《模具材料概述》PPT课件.ppt

《《模具材料概述》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《模具材料概述》PPT课件.ppt（101页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第二章 模具材料概述,常用模具材料 模具材料主要是满足特定要求的钢材。也有一些其它类型的材料。钢：碳钢（普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢）合金钢（合金结构钢、合金工具钢、不锈钢）,常见元素对碳素钢性能的影响,按照钢的化学成分、品质、冶炼方法和用途等的不同，可对碳钢按多种形式进行分类。1.按冶炼钢的脱氧程度分类,2.按钢的质量分,3.按钢的含碳量分类,4.按钢的用途来分类,一、普通碳素结构钢,（一）牌号标准(GB700-88),用代表屈服强度的字母Q、屈服强度值、质量等级符号（A、B、C、D）以及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四部分按顺序组成。,（二）质量等级 A、B、C、D 四级

2、 A:表示一般质量，S 0.050%,P 0.045%,不保证冲击功；B:S，P 0.045%,保证20 冲击功27J；C:S，P 0.040%,保证0 冲击功27J；D:S，P 0.035%,保证-20 冲击功27J,（三）冶炼时脱氧方法 沸腾钢(F)，半镇静钢(b)，镇静钢(Z)，特殊镇静钢(TZ),Q195-A、F,碳 钢,屈服点强度不小于195MPa的A级沸腾钢,（四）应用,Q195轧制薄板：铁桶、开关箱、防护罩等容器；盘条：捆绑钢丝网，铆钉等,Q215焊接钢管、地脚螺钉、螺栓、木螺钉等小五金零件,Q235型钢：工字钢、槽钢、角钢等；钢板、钢筋及车辆、锅炉上性能要 求不太高的机械零件,

3、Q255铆焊件、栓接结构,Q275轴类、农业机具、耐磨零件,（一）特点：,二、优质碳素结构钢（优钢）,1 与普通碳素结构钢相比，对钢中S、P等杂质限制较严。S、P含量均不大于0.035%；,2 钢的组织均匀致密，偏析程度小，质量好；,3 供货应同时保证钢材的化学成分和力学性能符合标准的规定。,（二）钢材按冶金质量等级分为：1 优质钢 S、P含量均不大于0.035%；2 高级优质钢 符号A，（GAO）S、P含量均不大于0.030%；3 特级优质钢 符号E，（TE）P含量不大于0.025%,S不大于0.020%,1.根据含碳量的大小。两位数字表示平均含碳量的万分之几(两位阿拉伯数字表示平均碳含量)

4、.如：平均含碳量为0.25%优质碳素结构钢 牌号表示为“25”,2.沸腾钢和半镇静钢，在牌号后尾部分别加“F”和“b”.如：平均碳含量为0.08%的沸腾钢 牌号表示为“08 F”；平均碳含量为0.10%的半镇静钢 牌号表示为“10b”,3.含锰量较高的优钢，在阿拉伯数字后面加锰元素符号“Mn”.如：平均碳含量为0.50%、锰含量为0.701.0%较高锰含量的优质碳素结构钢 牌号表示为“50Mn”,4.高级优质碳素结构钢，在牌号后加符号“A”；特级优质碳素结构钢在牌号后加符号“E”.如：平均碳含量为0.20%的高级优质碳素结构钢 牌号表示为“20A”平均碳含量为0.50%的特级优质碳素结构钢 牌

5、号表示为“50E”,（三）牌号标准(GB/T699-1999),（四）具体牌号,08F,10F,15F,08,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,15Mn,20Mn,25Mn,30Mn,35Mn,40Mn,45Mn,50Mn,60Mn,65Mn,70Mn,（五）应用,含碳量低（1035）：强度小，塑性韧性好。冲压容器，锅炉，机械零件,含碳量中等（3050）：强度较高，经调质处理可得到良好的综合性能。机械零件（传动轴、齿轮、连杆等）,含碳量高（50）：强度高，冲击韧性不好。弹簧垫、离合器、钢丝绳等,08和08F钢：用于轧制薄板，高级搪瓷

6、制品；也可用于管子、垫片及心部强度要求不高的渗碳零件等；45钢：轴、齿轮、活塞销等零件；60-65钢：用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫圈、离合器等。,三、碳素工具钢（优质钢）,（一）特点：,1 冷热加工性能，耐磨性较好；,2 价格低廉，广泛采用；,3 淬透性低，耐热性差。,（二）牌号标准（GB1298-86）：,1 用汉字碳（T）+平均含碳量的千分数来表示。如：T7：平均含碳量为0.7%的碳素工具钢；T12：平均含碳量为1.2%的碳素工具钢,2 高级优质钢，牌号后加“A”如：T11A：平均含碳量为1.1%的高级优质碳素工具钢,3 含锰量较高的碳素工具钢，在碳含量后面加锰元素符号“Mn”如：T8Mn

