冲模用钢及其热处理技术条件

冲模用钢及其热处理技术条件

1 主题内容与适用范围

本标准规定了冲模的凸凹模用钢选材及其热处理的技术条件。

本标准适用于金属板材零件的冷冲裁、冷压成形类模具。本标准不包括大型覆盖件冲模和硬质合金类材料。

2 引用标准

GB 224 钢的脱碳层深度测定方法

GB 230 金属洛氏硬度试验方法

GB 231 金属布氏硬度试验方法

GB 702 热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差

GB 908 锻制圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差

GB 1298 碳素工具钢技术条件

GB 1299 合金工具钢技术条件

GB 2101 型钢验收、包装、标志及质量证明书的一般规定

GB 6394 金属平均晶粒度测定方法

GB 9452 热处理炉有效加热区测定方法

GB 9943 高速工具钢棒技术条件

JB 3814 钢的正火与退火处理

JB 3877 钢的淬火回火处理

YB 28 金属显微组织检验法

3 分类

3.1 冲模用钢按成分分为碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢（含基体钢）三类。

3.2 冲模按加工方式分为冲裁、弯曲、拉伸、成形四类。

4 冲模用钢选材原则

4.1 根据冲模受力状态、加工对象性能、结构复杂程度等服役条件和模具加工产品批量大小选材。

4.2 根据钢材“满足使用性能—发挥材料潜力—经济合理用钢”的原则选材。

4.3 常用冲模钢材选用表见附录A（补充件）。

4.4 常用冲模用钢使用和加工性能表见附录B（补充件）。

5 冲模用钢型材、锻材技术要求

5.1 碳素工具钢化学成分应符合GB 1298表1的规定；合金工具钢化学成分应符合GB1299表1的规定；高速工具钢化学成分应符合GB 9943表3的规定。冲模新钢种化学成分应符合表1的规定。

表 1

5.2 冲模用钢型材外型、尺寸要求按GB 702规定执行；锻制件外形、尺寸要求按GB 908规定执行。

5.3 冲模用钢交货状态均为退火状态。碳素工具钢、低合金工具钢退火硬度≤241HBW；高合金工具钢、高速工具钢≤269HBW。

5.4 每批交货钢材化学成分应有分析检验报告并符合5.1条要求。

5.5 冲模用钢原材料表面不得有肉眼可见的裂纹、折叠、结疤和夹杂；低倍组织检查不得有肉眼可见的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡和白点。

5.6 原材料的碳化物分布用金相方法评定。

a.检验材料纵向网状碳化物和共晶碳化物的不均匀度。

b.碳素工具钢、低合金工具钢检验网状碳化物分布；高碳高铬工具钢、高速工具钢检验共晶碳化物不均匀度。

c.检验方法按YB 28规定和相关标准进行。

d.碳化物分布的合格级别应符合表2规定。

表 2

5.2 冲模用钢型材外型、尺寸要求按GB 702规定执行；锻制件外形、尺寸要求按GB 908规定执行。

5.3 冲模用钢交货状态均为退火状态。碳素工具钢、低合金工具钢退火硬度≤241HBW；高合金工具钢、高速工具钢≤269HBW。

5.4 每批交货钢材化学成分应有分析检验报告并符合5.1条要求。

5.5 冲模用钢原材料表面不得有肉眼可见的裂纹、折叠、结疤和夹杂；低倍组织检查不得有肉眼可见的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡和白点。

5.6 原材料的碳化物分布用金相方法评定。

a.检验材料纵向网状碳化物和共晶碳化物的不均匀度。

b.碳素工具钢、低合金工具钢检验网状碳化物分布；高碳高铬工具钢、高速工具钢检验共晶碳化物不均匀度。

c.检验方法按YB 28规定和相关标准进行。

d.碳化物分布的合格级别应符合表2规定。

表 2

注：共晶碳化物及网状碳化物试样热处理为使用状态，共晶碳化物不均匀度试样可不作热处理。

5.7 一边总脱碳层深度，碳素工具钢脱碳层深≤（0.25+1.5%D）mm，合金工具钢、高速工具钢脱碳层深≤（0.20+2%D）mm，D为钢材截面公称尺寸。脱碳层检验方法按GB224规定进行。

5.8 根据需方要求，可增加对型材和锻材的非金属夹杂物、晶粒度、淬透性、断口和力学性能等规定，具体要求由双方协商确定。

6 模具钢的验收

6.1 模具钢的检验由供方执行，并提供符合第5章规定的合格证书。

6.2 钢材验收按GB 2101规定执行。

7 热处理设备要求

7.1 热处理加热设备可选用空气炉、盐浴炉、保护气氛炉、真空炉等，具体要求由工艺人员确定。采用空气介质加热时应有防氧化措施。

7.2 热处理加热设备的加热区的确定应符合GB 9452的规定。

7.3 钢的正火和退火有效加热区温差应符合JB 3814的规定；钢的淬火和回火处理有效加热区温差应符合JB 3877的规定，淬火加热温度温差不大于±10℃。所有加热设备应有加热温度-时间显示装置。

