常用模具材料以及熱處理

1、關(guān)于常用模具材料及熱處理第一張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月1常用模具材料模具材料主要是滿足特定要求的鋼材。也有一些其它類型的材料。鋼：炭鋼（普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼）合金鋼（合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、不銹鋼）第二張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月牌號普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用其屈服強度表示，即“Q”。如Q235（相當于舊牌號A3）。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用其平均含碳量的萬分率表示，如20鋼、45鋼、40鋼等。碳素工具鋼的牌號用其平均含碳量的千分率表示，如T8、T10(A)。 第三張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月合金鋼的編號原則 “數(shù)字+合金元素符號+數(shù)字

2、”。最前面的數(shù)字表示平均含碳量：結(jié)構(gòu)鋼用萬分率，兩位數(shù)字；工具鋼用千分率，一位數(shù)字。含碳量很高時不表示。合金元素符號后的數(shù)字表示平均百分含量，小于1.5時可不標出。合金元素含量1.5-2.5標為“2”，2.5-3.5標“3”，以此類推。第四張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一.常用模具材料 可用于制造模具的材料種類繁多，包括各種碳素工具鋼、合金鋼、硬質(zhì)合金、鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬材料等。.碳素合金工具鋼含碳量：0.7-1.4主要牌號：T7(A)、T8(A)、T10(A)、T12(A)。特點：價格便宜、切削性能好。淬火后有較高硬度和耐磨性，淬透性低，淬火時必須急冷，變形開裂傾向大、

3、回火穩(wěn)定性差，紅硬性低（250C）適用范圍：尺寸小、形狀簡單、負荷小、冷作模具。 第五張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月合金工具鋼 低合金工具鋼：CrWMn、9Mn2V、5CrNiMo、9SiCr、GCr15、5CrMnMO含合金量：總量為1-3特點：淬透性和淬硬性均較好。耐磨性，紅硬性較高?；鼗鸱€(wěn)定性好，熱處理變形小。CrWMn鋼：（各種中小型冷作模具）鎢形成的碳化物硬度很高，鎢能細化晶粒，提高韌性。淬火后殘留奧氏體較多，故變形小。 第六張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月9Mn2V鋼：（沖裁模、彎曲模） 釩（V）的加入能顯著細化晶粒和提高韌性。錳的含量一般控制在2。9SiCr

4、鋼：（搓絲板、滾絲模）250C回火時有回火脆性。較高的淬硬性和較好的回火穩(wěn)定性。淬透性優(yōu)于9Mn2V。第七張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月GCr15鋼：常用的軸承鋼，具有較高的淬透性和耐磨性。鉻的加入有利于提高淬透性、細化碳化物并使其分布均勻。5CrMnMO 鋼：（彎曲熱態(tài)模、切邊模）5CrNiMo中碳低合金鋼，典型熱作模具鋼。強度高，韌性好。淬透性好，抗回火性好，導熱性和耐熱疲勞性好，耐磨性好。第八張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月高合金工具鋼： Cr12型鋼：包括Cr12和Cr12MoV高碳高合金鋼、工具鋼、萊氏體鋼淬透性高、淬火硬度極高、熱變形小。Cr12鋼的含碳量較C

5、r12MoV高，碳化物多但分布不均勻性嚴重。Cr12鋼的強度和韌性比Cr12MoV低。第九張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月D2鋼是近年用來替代Cr12MoV鋼的新鋼種。D2鋼的碳化物數(shù)量增多顆粒較細。CCrWV3Cr2W8V 0.3-0.4 2.2-2.7 7.5-9 0.2-0.5 H13 0.38C 1.0Si 5.3Cr 1.3Mo 0.9 第十張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3Cr2W8V鋼和H13鋼（4Cr5MoV1Si）、H11鋼（4Cr5MoVSi）鎢系低碳高合金鋼。 H13鋼除強度略低于3Cr2W8V鋼外，其它力學性能均優(yōu)于3Cr2W8V鋼，是其替代鋼種。較

6、好的氮化性能。較小的熱膨脹系數(shù)，較好的耐磨性和紅硬性，良好的導熱性。熱處理變形小、但高溫韌性差。 第十一張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3Cr3MoW2V鋼：代號HM1適合于急冷急熱條件下工作。 5Cr4W5Mo2V鋼：代號RM24Cr3Mo3W4VNb鋼：代號GR高溫性能良好，熱作模具鋼。第十二張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月8Cr2MnWMoVS鋼： 適用于精密塑料模?？绽湮⒆冃危浊邢?。調(diào)質(zhì)狀態(tài)硬度HRC40-50。調(diào)質(zhì)后切削即可直接適用，不存在熱處理變形。7CrSiMnMoV鋼：高強度和韌性好，焊接性能好。適合于制造結(jié)構(gòu)形狀復雜的模具零件。 第十三張，PPT共四十九