7、：平均含碳量为0.8%的较高锰含量碳素工具钢,（三）具体牌号,T7,T8,T8Mn,T9,T10,T11,T12,T13,T7A,T8A,T8MnA,T9A,T10A,T11A,T12A,T13A,（四）应用,T7（T7A）、T8（T8MnA）：硬度高、韧性较好。凿子、冲头、剪刀、锤子等工具；T9、T10、T11：硬度高、韧性适中。钻头、刨刀、丝锥、锯条等刃具及冷作模具；T12（T12 A）、T13：硬度高、韧性较低。锉刀、刮刀、铣刀、板牙等刃具及量规、样套等量具。,四、铸造碳钢（铸钢）,（一）牌号标准,用“铸钢”两字的汉语拼音字首“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度值，第二组数

8、字代表抗拉强度值。如：ZG200-450 表示屈服强度为200MPa，抗拉强度为450MPa的铸钢。,（二）应用,用来制造重型机械、矿山机械、冶金机械、机车车辆上某些形状复杂、用锻造方法难以生产、而力学性能要求又比较高的零件及构件。,3、合金元素在钢中的分布,合金元素在钢中的作用,1、合金钢中常加入的合金元素,Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Ni、Co、RE等,2、合金元素的分类 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等 碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、Mn等,.只溶于铁素体中，不形成碳化物Ni、Si、Co等.只形成碳化物V、Ti、Nb等

9、.既溶于铁素体又可形成碳化物（FeMn)3C、Cr23C6、Cr7C3等.形成金属间化合物Ni3Al、Ni3Ti、FeTi等,合 金 钢,4、合金元素在钢中的作用,一、合金结构钢（优质碳素结构钢+合金元素）,1.牌号标准（GB/T3077-1999）：,平均含碳量的万分数+化学元素符号+合金元素平均含量的百分数,20Mn2：平均含碳量为0.2%，含Mn 1.5%,a)合金平均含量1.5%时，元素符号后不表明数字,40Cr：含碳量0.370.45%，0.81.1%的铬,b)合金平均含量等于或大于1.5%，2.5%，3.5%.时，用相应的数字2，3，4.表示,60Si2Mn-含碳量0.570.65

10、%，1.5-2.5%的硅和0.6-1.5%的锰,c)高级优质钢号后加注“A”，特级优质合金钢加注“E”.50CrV A 30CrMoSi E,2.牌号举例,40 Cr,38 CrMoAl A,37 CrNi3,3.分类及应用,1）普通低合金结构钢桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。高的屈服强度、良好的塑性和韧性以及焊接性能。16Mn2）渗碳钢变速齿轮、内燃机的 凸轮等。表面高硬度、高耐磨性，心部高韧性和足够的强度。20CrMnTi3）调质钢较大载荷轴、连杆及紧固件等。高强度和高韧性的综合性能。40Cr4）弹簧钢板簧和弹簧等。较高的弹性极限、疲劳强度、足够的塑性、韧性及

11、高的表面质量。65Mn、60Si2Mn5）滚动轴承钢滚动轴承的套圈及滚动体，也可制作精密量具、冷冲模、油泵、油嘴等。高硬度、耐磨及良好的耐疲劳强度，足够的韧性。属于专用钢。GCr15（G：滚；15：千分数）6）超高强度钢飞机起落架、框架等航空航天构件。高强度、抗氧化性和抗疲劳性。35Si2MnMoVA、40SiMnCrMoRE,特殊,二、合金工具钢,1.牌号标准（GB/T3077-1999）：,平均碳含量的千分数+化学元素符号+合金元素平均含量的百分数,5CrMnMo：平均含碳量为0.5%，含Cr、Mn、Mo均小于 1.5%,a)碳平均含量大于1%时，碳质量分数不标出。高速钢一般不标出。,Cr

12、WMn：含碳量大于1%，含Cr、W、Mn均小于 1.5%,c)其余同合金结构钢,2.牌号举例,b)低铬（平均含量1%）合金工具钢，其铬含量用千分之几计，并在含量前加“0”表示低铬。Cr06,Cr12MoV,3.分类及应用,1）合金刃具钢各种金属切削工具，车刀、铣刀、钻头等。高硬度、耐磨性、热硬性以及足够的塑性和韧性。低合金刃具钢（9SiCr）和高速钢（W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2）2）合金模具钢冷作模具钢（各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模等）和冷作模具钢（各种热锻模、热压模、热挤压模等）冷作模具钢：高硬度（HRC5862）、高耐磨性、足够的韧性和疲劳抗力、热处理变形小。Cr12 热作模具钢

13、：较高硬度、高的热硬性、高温耐磨性、抗氧化性、高的热强性和足够的韧性、热疲劳抗力、高的淬透性和导热性。5CrMnMo、5CrNiMo3）合金量具钢测量工具：卡尺、千分尺、螺旋测微仪等。高的硬度和耐磨性以及高的尺寸稳定性。CrMn、CrWMn、GCr15,三、特殊性能钢,不锈钢、耐热钢、耐磨钢,能够抵御空气、蒸汽、及腐蚀性介质腐蚀的钢 1Cr13、1Cr17,高温下具有高的化学稳定性和热强性的钢1Cr19Ni9,很高的耐磨性和韧性 ZGMn13,钢的火花鉴别,常用钢种的火花特征,第一节 模具材料的分类,一、模具的分类,一、模具材料的分类,4.其他模具材料在三大类模具材料之外，还有铸造模具钢、有色

