浅谈冷冲头的选材与热处理

材料的强度与韧性以及韧性与耐磨性之间往往此消彼长。因此，在冷冲头的选材与热处理过程中，我们应着重考虑钢的强度、韧性和耐磨性。

    大家都知道影响模具寿命的8大基本因素是模具结构设计、模具材料、冷热加工工艺、热处理、研磨、机床的调整与操作、被加工材料的性质与状态、润滑条件及模具的服役环境。     盘起工业是一家有着丰富机加工经验的模具标准件生产企业，其模具材料选取的都是进口的优质材料。因此，在考虑冷冲头寿命的问题时，我们只需选对材料、做好热处理即可。 冷冲头的受力分析     对于冷冲头应主要考虑钢的强度、韧性和耐磨性。强度与韧性以及韧性与耐磨性之间往往此消彼长。当主要失效方式是脆性开裂时，可考虑选择强度较低但韧性更好 的材料，或制订合理的热处理工艺以改善钢的韧性。从兼顾韧性和耐磨性的角度来看，除了整体合理选材外，亦可考虑在保证韧性的同时采用合理的表面处理以改善 模具的耐磨性。     按使用工况，常用的冷冲头可分为三种，即冲裁冲头、冷镦冲头和冷挤压冲头。     冲裁冲头主要受到较小的冲击载荷、较重的摩擦，主要的早期失效方式是磨损，因此选材和热处理时应着重考虑提高其强度和耐磨性，其次才是韧性。     冷镦冲头主要受到很大的冲击载荷和强烈的摩擦，主要的早期失效方式是断裂，因此选材和热处理时应着重考虑提高其韧性，同时结合表面处理改善其耐磨性。     冷挤压冲头主要受到很大的压缩载荷和强烈的摩擦，主要的早期失效方式是压溃和磨损，因此选材和热处理时应着重考虑提高其屈服强度，同时结合表面处理改善其耐磨性。 热处理与材料力学的性能分析         为准确把握常用冲头材料的材质与热处理的关系，我们做了许多的力学性能试验，上表中列出了部分数据。分析表中数据： 1、淬火温度的影响 以No1、2为例，当淬火温度提高时，抗压强度和抗压屈服强度都得到较大提高，即强度提高了； 但同时抗弯强度和挠度降低了，即韧性略有降低。这是因为提高淬火温度，虽然可以在组织中融入更多的合金元素和碳元素，提高了硬化效果，但也使钢的晶粒长大，使韧性降低。 2、深冷处理的影响     以No3、4为例，深冷处理同时提高了SKH51的强度和韧性。深冷处理具有改善许多模具钢强度、韧性的现象已得到公认，但其改善机理尚需进一步研究。有 文献表明深冷处理过程中，微细碳化物在马氏体的位错线和孪晶面等微观缺陷处析出，并认为这是其改善强韧性的原因。 冷冲头选材与热处理实例 1. 冲孔翻边冲头     某客户生产空调机冷却用铝翅片，原用HAP40材料经1160℃淬火，560℃回火，硬度达到65.5HRC，使用寿命可达1100万次，失效方式为磨损。     分析铝薄膜厚度也就在0.15mm左右，冲击载荷很小，寿命低的主要原因是耐磨性差，应从提高耐磨性着手。遂提高淬火温度为1180℃淬火，仍560℃回火，硬度达到66.5HRC，使用寿命就提高到2000万次以上。 2. 冷镦冲头     某客户使用冷镦模生产自行车用零件，原用SKH51材料经1180℃淬火，560℃回火，硬度达到63HRC，使用寿命只有几千次，失效方式为断裂。     分析这主要是材料韧性不足，便改为韧性更好的DC53经1030℃淬火，530℃回火，硬度为61HRC。考虑到DC53不如SKH51耐磨，又对表面进行PVD镀膜处理，使用寿命就提高到20万次。 3. 冷挤压冲头     某客户使用冷挤压模生产汽车用零件，冲头直径达φ38，原用SKH51材料经1180℃淬火，560℃回火，硬度达到62HRC，在试模时仅压了一次，就被压短了2mm，外径也变粗。经磨细后使用，只用了1000次即告断裂。     经过计算，理论上该冲头工作时所受的压强高达2600MPa，接近SKH51的抗压屈服强度，加上该冲头较粗，由于材料不均或热处理的体积效应原因，很难 做到内外均匀一致，导致冲头的抗压强度低于理论值。后改用强度更高、均匀性更好的HAP40材料，用1180℃淬火，560℃回火，硬度达到 66.5HRC，使用寿命就提高到20000万次以上。 结束语     通过上述介绍，大家可以看出冷冲头的寿命与选材和热处理关系十分密切。要做到正确选择，先要准确分析冲头的受力状况，然后据此分析应选用何种材料。可是用 什么力学指标来衡量材料是否适用？这是一个复杂的问题，现在学术界还没有给出一个准确的理论依据，这还需要我们继续摸索。