7.4 淬火介质可选用水、油、有机介质、空气、保护气、热浴等；淬火冷却设备应有循环搅拌装置，以保证零件各部位均匀冷却和减少淬火内应力。

7.5 所有加热设备、淬火介质应有专人负责定期检测分析，保证设备的精度和使用性能，并保存有关记录。

8 热处理技术要求

8.1 根据冲模用钢物理化学特性、原始状态、表面质量、热处理目的、性能要求、设备条件来选择热处理工艺参数。几种冲模新钢种常用基本参数见附录C（补充件）。

8.2 钢材的正火和退火工艺应符合JB3814规定。

8.3 钢材的淬火和回火工艺应符合JB3877规定。

8.4 模具钢淬火加热速度应加以控制，盐浴淬火预热按表3规定进行。

表 3 （单位：℃）

注：共晶碳化物及网状碳化物试样热处理为使用状态，共晶碳化物不均匀度试样可不作热处理。

5.7 一边总脱碳层深度，碳素工具钢脱碳层深≤（0.25+1.5%D）mm，合金工具钢、高速工具钢脱碳层深≤（0.20+2%D）mm，D为钢材截面公称尺寸。脱碳层检验方法按GB224规定进行。

5.8 根据需方要求，可增加对型材和锻材的非金属夹杂物、晶粒度、淬透性、断口和力学性能等规定，具体要求由双方协商确定。

6 模具钢的验收

6.1 模具钢的检验由供方执行，并提供符合第5章规定的合格证书。

6.2 钢材验收按GB 2101规定执行。

7 热处理设备要求

7.1 热处理加热设备可选用空气炉、盐浴炉、保护气氛炉、真空炉等，具体要求由工艺人员确定。采用空气介质加热时应有防氧化措施。

7.2 热处理加热设备的加热区的确定应符合GB 9452的规定。

7.3 钢的正火和退火有效加热区温差应符合JB 3814的规定；钢的淬火和回火处理有效加热区温差应符合JB 3877的规定，淬火加热温度温差不大于±10℃。所有加热设备应有加热温度-时间显示装置。

7.4 淬火介质可选用水、油、有机介质、空气、保护气、热浴等；淬火冷却设备应有循环搅拌装置，以保证零件各部位均匀冷却和减少淬火内应力。

7.5 所有加热设备、淬火介质应有专人负责定期检测分析，保证设备的精度和使用性能，并保存有关记录。

8 热处理技术要求

8.1 根据冲模用钢物理化学特性、原始状态、表面质量、热处理目的、性能要求、设备条件来选择热处理工艺参数。几种冲模新钢种常用基本参数见附录C（补充件）。

8.2 钢材的正火和退火工艺应符合JB3814规定。

8.3 钢材的淬火和回火工艺应符合JB3877规定。

8.4 模具钢淬火加热速度应加以控制，盐浴淬火预热按表3规定进行。

表 3 （单位：℃）

8.5 模具淬火后应及时充分回火，回火温度和时间应根据材料和模具使用条件选择；高速工具钢类模具回火次数不得少于两次。

8.6 为提高冲模的耐磨性、抗咬合性，允许采用渗氮、渗硼、氮碳共渗等表面强化热处理工艺，并按有关技术要求进行。对Cr12、高速钢等类型钢推荐采用冷处理。

8.7 模具热处理后质量检验按JB 3814第7章、JB 3877第8章进行。

8.7.1 质量检验应由专职检验人员按产品要求检查验收。应检项目有工件的外观、表面硬度、变形。必要时可规定检验淬回火显微组织、晶粒度、脱碳层深度、力学性能、探伤等项目。

8.7.2 硬度试验方法按照GB 230、GB 231规定；脱碳层深度、金相组织试验方法按照GB 224、GB 6394、YB 28和相关标准的规定。

9 模具报告单

模具报告单应包括下列内容：

a.模具名称和材料；

b.模具的正火、退火、淬火、回火等工艺类型；

c.模具质量检验结果；

d.模具的数量及重量；

e.操作者姓名或代号，处理年、月、日。

附录A

冲模工作零件常用钢材选用表

（补充件）

表 A1

8.5 模具淬火后应及时充分回火，回火温度和时间应根据材料和模具使用条件选择；高速工具钢类模具回火次数不得少于两次。

8.6 为提高冲模的耐磨性、抗咬合性，允许采用渗氮、渗硼、氮碳共渗等表面强化热处理工艺，并按有关技术要求进行。对Cr12、高速钢等类型钢推荐采用冷处理。

8.7 模具热处理后质量检验按JB 3814第7章、JB 3877第8章进行。

8.7.1 质量检验应由专职检验人员按产品要求检查验收。应检项目有工件的外观、表面硬度、变形。必要时可规定检验淬回火显微组织、晶粒度、脱碳层深度、力学性能、探伤等项目。