14、合金模具材料、玻璃模具材料等，另外我国还开发研制了特种新型模具用材。(一）铸造模具钢通过精密铸造工艺直接得到形状复杂的模具铸件，与传统的模具生产工艺比较可以节省加工工时，降低金属消耗，缩短模具制造周期，降低模具制造费用。如美国ASTMA597铸造工具钢标准中包括7个钢号，其中冷作模具钢4种、热作模具钢2种、耐冲击工具钢1种。我国不少部门也开始,研制并采用精密铸造工艺生产模具，如东风汽车公司冲模厂已经采用火焰淬火冷作模具钢 ZG7CrSiMnMoV实型铸造工艺，生产出汽车大型覆盖件冲模的刃口镶块模，取得了良好的使用效果和经济效益。我国研制的铸造热锻模用钢JCD钢已经试用于小型热锻模块，代替5Cr

15、MnMo钢锻造模具。我国研制的铸造锻模钢ZDM-2(3Cr3MoWVSi)钢，采用陶瓷型精密铸造工艺，通过几十种锻模的生产试用，代替传统的5CrNiMo和3Cr2W8V锻模，取得了较好的使用效果和经济效益。,（二）有色合金模具材料 随着工业产品的多样化和中小批量生产的增加，一些低成本、易加工、制造周期短以及具有特殊性能的有色金属材料模具也逐渐增多，使用较多的是铜、铝、锌合金。铜合金模具的抗粘着性和导热性好，常用作不锈钢和表面处理钢板的拉伸模和弯曲模具，近年来也用于注射模。常用作模具的是铍青铜，由于铍是公害元素，最近国外又开发出了含Ni-Si的Corson铜合金，这种析出硬化型合金的特点是高强度

16、和高热导性。,铝合金除用于模具的导板、导柱等构件外，现在5000系和7000系铝合金也应用于一些小批量生产的试制模具，如薄板拉深、塑料成型、发泡塑料等模具。锌合金的熔点较低，易于熔化和铸造，切削加工性能好，且可反复回收使用，常常被用作试制模具，主要用于薄板拉深模、弯曲模和铝合金挤压模等。日本近几年又在传统制模用的锌合金基础上，添加Cu、Al、Ti、Be等元素，开发出了新型的锌合金材料。,（三）玻璃模具材料 玻璃模具是玻璃制品的主要成型工艺装备。在玻璃制品成型过程中，模具频繁地与1100以上的熔融玻璃液接触，经受氧化、生长和热疲劳作用。根据玻璃模具的服役条件和失效形式，对模具材料的要求以抗氧化为

17、最主要指标。通常采用耐热合金钢，如3Cr2W8V、5CrNiNo以及合金铸铁等。,（四）特种新型模具材料 除了上述几类模具材料外，还开发研制了特种模具用材，如CrMnN系无磁模具钢（用于电子产品的无磁模具）、高温玻璃模具钢（用于高温餐具、高透光度的车灯、显像管玻璃模壳模具）、陶瓷模具、复合材料模具等。,第二节 模具材料的性能、选用与发展,模具的工作条件不同，对其材料的性能要求也不同，如冷冲压模具要求其材料具有高的强度，良好的塑性和韧性，高的硬度及耐磨性；冷挤压模具要求其材料具有高强度、高韧性、高淬透性以及良好的耐磨性、热稳定性和切削加工性；热作模具用钢要求在工作温度下保持高的强度和韧性、良好的

18、抗蚀性、热稳定性和优良的热疲劳抗力。,模具的各项性能要求有时是相互矛盾的，一般硬度越高，耐磨性就越高。在同样的硬度下，钢材碳含量越高，耐磨性也就越高。热稳定性与加入元素的种类及数量有关，只有在高合金含量的情况下，才能达到所要求的抗软化能力。韧性 则与前二者相反，碳化物中合金元素增加，钢材变脆，这样就形成耐磨性和韧性之间以及稳定性和韧性之间的两对矛盾。在选择模具材料时，应首先考虑模具的某些基本性能必须能适应所制造模具的需要。在一般情况下，主要是钢的耐磨性、韧性、硬度、热硬性以及热疲劳抗力，这四种性能指标可以比较全面地反映模具材料的综合性能，可以在一定程度上决定其应用范围。,一、模具材料的性能要求

19、（一）模具材料的力学性能要求1.耐磨性模具在工作时，其表面往往要与工件产生摩擦，要保持模具的尺寸精度和表面粗糙度，使其不发生早期的磨损失效，就要求模具材料能够承受一定的机械磨损。而具有均匀韧性组织的钢材，其耐磨性能一般都不高。在韧性 组织上弥散分布的硬质碳化物颗粒可以提高模具的耐磨性，但要通过正确的普通热处理和化学热处理的方法，使模具材料既具有高硬度又使材料中的碳化物等硬 化相的组成、形貌和分布合理。模具工作过程中的润滑情况和模具材料的表面处 理，也对改善模具的耐磨性有良好的影响。在承受重载和高速摩擦时，模具被摩 擦表面能够形成薄而致密附着的氧化膜，保持润滑作用，防止模具和被加工工件 表面之间

