韧性不足引起的损伤占有很大比例，因上述原因导致的失效占90%以上，材料韧性不足极大影响着模具寿命。材料性能要求：制作冷挤压模具的材料必须具有高的强韧性及良好的耐磨性。一般要求硬度6163HRC,硬度过高，模

8、具容易碎裂、崩块；硬度不够，模具容易磨损，也可能发生压塌及变形。冷锁模具除应具备高硬度，高强度和高的耐磨性外，还需有高的冲击韧度以增强模具在冲击载荷作用下的断裂抗力和疲劳抗力。热处理特点：冷挤压模的热处理特点：（1）采用常规工艺下限温度淬火，再经回火得到高强韧性。（2）采用较长时间的回火或多次回火，消除应力，提高韧性，稳定尺寸。（3）对于以脆性破坏为主，韧性不足的采用等温淬火工艺，（4）应用表面强化处理。（5）在使用过程中进行低温去应力回火。冷锁模的热处理有如下特点：（1）对于碳素工具钢制冷锁凹模，常采用喷水淬火法。（2）冷锁模必须充分回火，回火保温时间应在2h以上，并进行多次回火，使其内应力

9、全部释放。（3）采用中温淬火、中温回火工艺。（4）采用快速加热工艺。（5）采用表面处理。11、对冷拉深模用钢的性能要求，主要是模具应有高的强度和耐磨性,在工作时不发生黏附和划伤，具有一定韧性及较好的切削加工性能，并要求热处理时模具变形小。拉深模应具有高的硬度，良好的耐磨性和抗粘附性能。（1）要避免模具表面产生氧化脱碳。氧化脱碳会造成模具淬火后硬度不足或出现软点。当表面硬度低于500HV以下时，模具表面就会出现拉毛现象。同时还要防止磨削引起二次回火使表面硬度降低。（2）为了提高拉深模表面的抗磨损和抗粘附性能，常对模具进行表面处理，如渗氮、渗硼、镀硬铭、渗机等。12、冷作模具钢的强韧化处理工艺主要

10、包括：低淬低回、高淬高回、微细化处理、等温和分级淬火等。（1）冷作模具钢的低温淬火工艺（2）冷作模具钢的高温淬火工艺（3）冷作模具钢的微细化处理（4）冷作模具钢的分级淬火和等温淬火（5）其它强韧化处理方法13、试述Cn2MoV和6W6Mo5Cr4V钢的锻造、热处理工艺特点。答：CH2MoV属于高碳高铭莱氏体钢，1/主要性能特点：热处理后，具有很高的硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力仅次于高速钢。淬透性也高，截面尺寸300-40Omm的模具在油中均可淬透；淬火变形小，通过调整淬火温度，可达微变形程度。Cr12MoV钢的含碳量比CH2钢少，加入Mo、V,使钢中碳化物分布不均匀性明显改善，韧性提高;2

11、/热加工工艺：1)锻造：(属莱氏体钢，轧材中有明显的网状碳化物，易淬火变形、开裂，大截面的坯料要锻造，以改善碳化物的不均匀性，使其热加工流线在模具中分布合理)，锻后应注意及时退火。2)等温球化退火：加热温度为850-870、2-4h,等温温度740760、4-6h；硬度为207-255HBSo3)淬火和回火：根据模具的具体性能要求而定,常用有二种。(1)低温淬火+低温回火:Cn2钢，950-980oC、油冷；Cn2MoV钢，Ie)C)C)1020；回火温度，200-保证高硬度、高耐磨性和韧性，但抗压强度低。(2)高温淬火+高温回火：Cn2钢，IOoO1100、油冷；Cn2MoV钢,104011

