模具材料第2章課件

1、模具材料湖南工程學(xué)院：高為國(guó)Mold Materials第二章 模具材料概述模具是一種高效、精密的工藝裝備，在各種金屬、塑料、橡膠、陶瓷、玻璃制品等生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。而模具的使用壽命及使用效果在很大程度上取決于模具的設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試及維護(hù)的水平高低，尤其是與模具材料的選用和熱處理質(zhì)量的好壞息息相關(guān)。 根據(jù)服役條件不同可將模具材料分為冷作模具材料、熱作模具材料、塑料模具材料和其他模具材料等幾大類，每大類又分為若干小的類別。第一節(jié)模具材料的分類一、冷作模具材料冷作模具鋼以高碳合金鋼為主，均屬熱處理強(qiáng)化型鋼，使用硬度高于58HRC。二、熱作模具材料熱作模具用材的選擇, 在力學(xué)性能方面要兼顧熱強(qiáng)性(熱耐

2、磨性) 和抗裂紋性能。三、塑料模具材料由于塑料模具的工作條件、制造方法、精度及對(duì)耐久性要求的多樣性，所以形成了范圍很廣的塑料模具用材系列。四、其他模具材料主要有鑄造模具鋼、非鐵合金材料、玻璃模具材料等。第二節(jié) 模具材料的性能、選用與發(fā)展模具的工作條件不同，對(duì)其材料的性能要求也不同，如冷沖壓模具要求其材料具有高的強(qiáng)度、良好的塑性和韌性、高的硬度及耐磨性；冷擠壓模具要求其材料具有高強(qiáng)度、高韌性、高淬透性以及良好的耐磨性、熱穩(wěn)定性和可加工性；熱作模具鋼要求在其工作溫度下保持高的強(qiáng)度和韌性，良好的耐蝕性、熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的熱疲勞抗力。一、模具材料的性能1.模具材料的力學(xué)性能主要包括耐磨性、強(qiáng)度、硬度、塑

3、性、韌性、熱硬性、抗疲勞性、耐熱性等指標(biāo)。2.模具材料的工藝性能模具材料的工藝性能主要考慮可加工性、淬透性、淬硬性、氧化與脫碳敏感性、淬火變形與開裂傾向性等。二、模具材料的選用根據(jù)模具生產(chǎn)條件和工作條件的需要，結(jié)合模具材料的基本性能和相關(guān)因素，應(yīng)選擇適合模具需要、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的模具材料。為了便于模具材料的選用，通常根據(jù)工作條件將模具分為冷作模具、熱作模具和塑料模具三大類。低合金鋼CrWMn、9SiCr：淬透性能好，淬火變形小，耐磨性較好，機(jī)械加工容易，用來(lái)制造形狀復(fù)雜、要求變形較小的中小型冷作模具，熱處理后的硬度為58 62HRC。高碳高鉻模具鋼Cr12、Cr12MoV：這類模具鋼具有高

4、強(qiáng)度、耐磨、易淬透、穩(wěn)定性高、抗壓強(qiáng)度高及微變形等優(yōu)點(diǎn)，常用于沖擊力大、使用壽命高、形狀復(fù)雜的冷作模具，熱處理后的硬度為60 64HRC。1.冷作模具材料碳素工具鋼T8A、T10A：適宜形狀簡(jiǎn)單的沖模，其優(yōu)點(diǎn)是可加工性好，有一定的硬度；缺點(diǎn)是淬火變形大, 耐磨性能較差；熱處理后的硬度為5862HRC。高碳中鉻模具鋼Cr6WV、Cr4W2MoV：這類鋼鉻含量較小，耐磨性、淬透性能稍差，但由于加入了W、Mo、V 等合金元素，提高了鋼的穩(wěn)定性、力學(xué)性能和耐磨性，適用于彎曲模，熱處理后的硬度為5060HRC。基體鋼：是指在高速鋼淬火組織基體的化學(xué)成分基礎(chǔ)上，添加少量的其他元素，適當(dāng)增減碳含量，使鋼的成