20、产生粘附、焊合等所导致的工件表面擦伤，同时又能减少模具表面进一步氧化所造成的损伤。,2.韧性许多模具要承受冲击载荷（如冷作模具的凸模，锤用热锻模具、冷镦模具、热镦锻模具等）的作用。除了要求钢材具有较高的强度外，还要具有足够的韧性。高碳钢中含钒就有这种优异的性能、采用水淬方式，可获得一定深度的淬火硬化层，而心部仍保持韧性的组织。由于淬火硬化中形成了压应力，可使抗疲劳性能有所提高。,3.硬度和热硬性硬度是冷作模具材料的主要性能指标，模具在工作中必须具有高的硬度和强度，才能保持其原有的形状和尺寸。一般冷作模具.要求其淬火、回火硬度为60HRC左右，热作模具钢为45-50HRC左右。热硬性是指高温下保

21、持高硬度的能力。许多模具在加工中产生热最并和加热材料接触，由于热传导常被加热到相当高的温度，不少冷作模具在工作中被加工材料强烈挤压和磨损也会形成很高的温度。这就要求模具材料应具有很高的抗回火稳定性，即在高温下有保持高硬度的能力。碳素钢和低合金钢的抗回火能力差，采用含铬或含钨的合金钢，通常能显著提高模具的抗回火性能。,4.抗疲劳性能热作模具，如热镦模、压铸模等在服役过程中承受周期性的加热和冷却，冷热疲劳破坏是其失效的主要形式；冷作模具，如冷镦模、冷冲模等在使用过程中承受较高的反复冲击应力，往往因冲击疲劳抗力低而造成疲劳断裂。所以模具的疲劳性能对模具的寿命具有很大的影响。如果模具材料热导性和韧性不

22、足，在多次反复加热和冷却的条件下，模具有可能在短期使用后产生裂纹并报废。因此，要用导热性好、韧性高的中碳Ni-Cr-Mo钢制造热锻模；用耐热性好，韧性好的中碳Cr-W-Mo-V和Cr-W-V钢制造热挤压模与冷挤压模具；用中碳Si-Mo-V钢制造铝合金压铸模。,上述为模具材料的主要力学性能，但对于不同的服役条件其性能要求不同。对热作模具钢要考虑其抗冷热疲劳性能；对压铸模具应考虑其耐融熔金属的冲蚀性能；对于高温下工作的热作模具应考虑其在工作温度下的抗氧化性能；对于在腐蚀介质中工作的模具，应注意其抗腐蚀性能；对在高载荷下工作的模具应考虑其抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、疲劳强度及断裂韧度等。,(二）模

23、具材料的工艺性能模具在机械、电子、轻工、汽车、纺织、兵器、航空、航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的、工业化生产的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60%-90%的产品零件、组件和部件的加工生产。模具材料的工艺性能就成为影响模具成本的一个重要因素，改善模具的工艺性能，不仅可以使模具生产工艺简单、易于制造，而且可以有效地降低模具的制造费用。模具材料的工艺性能，经常要考虑的有以下几种：,加工性能模具的加工对模具寿命有不同影响，如模具材料毛坯的反复镦拨柔锻，型腔的冷挤压和超塑成形等，都会使模具材质组织致密，并能消除碳化物偏析。因此要减少各种加工手段的不利影响：机加工要保证每道加工工序的加工精度和

24、表面粗糙度；电加工要减少步距偏差、型孔尺寸偏差及粗糙度；钳工装配不得损坏已加工成形的工件基准面和工作面，保证模具的装配精度。,对各种精密加工，要求有较好的精度保证，但由于磨削加工可能导致金属表面的局部过热，产生高的表面残余应力以及组织变化等，其结果可能导致磨削裂纹的产生。常见的磨削缺陷有：磨削速度过快引起金属烧伤；用钝的或重载砂轮磨削引发的磨削裂纹。细小的磨削裂纹难于用肉眼观察，需用磁粉探伤或稀硝酸冷侵蚀方能显示。轻的磨削裂纹常垂直于磨削方向呈平行分布，严重的磨削裂纹 呈龟裂状。这些磨削裂纹即使可以通过轻磨予以去除，但危害犹存，常导致模具在服役中的早期失效。为了减少磨削应力以及磨削裂纹，可对工

25、件进行回火热处理。有些模具材料，如高钒高速钢、高钒高合金模具钢的磨削性很差、磨削比很低，不便于磨削加工，近年来改用粉末冶金生产，可以使钢中的碳化物细小、均匀，完全消除了普通工艺生产的高钒模具钢中的大颗粒碳化物，不但使其磨削性大为改善，而且还改善了钢的塑性和韧性，使之能在模具制造中推广应用。,电火花加工常常作为模具的最后加工工序。电火花加工可在淬火、回火模具的表面形成淬火马氏体的白亮层。由于高碳马氏体的固有脆性和显微裂纹的存在，往往导致模具的早期开裂失效。另外，电火花加工可在模具表面形成不良的残余应力，降低了模具的使用寿命。可以通过电加工规准，来减少硬化层的厚度，或者用喷丸法等去除变质层。模具的