12、40；回火温度，500520C-保证高耐磨性、热硬性和较高抗压强度，但韧性差。6W6Mo5Cr4V(6W6)钢：1)主要性能特点:又称降碳高速钢，相对W6Mo5Cr4V钢降低了碳含量和钢含量。因而，碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善，使钢在保持较高硬度、耐磨性的同时，明显提高钢的抗弯强度、塑性和韧性。主要缺陷是易产生脱碳，耐磨性稍差。2)热加工工艺：(1)锻造:含铝量较高，锻造温度范围(1050900C)稍窄，需深透锻造，锻后缓冷。(2)退火：同高速钢，退火硬度小于229HBSo（3）淬火和回火：热处理工艺性能与W6Mo5Cr4V2钢相似，具有高的淬透性、较强的二次硬化能力和良好的热稳定性

13、。淬火加热温度为1180-1200C,加热时可进行一次或二次预热。采用油冷或分级淬火。回火工艺为：560580C回火三次，每次12h。硬度为6063HRC,冲击韧度K为50-60Jcm23）应用范围：主要用于取代高速钢或C2型钢制作易于脆断或开裂的冷挤压凸模或冷锁模，寿命可提高2-10倍。用于大规格的圆钢下料剪刀，提高寿命数十倍。14、Cr12MoV钢采用低温淬火和低温回火后，可获得高的硬度，强度断裂韧度力学性能较高，变形量较小，若采用高温淬火和高温回火,可获得更好的热硬性和较高的耐磨性，但抗压强度和断裂韧度较低变形量在而未用中温淬火，贝氏体等温淬火和中温回火，可以获得最好的强韧性配合。第四章

14、1、热作模具工作条件、失效形式及性能要求。热作模具分类：根据工作条件，分为热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等。热作模具在工作中既有力的作用又有温度的作用，模具的工作条件差、失效形式复杂，性能要求高.（1）热锻模-包括锤锻模、压力机锻模、热锁模和高速锻模等。其中锤锻模最有代表性。1）工作条件及主要失效形式工作时受很大的压应力和冲击载荷的作用，冲击频率很高；模具型腔表面和炽热金属接触，使模具升温到300-40（C,局部温度达到500-600；工作时，锻完一个零件后，用水或油冷却模具，产生急冷急热作用；坯料对模具型腔有强烈的摩擦作用。锤锻模的主要失效形式：氧化；磨损；断裂；产生热疲劳裂纹，形成龟裂

15、；塑性变形造成型腔面塌陷。2）主要性能要求：（1）较高强度和良好的韧性；（2）良好的耐磨性和耐冷热疲劳性；（3）模具尺寸较大时，应具有高的淬透性（2）热挤压模1）工作条件及主要失效形式：受力复杂：承受压应力和弯曲应力，脱模时有拉应力；有冲击载荷作用；模具温升较高，承受急冷急热的热疲劳作用。模具与炽热金属接触时间较长，温度比锤锻模温度更高,尤其是挤压钢件和难熔金属时，温度高达600-800C。主要失效形式：模腔过量塑性变形、开裂、冷热疲劳、热磨损及表面氧化腐蚀。2）主要性能要求：（1）高的热稳定性；（2）良好的冷热疲劳抗力和高耐磨性；（3）较高的高温强度和足够的韧性。（3）压铸模具1）工作条件及

16、主要失效形式：模具温升高、有热疲劳作用：工作时与高温液态金属接触，受热时间长，受热温度高（压铸有色金属时,温度达400-8（XC;压铸黑色金属时,温度可达Io（XrC以上），同时模具有冷去I.高的压力（20-120MPa）及金属液流的高速冲刷作用；主要失效形式：热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀。低温合金的压铸，以磨损失效为主。2）主要性能要求：（1）较高的耐热性和良好的高温力学性能；（2）优良的耐冷热疲劳性和高的导热性；（3）良好的抗氧化性和耐蚀性；（4）较高的淬透性。（4）热冲切模：由切边凹模和凸模组成，切边时凸模无刃口，只起传力作用，由凹模切除飞边、连皮。1）工作条件及主要失效形式：凹模刃口与毛坯有摩擦，同时有一定的冲击载荷；刃口受热而温度升高。失效的主要形式是：刃口磨