7、頁，創(chuàng)作于2022年6月高速鋼 鎢系高速鋼（W18Cr4V） 鉬系高速鋼（W6Mo5Cr4V2鋼）在高溫（600C）下仍保持高強度、高硬度、高耐磨性和好的韌性。鋼中含碳量為0.7-0.9，合金元素含量超過15，屬萊氏體鋼。 高淬透性，空冷即可淬硬。 第十四張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月高速鋼含有大量粗大碳化物，且分布不均勻，不能用熱處理方法消除之。必須反復十字鐓拔以打碎粗大碳化物，并使其分布均勻。 需經(jīng)多次回火，從而使大量殘余奧氏體大部分轉(zhuǎn)為馬氏體，并使馬氏體析出彌散碳化物。（300C左右為回火脆性區(qū)） 第十五張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合

8、金以難熔的金屬碳化物（WC、TiC等）作硬質(zhì)相，以鐵族金屬（Co或Ni）為粘結(jié)相，用粉末冶金方法生產(chǎn)的一種多相組合材料。鎢鈷（YG）：強度、韌性較高，多用于制造模具。鎢鈷鈦（YT）：較高的紅硬性和抗氧性。萬能硬質(zhì)合金（YW）：高強度、高硬度。（成分、性能可見P244表4-2） 第十六張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月鋼結(jié)硬質(zhì)合金 以合金鋼為基本，金屬碳化物（TiCiWC）作硬質(zhì)相，用粉末冶金方法生產(chǎn)的一種新型模具材料。它是在具有一定強度和硬度的合金鋼基體上，彌散分布許多細小硬質(zhì)顆粒。特點：.具有鋼的可鍛性、可機加工性、可熱處理等性能，熱處理變形極小。.淬火后具有硬質(zhì)合金的硬度和剛性。第

9、十七張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月兩大類 :.碳化鈦（TiC）作硬質(zhì)相；.碳化鎢（WC）作硬質(zhì)相。許多性能因基體（粘結(jié)劑）種類不同而不同可作硬質(zhì)合金基體的有鉻鉬鋼、不銹鋼、高速鋼等。（性能和一般化學成分見P245表A-3和表A-4） 第十八張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二.模具鋼材的選用 模具鋼材的選用及其鍛造或熱處理是模具制造技術(shù)中的關(guān)鍵之一。對提高模具質(zhì)量和延長模具壽命有很大的影響。選用模具材料時，需要綜合考慮模具的工作條件、性能要求、形狀和尺寸、結(jié)構(gòu)特點等。對模具材料的性能要求有時會遇到矛盾，則需適當取舍、協(xié)調(diào)平衡解決。 第十九張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022

10、年6月1.模具材料的一般要求 包括力學性能、高溫性能、表面性能、工藝性能、經(jīng)濟性等。力學性能：硬度、強度、韌性高溫性能：高溫強度、抗氧化性、耐熱疲勞性、回火穩(wěn)定性、熱膨脹系數(shù)小表面性能：耐磨性、耐蝕性 工藝性能：切削加工性、電加工性、拋光性、可鍛性、淬透性、熱處理性能、可焊性經(jīng)濟性：資源條件、市場供應(yīng)情況、價格 第二十張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月各種模具工作條件不同，對材料性能要求也就各有差異。如： 冷沖壓模：高強度、高硬度。冷擠壓模：高強度（抗壓、斷裂、疲勞強度）、高韌性、高硬度。熱鍛模：高溫強度、硬度、耐蝕性、高溫回火穩(wěn)定性、抗高溫氧化性、耐熱疲勞性、熱膨脹系數(shù)小、導熱性高。

11、 第二十一張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月塑料模：較高的強度和硬度、較高的耐蝕性、良好的電加工性、良好的拋光性、較高的導熱性、可焊性、切削加工性。 橡膠模：耐蝕性、耐熱性、可拋光性、一定強度和硬度。陶瓷模：高硬度、耐熱性、可拋光性、一定強度和韌性。玻璃模：耐熱性、耐蝕性、耐磨性、導熱性、一定強度和韌性。 第二十二張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月表A-6 常用模具鋼的性能特點及用途鋼材性能特點用途10、20易擠壓成形，滲碳及淬火后耐磨性稍高、熱處理變形大、淬透性低工作載荷不大、形狀簡單 的冷擠模、陶瓷模45耐磨性差、韌性差、熱處理過熱傾向小、淬透性低、耐高溫性能差工作載荷不大