26、研磨抛光是加工中的关键工序，它不但能提高加工件的表面质量，而且对模具的使用寿命有直接的影响。模具型腔的表面粗糙度值降低，可有效地提高模具的使用寿命，对塑料注射模更是如此。,目前国内抛光工艺常采用手工操作，效率低。国外釆用机械抛光、电解抛光、化学抛光、超声抛光、挤压研磨、喷丸抛光等。这些抛光技术可使模具型腔表面微观粗糙度值降低、晶粒细化、残余应力由拉应力转化为压应力，从而提高模具材料的韧性、屈服强度和疲劳强度，降低和减缓粘着磨损，改善模具质量。,2.淬透性和淬硬性对于冷作模具材料大部分要求高硬度，即要求有一定 的淬硬性。对于大部分热作模具和塑料模具，对硬度的要求不高，往往更多地考虑其淬透性，应按

27、照模具截面的大小，选择合适的淬透性。钢材模具除了表面应有足够的硬度外，心部也要具有足够的强度。大型模具选用淬透性差的钢材时，表面淬硬层与心部不能获得马氏体淬火组织，在回火时就不能得到高的强度和韧性。形状简单的小模具也常用淬透性较高的结构钢制造，这是为了淬火后能获得 较为均匀的应力状态。对于形状复杂、要求精度高又容易产生热处理变形的模具，为了减少其热处理变形，往往采用冷却能力弱的淬火介质（如油冷、空冷、加压淬火或盐浴淬火），这就需要采用淬透性较好的模具材料，以得到满意的淬火硬度和淬硬层深度。,3.氧化、脱碳敏感性 模具在加热过程中，如果产生氧化、脱碳现象，就会改变模具的形状和性能，影响模具的硬度

28、、耐磨性和使用寿命，导致模具的早期失效。有些钼含量高的模具钢具有极优良的高温性能，但是在高温下极易氧化、脱碳，限制了其应用范围，采用特种热处理工艺（如真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等）以后，能够避免氧化、脱碳，使钼基合金得到了广泛应用。,二、模具材料的选用原则 根据模具生产条件和工作条件的需要，结合模具材料的基本性能和相关因素，应选择适合模具需要、经济合理、技术先进的模具材料。对于一种模具，如果单纯从材料的基本性能考虑，可能几种模具材料都能符合要求，然而必须综合考虑模具的使用寿命、制造工艺过程的难易程度、模具制造的费用以及分摊到每个工件上的模具费用等多种因素，进行综合分析评价，才能得出

29、符合实际的正 确结论。为了便于模具材料的选用，通常根据工作条件将模具分为冷作模具、热作模具和塑料模具三大类。随着模具工作条件的日益苛刻，各国还相继研发了不少适应新要求的新钢种以及其他一些类型的模具，如玻璃模具、陶瓷模具以及复合材料模具等。目前各国使用量较大的集中在一些通用型模具钢上。现将通用模具钢钢种以及一些新型模具材料的发展情况概述如下。,(一）冷作模具材料冷作模具钢是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢，主要用于制造冲压、剪切、辊压、压印、冷镦和冷挤压等用途的模具，一般要求其具有高的硬度、强度和耐磨性，一定的韧性和热硬性，以及良好的工艺性能。近年来碳素工具钢使用得愈来愈少，高合金钢模具所占

30、的比例仍为最高。表2-4列出了一些国家具有代表性的通用冷作模具钢牌号。冷作模具钢以高碳合金钢为主，均属热处理强化型钢，使用硬度高于58HRC。以O1钢为典型代表的低合金冷作模具钢，一般仅用于小批量生产中的简易型模具和承受冲击力较小的试制模具。Crl2型高碳合金钢仍是大多数模具的通用材料，典型代表钢种是D2钢，这类钢的强度 和耐磨性较高，韧性较低。在对模具综合力学性能要求更高的场合，常用的替代钢种是M2高速钢。,1.常用冷作模具钢 冷作模具钢种类较多，一般常用冷作模具钢材有以下几种：(1)碳素工具钢T8A、T10A：这是冲模中应用最广、价格最便宜的材料。适宜形状简单的冲模，其优点是加工性能好，有

31、一定的硬度；缺点是淬火变形大，耐磨性能较差；热处理后的硬度为5862HRC。(2)低合金钢CrWMn、9CrSi钢：淬透性能好，淬火变形小、耐磨性较好、机械加工容易，常用来制造形状复杂、要求变形较小的中小型冷作模具，表面可进行渗硼等化学热处理，对于因崩刃和断裂而早期失效的冷作模具，使用该钢可显著提高其寿命，热处理后的硬度为5868HRC。,(4)高碳中铬模具钢Cr6WV、Cr4W2MoV：为了克服Crl2型高碳高铬冷作模具钢因碳化物偏析易脆开裂的缺点，20世纪70年代以来，国内外均进行了大量的研究工作，通过降低铬含量，研制了几种新型中铬耐磨高韧性冷作模具钢。这类钢由于铬含量较小，耐磨性、淬透性

32、能稍差。但由于加入了W、Mo、V等元素，提高了钢的稳定性、力学性能和耐磨性，适用于弯曲模，热处理后的硬度为5060HRC。,(5)基体钢：基体钢是指在高速钢淬火组织基体的化学成分基础上，添加少量的其他元素，适当增减碳含量，使钢的成分与高速钢基体成分相同或相近的一类模具钢。这类钢由于去除了大量的过剩碳化物，与高速钢相比，其韧性和疲劳强度得到了大幅度的改善，但又保持了高速钢的高强度、高硬度、热硬性和良好的耐磨性。以65Nb钢为例，该钢的成分与M2高速钢淬火组织中基体成分相当，但碳的质量分数提高到了0.65%,使其具有一定数量的一次碳化物，因而改善了耐磨性。,(6)YG硬质合金：是一种多相结合材料，