8.7.2 硬度试验方法按照GB 230、GB 231规定；脱碳层深度、金相组织试验方法按照GB 224、GB 6394、YB 28和相关标准的规定。

9 模具报告单

模具报告单应包括下列内容：

a.模具名称和材料；

b.模具的正火、退火、淬火、回火等工艺类型；

c.模具质量检验结果；

d.模具的数量及重量；

e.操作者姓名或代号，处理年、月、日。

附录A

冲模工作零件常用钢材选用表

（补充件）

表 A1

（续）

（续）

注：允许选用性能相近的其他材料。

附录B

常用冲模用钢使用和加工性能表

（补充件）

表 B1

注：允许选用性能相近的其他材料。(www.xing528.com)

附录B

常用冲模用钢使用和加工性能表

（补充件）

表 B1

注：性能逆变顺序为：好＞较好＞中等＞较差＞差。

附录C

新型冲模用钢基本参数

（参考件）

C1 钢号：6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）

C1.1 标准号：GB1299

C1.2 化学成分

表 C1 （%）

注：性能逆变顺序为：好＞较好＞中等＞较差＞差。

附录C

新型冲模用钢基本参数

（参考件）

C1 钢号：6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）

C1.1 标准号：GB1299

C1.2 化学成分

表 C1 （%）

C1.3 钢的特点：属于基体钢，有较高的强韧性，较高的耐磨性，较好的工艺性；适用于冷冲孔凸模、切边模、冷挤压模等综合性能要求高的模具。

C1.4 临界点

表 C2 （单位：℃）

C1.3 钢的特点：属于基体钢，有较高的强韧性，较高的耐磨性，较好的工艺性；适用于冷冲孔凸模、切边模、冷挤压模等综合性能要求高的模具。

C1.4 临界点

表 C2 （单位：℃）

C1.5 锻造加热与冷却规范

表 C3 （单位：℃）

C1.5 锻造加热与冷却规范

表 C3 （单位：℃）

C1.6 热处理工艺

退火：860℃（3h）炉冷至740℃（6h）后炉冷，＜255HBW。

淬回火工艺：1080～1180℃（油冷），520～600℃二次回火，57～61HRC。a_K≥50J/cm²（C型缺口，R=12.7mm）。

C2 钢号：7Cr7Mo2V2Si（LD）

C2.1 化学成分

表 C4 （%）

C1.6 热处理工艺

退火：860℃（3h）炉冷至740℃（6h）后炉冷，＜255HBW。

淬回火工艺：1080～1180℃（油冷），520～600℃二次回火，57～61HRC。a_K≥50J/cm²（C型缺口，R=12.7mm）。

C2 钢号：7Cr7Mo2V2Si（LD）

C2.1 化学成分

表 C4 （%）

C2.2 钢的特点：属基体钢，有较高的强韧性和耐磨性，高的抗弯强度。适宜作强韧性要求高的冷冲、冷镦模具。

C2.3 临界点

表 C5 （单位：℃）

C2.2 钢的特点：属基体钢，有较高的强韧性和耐磨性，高的抗弯强度。适宜作强韧性要求高的冷冲、冷镦模具。

C2.3 临界点

表 C5 （单位：℃）

C2.4 锻造加热与冷却规范

表 C6 （单位：℃）

C2.4 锻造加热与冷却规范

表 C6 （单位：℃）

C2.5 热处理工艺

退火：860℃（2h）炉冷到740℃（5h），炉冷到500℃后空冷，＜255HBW。

淬回火工艺：1100～1150℃油淬，530～570℃2～3次回火，57～62HRC，a_K≥50J/cm²（C型缺口）。

C3 钢号：7CrSiMnMoV（CH-1）

C3.1 化学成分

表 C7 （%）

C2.5 热处理工艺

退火：860℃（2h）炉冷到740℃（5h），炉冷到500℃后空冷，＜255HBW。

淬回火工艺：1100～1150℃油淬，530～570℃2～3次回火，57～62HRC，a_K≥50J/cm²（C型缺口）。

C3 钢号：7CrSiMnMoV（CH-1）

C3.1 化学成分

表 C7 （%）

C3.2 钢的特点：属中碳低合金冷冲模具钢，淬火温度较宽，可用火焰加热空冷硬化，有较小热处理变形和好的耐磨性、焊接性能。适用于较高负荷，高强韧性要求的冲孔凸模，中厚板冲裁模，较大尺寸切边模及拉深模等。