5、分與高速鋼基體成分相同或相近的一類模具鋼。與高速鋼相比，其韌性和疲勞強(qiáng)度得到了大幅度的改善，但又保持了高速鋼的高強(qiáng)度、高硬度、熱硬性和良好的耐磨性。硬質(zhì)合金：是一種多相結(jié)合材料，其耐磨性、硬度、機(jī)械強(qiáng)度都較高，可用于大批量、壽命高的小型冷作模具。其缺點(diǎn)是不能進(jìn)行切削加工，價(jià)格較貴。2.熱作模具材料5Cr 型熱作模具鋼：典型鋼種是H18 鋼和H11 鋼，這類鋼的綜合性能較好，尤其是抗冷熱疲勞性強(qiáng)，對(duì)于要求高韌性、低耐熱性的錘鍛模用鋼, 國(guó)外仍以5CrNiMo 鋼為主。3Cr-3Mo 型熱作模具鋼：其基本鋼種是美國(guó)的H10 鋼，這類鋼韌性較高，熱強(qiáng)性優(yōu)于H13 鋼，可用于熱鍛模和溫鍛模。超級(jí)熱作模

6、具材料：熱作模具材料以要求熱強(qiáng)性為主時(shí)，可以選用鐵基（Cr18、Ni26、Ti12）、鎳基（Cr18、Fe18、Nb5、Mo3）以及鈷基材料。熱作模具要求耐磨性為主時(shí)，可以選用高鉻萊氏體鋼、高速鋼、高釩粉末鋼、鋼結(jié)硬質(zhì)合金以及工程陶瓷。3.塑料模具材料預(yù)硬化型塑料模具鋼：典型的代表鋼種是美國(guó)的P20 鋼。這類鋼是在中、低碳鋼中加入一些合金元素所形成的低合金鋼，淬透性較高且保持良好的可加工性，調(diào)質(zhì)后加工使用, 硬度通常在2535HRC。時(shí)效硬化型塑料模具鋼：如美國(guó)的P21、日本的NAK55 是在中、低碳鋼中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti 等合金元素。先對(duì)毛坯進(jìn)行淬火、回火處理，使其硬度小于30

7、HRC，然后加工成模具，再進(jìn)行時(shí)效處理，由于金屬間化合物的析出使模具的硬度上升到40 50HRC。熱處理硬化型塑料模具鋼：如美國(guó)的D2，日本的PD613、PD555 等可分為高碳高鉻型（冷作模具鋼）的高耐磨塑料模具鋼和低碳高鉻型的高耐蝕性塑料模具鋼兩種。采用這類鋼制造的模具，需在精加工后進(jìn)行淬火、回火處理，使用硬度為5060HRC，模具表面能達(dá)到很高的鏡面度，并可進(jìn)行表面強(qiáng)化處理。粉末模具鋼：對(duì)于要求高耐磨性、高耐蝕性、高韌性和超高鏡面度的高級(jí)塑料模具，可采用馬氏體時(shí)效鋼或粉末冶金模具鋼。用粉末冶金方法生產(chǎn)的模具鋼，與高碳高鉻型模具鋼有相同的化學(xué)成分，而顯微組織中的碳化物均勻微細(xì)，可使模具達(dá)到極高的鏡面度。鋼結(jié)硬質(zhì)合金：硬度高、耐磨性好。其硬質(zhì)相不斷向多樣化方向發(fā)展，如TiCN、TiB等多種硬質(zhì)相；黏結(jié)相鋼種不斷向普通硬質(zhì)合金靠近，硬質(zhì)相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)94%，另一方面向粉末冶金高速鋼靠近，鋼基體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高可達(dá)90%。鈦銅合金塑料模具材料：是在銅中加入6. 5% （質(zhì)量分?jǐn)?shù)） 以下的鈦, 然后在一定條件下析出硬化相的新型高強(qiáng)度、高硬度合金，該合金耐磨損、耐腐蝕、耐疲勞。新型易切削貝氏體塑料模具鋼（Y82）：新型易切削貝氏體塑料模具鋼Y82 是由清華大學(xué)研制而成的，采用中碳和少量普通元素N、B 合金化，添加S、Ca 改善可加工性，是一種很有前途的新鋼種。三、