33、其耐磨性、硬度、机械强度都较高，可用于大批量寿命高的小型冷作模具。其缺点是不能进行切削加工，价格较贵。(7)YE钢结硬质合金：既具有合金钢的可锻造、切削加工、焊接及热处理性能，又具有硬质合金的高硬度、高耐磨性的特点，是一种很好的模具材料，但价格很贵。,2.新型冷作模具材料随着模具技术的发展，为了适应不同模具的特殊性能要求，各国的模具工作者除对传统的模具材料不断开发新的热处理工艺外，还不断开发具有不同特性以适应各种性能要求的新型模具材料。各国有针对性地发展了一些新型的模具钢。,(1)高韧性高耐磨性模具钢：Crl2、Crl2MoV、Crl2MolVl型模具钢，耐磨性很好,但是韧性差，抗回火软化能力

34、也不足。Cr12MoV、Crl2MolVl中增加了钼、钒合金的数量，在钢中形成了大量MC型高弥散度碳化物，与Crl2相比，其耐磨性和使用性能都有所提高，但韧性和抗回火软化能力仍不够。近年来，国内外相继开发了一些高韧性、高耐磨性模具钢，其碳、铬含量低于Crl2型模具钢，其耐磨性不低于或优于Grl2MolVl钢，韧性和抗回火软化能力则高于Crl2型钢。比较具有代表性的钢号有美国钒合金钢公司早期发表的VascoDie(8Cr8Mo2V2Si),近年来日本山阳特殊钢公司发表的QCM8(8Cr8Mo2VSi)、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2VSi)等，我国自行开发的则有7Cr7Mo2V2Si

35、(LD钢）、9Cr6W3Mo2V2(GM钢）等，分别用于冷挤压模具、冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具，都取得了良好的使用效果。另外还有中合金空淬摸具钢，如Cr5MolV是国际上通用的钢号，其耐磨性优于低合金模具钢CrWMn,9CrWMn,而韧性则高于高合金模具钢Crl2、Crl2MoV、Crl2MolVl,既具有较好的耐磨性，又具有一定的韧性和热硬性。,(2)低合金空淬微变形钢：这类钢的特点是合金元素含量低（WMe5%),淬透性和淬硬性好，100mm的工件可以空冷淬透，淬火变形小、工艺性好、价格低，主要用于制造精密复杂模具。代表性的钢号有：美国ASTM标准钢号A4(Mn2CrMo),A6(7Mn

36、2CrMo),日本大同特殊钢公司的G04,日本日立金属公司的ACD37等。我国自行研制的Cr2Mn2SiWMoV和8Cr2MnMoWVS等钢种，也属于低合金空淬微变形钢，后一种钢号还兼备优良的切削性。,(3）火焰淬火模具钢近年来，国外开发了一些适应火焰淬火工艺需要的冷 作模具钢。这类钢具有淬火温度范围宽、淬透性好的特点。火焰淬火的工艺已经广泛地应用于制造剪切、下料、冲压、冷镦等冷作模具，特别是大型镶块模具。对于大型镶块模具的加工和热处理问题，各国都开发了Si-Mn系列的中碳（Wc=0.06%0.08%)中合金型火焰淬火钢。这类钢的切削和焊接性能好，淬火温度范围宽，可在机加工完成后采用氧乙炔喷枪

37、或专用加热器对模具的工作部位加热并空冷淬火后直接使用。这类冷作模具钢发展很快，代表性的钢号如日本爱知制钢公司的SX5(Cr8MoV)、SX105V(7CrSiMnMoV)、L22J,日本山阳特殊钢公司的QF3,大同特殊钢公司的G05,日本日立金属公司的HMD1、HMD5等。,我国研制的7CrSiMnMoV火焰淬火钢与日本的SX105V钢成分相同。淬火时可用火焰加热模具刃口切料面，淬火前需对模具进行预热（预热温度180-200),该钢淬火温度范围较宽（9001000）,对模具刃口施行局部火焰加热，其硬化层的硬度与整体淬火相近，表层具有残余压应力，硬化层下又有高韧性的基体，减少了刃口开裂、崩刃等早

38、期失效的发生，提高了模具寿命。该类钢的另一个特点是淬火变形小，一般只有0.02%0.05%，故可以在机加工完成后采用氧乙炔喷枪等工具，对模具工作部位火焰加热空冷淬火和火焰加热回火后直接使用，在实际生产中取得了良好的效果。,(4)粉末冶金冷作模具材料对于大批量生产中要求高耐磨性的冷作模具，常用钼系高速钢替代Cr12型模具钢，其中含钴高速钢的耐磨性较高，但韧性很低。近年来国外粉末高速钢发展很快，这种用粉末冶金方法生产的高速钢，碳化物细小均匀，基体硬度高，耐磨性好，韧性也大为改善。如美国坩埚钢公司的 CPM10V(Wc=2.45%、Wv=10%、Wcr=5%、WMo=1.3%)钢，耐磨性可与硬质合金