C3.3 临界点

表 C8 （单位：℃）

C3.2 钢的特点：属中碳低合金冷冲模具钢，淬火温度较宽，可用火焰加热空冷硬化，有较小热处理变形和好的耐磨性、焊接性能。适用于较高负荷，高强韧性要求的冲孔凸模，中厚板冲裁模，较大尺寸切边模及拉深模等。

C3.3 临界点

表 C8 （单位：℃）

C3.4 锻造加热与冷却规范

表 C9 （单位：℃）

C3.4 锻造加热与冷却规范

表 C9 （单位：℃）

C3.5 热处理工艺

退火：820～840℃（2～4h）炉冷到680～700℃（3～5h），炉冷至≤500℃后空冷，＜255HBW。

淬回火工艺：880～920℃油（或空气）淬，200℃回火，58～61HRC，a_K≥100J/cm²（C型缺口）。

C4 钢号：6CrNiMnSiMoV（GD）

C4.1 化学成分

表 C10 （%）

C3.5 热处理工艺

退火：820～840℃（2～4h）炉冷到680～700℃（3～5h），炉冷至≤500℃后空冷，＜255HBW。

淬回火工艺：880～920℃油（或空气）淬，200℃回火，58～61HRC，a_K≥100J/cm²（C型缺口）。

C4 钢号：6CrNiMnSiMoV（GD）

C4.1 化学成分

表 C10 （%）

C4.2 钢的特点：属低合金高强韧性冷冲模具钢，热处理淬火温度较宽，工艺简便，变形较小，耐磨性较好。适用于负荷较高、韧性要求高的易崩刃、易断裂冲模，尤其是冷冲凸模、中厚板冲裁模、精密模具等。

C4.3 临界点

表 C11 （单位：℃）

C4.2 钢的特点：属低合金高强韧性冷冲模具钢，热处理淬火温度较宽，工艺简便，变形较小，耐磨性较好。适用于负荷较高、韧性要求高的易崩刃、易断裂冲模，尤其是冷冲凸模、中厚板冲裁模、精密模具等。

C4.3 临界点

表 C11 （单位：℃）

C4.4 锻造加热与冷却规范

表 C12 （单位：℃）

C4.4 锻造加热与冷却规范

表 C12 （单位：℃）

C4.5 热处理工艺

退火：760～780℃（2h）炉冷至680℃（6h），炉冷至≤500℃后空冷，≤255HBW。

淬回火工艺：870～930℃油（或空气）淬，170～270℃回火，57～62HRC，a_K≥128J/cm²（C型缺口）。

C5 钢号：8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）

C5.1 化学成分

表 C13 （%）

C4.5 热处理工艺

退火：760～780℃（2h）炉冷至680℃（6h），炉冷至≤500℃后空冷，≤255HBW。

淬回火工艺：870～930℃油（或空气）淬，170～270℃回火，57～62HRC，a_K≥128J/cm²（C型缺口）。

C5 钢号：8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）

C5.1 化学成分

表 C13 （%）

C5.2 钢的特点：属易切削精密模具钢，具有空冷淬透、淬硬性好、微变形、易切削加工性能好等特点。适用于薄板精密冲裁类模具。

C5.3 临界点

表 C14 （单位：℃）

C5.2 钢的特点：属易切削精密模具钢，具有空冷淬透、淬硬性好、微变形、易切削加工性能好等特点。适用于薄板精密冲裁类模具。

C5.3 临界点

表 C14 （单位：℃）

C5.4 锻造加热与冷却规范

表 C15 （单位：℃）

C5.4 锻造加热与冷却规范

表 C15 （单位：℃）

C5.5 热处理工艺

退火：800±10℃（4～6h）炉冷至550℃出炉空冷，＜255HBW。

淬回火工艺：880～920℃（盐浴炉1.5～2min/mm，空气炉2～2.5min/mm）空冷，200～250℃回火，58～62HRC，a_K≥38J/cm²（C型缺口）。

C5.5 热处理工艺

退火：800±10℃（4～6h）炉冷至550℃出炉空冷，＜255HBW。

淬回火工艺：880～920℃（盐浴炉1.5～2min/mm，空气炉2～2.5min/mm）空冷，200～250℃回火，58～62HRC，a_K≥38J/cm²（C型缺口）。