12、，形狀簡單的型腔模、沖孔模、橡膠模及鋅合金壓鑄模等T10A、T12A耐磨性差、熱處理變形大，淬透性低工作載荷不大、形狀簡單的冷沖模、成形模T7A、T8A耐磨性稍好、熱處理變形大、淬透性低工作載荷不大、形狀簡單的冷沖模、成形模第二十三張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月表A-6 常用模具鋼的性能特點及用途（續(xù)）40Cr耐磨性差、韌性高、熱處理變形稍小、淬透性稍高、耐高溫性能差用于鋅合金壓鑄模9Mn2V、GCr15耐磨性較好、熱處理變形小、淬透性稍高工作載荷稍大、形狀簡單的冷沖模、膠木模CrWMn耐磨性好、熱處理變形小淬透性較高工作載荷較大、形狀較復雜的冷場模、成形模9CrSi耐磨性好、熱處

13、理變形小淬透性較高用于沖頭、滾絲模60Si2A韌性好、熱處理變形較小、淬透性高用于標準件上的冷鐓模第二十四張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月表A-6 常用模具鋼的性能特點及用途（續(xù)）Cr12耐磨性好、韌性差、熱處理變形小、淬透性高、碳化物偏析嚴重工作載荷大、形狀復雜的高精度冷沖模Cr12MoV耐磨性好、熱處理變形小、淬透性高、碳化物偏析比Cr12小工作載荷大、形狀復雜的高精度冷沖模、冷擠模以及冷鐓模5CrMnMo、5CrNiMo韌性較高、熱處理變形較小、淬透性較好、回火穩(wěn)定性較高熱態(tài)下工作的熱鍛模、熱切邊模3Cr2W8V紅硬性高、熱處理變形小、淬透性好熱態(tài)下工作的熱擠模、熱沖模、壓鑄模

14、W18Cr4V、W6MoCr4V紅硬性高、熱處理變形小、淬透性好工作載荷大的沖頭、冷擠模及熱態(tài)下工作的熱沖模第二十五張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2.模具材料的一般選用原則 模具材料，主要是成型零件和工藝零件的選材，一般在某些方面的性能，要求較高甚至很高。這方面的選材對模具質(zhì)量、壽命、加工制造及成本都有很大的影響。 第二十六張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一般原則： 滿足使用性能要求。主要從工作條件、模具結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形狀和尺寸、生產(chǎn)批量等綜合考慮。形狀復雜、精度高變形小、導熱性好、膨脹系數(shù)小 大負荷高強度摩擦、磨損高硬度 沖擊負荷高韌性 表面光潔可拋光性 第二十七張，PPT

15、共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月良好的制造工藝性能。容易制造、容易精修、便于修改。 一般都要求有良好的切削加工性、熱處理特性。尺寸性、形狀復雜的較小的淬火變形傾向含有細小結(jié)構(gòu)的電加工性精度高的熱處理變形小、易磨削制品生產(chǎn)工藝條件復雜的易磨削、可焊接。 第二十八張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月經(jīng)濟性（制造成本）： 盡量考慮到價格便宜、資源豐富、供應(yīng)方便。第二十九張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月4.塑料模的材料選用 在我國，塑料模具用鋼至今還未形成專用鋼材系列，通常采用一般工具鋼。如T10A、CrWMn、Cr12MoV鋼等。這些鋼切削加工性較差，難以制造型腔復雜的塑料模具，而且

16、一旦熱處理變形超差則難以修復。為了適應(yīng)塑料模日益發(fā)展的需要。常參考國外塑料模具用鋼并結(jié)合我國的具體條件進行選用。 第三十張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月塑料模的鋼材選用原則是 足夠的強度和硬度； 良好的切削加工性； 良好的拋光性； 良好的電加工性； 良好的耐腐蝕性； 良好的淬透性； 良好的照相腐蝕加工性； 良好的焊接性能； 熱處理變形小、熱膨脹系數(shù)小； 表面熱處理性能好。 第三十一張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月如： 形狀簡單選用45、40Cr、T10A、低熔點合金、鋅基合金。形狀復雜選用9Mn2V、GCr15、CrWMn、Cr12MoV、H11（H13）鋅基合金、鈹銅合金