39、相近，韧性则远超过硬质合金。其中含钴型粉末高速钢的使用硬度最高，耐磨性最好，但韧性很低；而DEX20型和DEX40型粉末高速钢的韧性可高于相同硬度的M2(W6Mo5Cr4V2)高速钢。粉末高速钢模具的应用效果表明，其寿命比钢模具延长38倍。,(5)用于冷作模具的钢结硬质合金钢结硬质合金是以高熔点碳化物WC、TiC作为硬质相，以碳素工具钢、合金工具钢或不锈钢作为粘结相，通过粉末冶金真空烧结轧制而成。钢结硬质合金是新型高效能工程材料，既有硬质合金相的高硬度、高耐磨性，又有粘结相的热加工性能，可进行锻造、热处理、强化和焊接，热处理变形微小，能胜任一般冷作模具材料无法胜任的大锻力、大负荷的模具。钢结硬

40、质合金材料广泛应用冷作模具。钢结硬质合金代表性的牌号有以TiC为硬质相的GT35、GR5、Dl、T1等，以WC为硬质相的GW50、G5W50、TLMW50 等。,(二）热作模具材料热作模具要求其材料在工作温度下具有良好的强度、硬度、耐磨性、抗冷热疲劳性能、抗氧化性和抗特殊介质的腐蚀性能，用于制造锻压、压铸、热挤压、热镦锻及等温超塑成形用模具。热作模具钢多为中碳合金钢，用于热锻模、热挤压模、压铸模以及等温锻造模具等。热作模具的主要性能要求是在工作温度下具有较高的强韧性、抗氧化性、耐蚀性、高温硬度、耐磨性及抗冷热疲劳性能。常用热作模具钢的种类主要 有5Cr型、3Cr-3Mo型、Cr-W型和Cr-N

41、i-Mo型合金工具钢，特殊场合也使用基体钢、高速钢和马氏体时效钢。,1.5Cr型热作模具钢5Cr型热作模具钢的典型钢种是H18钢和H11钢，这类钢的综合性能较好，尤其是抗冷热疲劳性强，是目前各国用量最多的标准型热作模具钢。近年来，有些国家采用电渣重熔、特殊锻造工艺等，推出优质H13钢，这种钢纯净度离，模块性能具有各向同性，尤其是韧性明显提高，用优质H13钢制造的压铸模使用寿命比普通H11钢提高2倍。日本大同特殊钢公司在H13钢基础上增加少量Mo、V等元素，研制出DH21钢，使热强性和高温抗冲蚀能力提高，用DH21钢制作的铝合金压铸模的寿命可相当于H13钢模的2倍。由于DH21钢优良的耐热裂性，

42、常用来压铸汽车发动机旋转零件和要求注重外观的构件。对于要求高韧性、低耐热性的锤锻模用钢，国外仍以5CrNiMo钢为主。为进一步提髙锻模寿命，开发了韧性较高、耐热性更好的钢种，如俄罗斯的 30X3HMO、4X3BMO,美国的H10、H11、H13等，其模具寿命为5CrNiMo钢的1.53倍。,2.3Cr-3Mo型热作模具钢3Cr-3Mo型热作模具钢的基本钢种是美国的 H10钢。这类钢韧性较高，热强性优于H13钢，可用于热锻模和温锻模。为了提高其热强性和耐磨性，瑞典在H10钢的基础上加入2%3%的钴（质量分数），开发出QR045钢、QR080M钢和QR090 SUPREME钢，日本大同特殊钢公司研

43、制出DH71钢。对于小尺寸的锤锻模，采用H10类型的模具钢虽然有许多优点，但其性能受淬火冷却速度的影响较大，冷却速度慢时，韧性就会显著下降，为此日本爱知钢厂将3Cr-3Mo系钢加以改进，提高了 Si、Cr,Ni的含量，使韧性提高一倍以上。在重约100kg的汽车锻件上，模具寿命提高了约0.8倍。,日本大同钢厂还在3Cr-3Mo钢基础上进一步改进，降低碳含量，加入2.5%的钴（质童分数），使得钢的韧性提高了1.6倍，寿命提高了50%。各国模具钢 标准中都有一些含钴的钢种。日本在公布的新标准中就补进了含钻的H19类钢种，定名为SKD8。钴的价格较高，属于稀缺的物资，只有在必要时才使用含钴 的模具钢。

44、另一条提高热作模具钢热稳定性与韧性的途径是使合金元素含量更加合理化。瑞典Uddeholm公司近年开发了QR080M、QR090 SUPREME新钢种，它是利用合理合金化配比，使其产生较多弥散的VC析出相，并在微量元素作用 下，提高钢的热稳定性、抗热疲劳性，在这些性能方面均优于3Cr2W8V钢。,3.超级热作材料热作模具材料以要求热强性为主时，可以选用铁基(Crl8、Ni26、Til2)、镍基（Crl8、Fel8、Nb5、Mo3)以及钴基材料。另外几乎所有高温合金均可用于热作模具。热作模具要求耐磨性为主时，可以选用高铬 莱氏体钢、高速钢、高钒粉末钢、钢结硬质合金以及工程陶瓷。高钒粉末钢以其低廉的

45、原料成本和特别高的耐磨性、良好的韧性倍受重视。工程陶瓷也具有热强、耐磨特性，但因抗裂纹性能低而受到限制。,4.其他热作模具钢Cr-W型热作模具钢的传统钢种是H21(8Cr2WSV)钢，由于这种钢的韧性低，抗冷热疲劳性能差，现在国外已广泛采用H13钢取代。Cr-W型钢的高温强度和耐磨性好，一些高温锻模和高温压铸模有时使用H19钢。国外还发展了一些新型高铬耐蚀模具钢，如俄罗斯的2X9B6钢等。Cr-Ni-Mo型热作模具钢主要用于大型热锻模，这类钢的淬透性、回火稳定性和韧性较高，切削加工性能好，但耐磨性差。在特殊情况下，以提髙耐磨性和热硬性为主要目的而用于热作模具的高速钢，多为W系高速钢。为了保证足

46、够的韧性和抗冷热疲劳性能，钢中碳的质量分数较低（Wc=0.3%0.6%),相当于基体钢。基体钢属髙强韧性热作模具钢。马氏体时效钢的综合性能最好，表面粗糙度值小，热处理变形小，但成本较高，一般仅用于复杂、精密的压铸模和挤压模。,(三）塑料成型模具材料随着塑料工业的发展，塑料制品日益向大型、超小型、复杂、精密的方向发展。模具是塑料成型加工业的重要工艺装备，塑料制品的更新换代对模具的要求也更髙。一般要求具有高的韧性，优良的热处理性、热加工性，好的切削性、磨削性等。我国目前采用的45、40Cr等因寿命短、表面粗糙度值大、尺寸精度不易保证等缺点，不能满足塑料制品工业发展的需要。工业发达的国家较早地注意到

47、了提髙塑料模具材料的寿命和模具质量问题，已形成专用的钢种系列。如美国ASTM标准中的P系列包括7个钢号，其他国家的一些特殊钢生产企业也发展了各自的塑料模具用钢系列，如日本大同特殊钢公司的塑料模具钢系列包括13个钢号，日立金属公司则列入了15个钢号。我国国家标准中只列入了3Cr2Mo(P20)一个钢号，但近年已经初步形成了我国的塑料模具用钢系列。塑料模具钢可以分为下述几类。,1.通用型塑料模具钢 塑料模具钢的性能主要要求加工性能、耐蚀性和镜面度，一些特殊的模具还要求高的耐磨性和韧性。当今塑料模具钢已形成较完整的体系，大致分为以下几类。(1)基本型塑料模具钢：如65钢，碳的质量分数为0.65%,在

48、锻后正火状态直接加工成形使用，使用硬度很低（20HRC),切削加工性能好，但模具表面粗糙度值大，使用寿命短，现仅在少量的聚丙烯和ABS等一般热塑性树脂的注射成型模具上使用，如汽车缓冲器注射模和电视机外壳注射模等。目前此类钢已基本被预硬钢取代。(2)预硬化型塑料模具钢：是用量最大的通用型材料，典型的代表钢种是美国的P20钢。这类钢是在中、低碳钢中加入一些合金元素的低合金钢，淬透性较高且保持良好的易切削加工性能，调质后加工使用，硬度通常在2535HRC。目前，这种直接加工型腔的预硬钢的上限硬度可达43HRC。这类模具也是用于一般热塑性树脂的注射成型，如聚乙烯、聚酰胺、丙烯酸类树脂和ABS材料。,(

49、3)时效硬化型塑料模具钢：如美国的P21、日本的NAK55是在中、低磷钢中加入Ni、Cr、Ai、Cu、Ti等合金元素。先对毛坯进行淬火、回火处理，使其硬度小于30HRC，然后加工成模具，再进行时效处理，由于金属间化合物的析出使模具的硬度上升到4050HRC。这类钢的耐蚀性和耐磨性优于预硬钢，可用于复杂精密模具或大批量生产用的长寿命模具。这类钢中常加S、Pb、Ca等元素以改善其切削加工性能。(4)热处理硬化型塑料模具钢：如美国的D2,日本的PD613、PD555等可分为高碳高铬型（冷作模具钢）的高耐磨塑料模具钢和低碳高铬型的高耐腐蚀性塑料模具钢两种。这类钢制造的模具，需在精加工后进行淬火、回火处

50、理，使用硬度为5060HRC,模具表面能达到很高的镜面度，并可进行表面强化处理。为了提高模具的镜面度，国外对这类钢常采用电渣重熔或真空精炼方法，提髙钢中的纯净度。,(5)粉末模具钢：对于要求高耐磨性、高耐蚀性、高韧性和超高镜面度的高级塑料模具，可采用马氏体时效钢或粉末模具钢。用粉末冶金方法生产的模具钢，与高碳高铬型模具钢有相同的化学成分，而显微组织中的碳化物均匀微细，可使模具达到极高的镜面度。如日本神户制钢公司研制的KAD181和KAS440两种粉末模具钢就是在D2钢的基础上，提高铬含量的钢种。这两种钢的使用硬度可达6264HRC，表面粗糙度值可达0.01m,用于一些产品批量很大的高级塑料模具