17、等。精度高、壽命長、表面粗糙度很低可選用進口鋼材：美P6、P20、PPT；日HPM1、YAG；瑞S136(H)第三十二張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2 模具熱處理 熱處理的目的：有目的地改變鋼材的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，從而使機械性能、力學性能、加工性能等達到特定的要求。熱處理三階段： 加熱：以一定加熱速度使工件達到特定溫度； 保溫：使工件內(nèi)外溫度均勻；冷卻：工件置于適當?shù)睦鋮s劑中，以一定冷卻速度降到特定溫度。 第三十三張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月常用工藝方法：退火、正火、淬火、回火 退火：將工件加熱到臨界點以上某一溫度然后保溫一段時間，再隨爐極緩慢冷卻；作用：可以得到穩(wěn)定的結(jié)

18、構(gòu)，清除鍛造應(yīng)力和加工硬化，為最終熱處理做好組織準備（組織均勻）。退火完全退火（再結(jié)晶退火）、球化退火、擴散退火、消應(yīng)力退火、低溫退火 第三十四張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月正火： 加熱至Ac3或Accm以上30-50C,然后在空氣中冷卻。作用：可消除冷作、鍛造或急冷時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對含C低于0.45的碳鋼，可用正火代替退火。 第三十五張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月退火、正火工序的溫度區(qū)域：第三十六張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月淬火： 加熱至淬火溫度以上某一溫度后保溫一段時間，然后將工件置入冷卻介質(zhì)（水、油、鹽液）中，以極快的速度進行冷卻而獲得馬氏體組織。冷

19、卻速度大于臨界速度。淬火易出現(xiàn)：產(chǎn)生組織應(yīng)力和熱應(yīng)力淬裂或變形體積增大且在各方向上不均勻淬火作用：提高硬度、耐磨性、其它力學性能。 第三十七張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月回火： 加熱至A1以下某一溫度保溫一段時間，然后進行冷卻。作用：消淬火應(yīng)力，改變淬火組織，適當改善強度和韌性。滲碳體（Fe3C）、碳溶解于鐵中形成固溶體叫奧氏體（用A表示）、碳溶解于鐵中形成鐵素體 第三十八張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月3模具表面強化處理 物理表面處理法：高頻淬火、火焰淬火、激光熱處理、加工硬化化學表面處理法：滲碳、滲氮、低溫氮碳共滲、滲硫、滲金屬、碳化物鹽浴涂覆覆層表面處理法：電鍍、化

20、學氣相沉積、真空鍍膜、離子噴鍍、噴鍍、熱噴涂、表面合金化改變表層的成分、組織、性能，與適宜的心部性能相配合，提高硬度、耐蝕、耐熱、抗咬合、低摩擦系數(shù)等特殊性能。 第三十九張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二.模具表面強化處理工藝特點及應(yīng)用 （一）模具滲氮1.滲氮處理的特點模具滲氮后的性能特點表面硬度高具有較高的紅硬性顯著提高疲勞強度提高模具耐蝕性滲氮處理溫度低，模具氮化后變形極小降低了模具表面粗糙度，提高了抗咬合能力 第四十張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2.模具的滲氮方法有氣體滲氮、氣體低溫氮碳共滲和離子滲氮. 氣體滲氮基本原理 氣體滲氮與滲碳相似，由3個基本過程組成：活性

21、原子的產(chǎn)生，零件表面對活性原子的吸收，活性原子自模具表面向內(nèi)部擴散。工藝參數(shù) 滲氮的主要工藝參數(shù)是滲氮溫度、滲氮時間和氨分解率。 第四十一張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月氣體低溫氮碳共滲 常用方法：a.尿素氣體低溫氮碳共滲b.有機液體滴注式氣體低溫氮碳共滲c.氨加熱式氣體低溫氮碳共滲氣體低溫氮碳共滲工藝在氮碳共滲前應(yīng)對模具進行脫脂、除銹、清洗、防滲表面的保護等預處理工作。離子滲氮 第四十二張，PPT共四十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（二）模具滲硼、滲鉻 1.滲硼滲硼方法有固體滲硼、氣體滲硼、鹽浴滲硼。國內(nèi)應(yīng)用較多的是鹽浴滲硼和固體滲硼。滲硼前后的熱處理：模具滲硼前應(yīng)進行精加工和消除應(yīng)力處理，以避免滲層不均和滲后變形，并要對模具表面進行清洗。對于模具心部要求不高的，滲硼后空冷即可，對要求內(nèi)部有足夠強度的，滲硼后要進行淬火，回火處理。 第四十三張，PPT共