模具材料及表面处理课件吴兆祥版(全).ppt

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1、普通高等教育普通高等教育普通高等教育普通高等教育“十一五十一五十一五十一五”国家级规划教国家级规划教国家级规划教国家级规划教材材材材高高高高 等等等等 职职职职 业业业业 教教教教 育育育育 机机机机 电电电电 类类类类 规规规规 划划划划 教教教教 材材材材机机机机 械械械械 工工工工 业业业业 出出出出 版版版版 社社社社 精精精精 品品品品 教教教教 材材材材模具材料及表面处理（第二版）（第二版）主编：吴兆祥主编：吴兆祥2021/9/252021/9/251 1一、模具材料技术在模具工业中的地位一、模具材料技术在模具工业中的地位1 1、模具是重要的加工工艺装备、模具是重要的加工工艺装备绪

2、绪 论论l 汽车、拖拉机零件：70%l 塑料制品：80%90%l 日用五金：60%70%2、模具材料技术对模具及被加工产品的影响l 模具材料技术影响到模具的制造成本。l 模具材料技术影响到模具的寿命，从而影响产品成本。l 模具材料技术影响模具的质量，从而影响产品的质量。2021/9/252021/9/252 23、行业要求l合理选用模具材料。l合理实施模具的热处理及表面处理。l大力推广模具新材料、新工艺、新技术的应用。2021/9/252021/9/253 3二、国内、外模具材料技术水平概况二、国内、外模具材料技术水平概况1 1、国内概况、国内概况l 模具钢系列化水平提高，现纳入GB有26只钢

3、。l 研制出不少新型模具钢：冷作模具钢有GD、CH-1、LD、65Nb、CG-2等。热作模具钢有5Cr2NiMoVSi、HM1、012Al、HD等。塑料模具钢有P20、718、8Cr2S、5NiSCa等。l 硬质合金和钢结硬质合金应用成熟。l 强韧化处理新工艺广泛采用。l 表面技术水平不断提高。2021/9/252021/9/254 42 2、国外概况、国外概况l 发达国家的模具钢系列化标准化程度高。l 发达国家模具钢品种规格齐全，多以厚板方料扁料类型并经预处理状态供应市场。l 发达国家模具钢冶金技术先进，钢材的纯净度、均匀性高。l 发达国家重视模坯及模具使用的后处理。l 发达国家模具表面处理

4、设备及工艺先进。三、课程性质与学习要求三、课程性质与学习要求本门课程属于专业课程，学习要求如下：掌握各类模具材料的特性、强韧化方法、使用范围。正确选用模具材料热处理方法。熟悉各类模具的表面处理及选用。2021/9/252021/9/255 5第一章 模具材料概论第一节第一节 模具及模具材料分类模具及模具材料分类一、模具分类一、模具分类一、模具分类一、模具分类l l冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。l l热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模

5、等。热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。l l成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末 冶金模等。冶金模等。冶金模等。冶金模等。按工作条件分：按工作条件分：按工作条件分：按工作条件分：按材料、工艺、设备分：按材料、工艺、设备分：按材料、工艺、设备分：按材料、工艺、设备分：1010类类类类2021/9/252021/9/256 6二、模具材料分类二

6、、模具材料分类二、模具材料分类二、模具材料分类模具材料模具材料模具材料模具材料模具钢模具钢模具钢模具钢冷作模具钢冷作模具钢冷作模具钢冷作模具钢热作模具钢热作模具钢热作模具钢热作模具钢塑料模具钢塑料模具钢塑料模具钢塑料模具钢其他模具其他模具其他模具其他模具材材材材 料料料料铸铁铸铁铸铁铸铁非铁金属及合金非铁金属及合金非铁金属及合金非铁金属及合金硬质、钢结硬质合金硬质、钢结硬质合金硬质、钢结硬质合金硬质、钢结硬质合金非金属材料非金属材料非金属材料非金属材料2021/9/252021/9/257 7第二节第二节 模具材料的主要性能指标模具材料的主要性能指标一、强度一、强度一、强度一、强度强度是表征材

7、料变形抗力和断裂抗力的性能指标强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标l l冷作模具材料的变形抗力指标是：冷作模具材料的变形抗力指标是：冷作模具材料的变形抗力指标是：冷作模具材料的变形抗力指标是：0.20.2或或或或 s sl l热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度l l冷作模具的断裂抗力指标是：冷作模具的断裂抗力指标是：冷作模具的断裂抗力指标是：冷作模具的断裂抗力指标是：b b、bbbb、抗压

8、抗压抗压抗压 0.20.2和和和和K K1C1C影响强度的主要因素有：影响强度的主要因素有：影响强度的主要因素有：影响强度的主要因素有：l l钢的化学成分钢的化学成分钢的化学成分钢的化学成分l l金相组织金相组织金相组织金相组织l l内应力状态内应力状态内应力状态内应力状态2021/9/252021/9/258 8二、硬度与热硬性二、硬度与热硬性二、硬度与热硬性二、硬度与热硬性硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。热硬性是指模具材料在高温条件下保持高

9、硬度的能力。热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。模具对硬度的要求一般是：模具对硬度的要求一般是：模具对硬度的要求一般是：模具对硬度的要求一般是：l l冷作模具为：冷作模具为：冷作模具为：冷作模具为：5260HRC5260HRCl l热作模具为：热作模具为：热作模具为：热作模具为：4052HRC4052HRC 因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模具因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模具因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模具因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模具的性能要求在图样上只用硬度标注。的性能

10、要求在图样上只用硬度标注。的性能要求在图样上只用硬度标注。的性能要求在图样上只用硬度标注。影响硬度和热硬性的因素主要有：影响硬度和热硬性的因素主要有：影响硬度和热硬性的因素主要有：影响硬度和热硬性的因素主要有：l l钢的化学成分钢的化学成分钢的化学成分钢的化学成分l l热处理工艺热处理工艺热处理工艺热处理工艺l l表面处理工艺表面处理工艺表面处理工艺表面处理工艺2021/9/252021/9/259 9三、耐磨性三、耐磨性表征材料抗磨损的性能。表征材料抗磨损的性能。表征材料抗磨损的性能。表征材料抗磨损的性能。评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量评价耐磨性指标：磨

11、损量或相对磨损量评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量磨损形式主要有：磨损形式主要有：磨损形式主要有：磨损形式主要有：l l 磨料磨损磨料磨损磨料磨损磨料磨损l l 粘着磨损粘着磨损粘着磨损粘着磨损l l 氧化磨损氧化磨损氧化磨损氧化磨损l l 疲劳磨损疲劳磨损疲劳磨损疲劳磨损影响磨损的因素有：影响磨损的因素有：影响磨损的因素有：影响磨损的因素有：l l 化学成分化学成分化学成分化学成分l l 组织状态组织状态组织状态组织状态l l 力学性能力学性能力学性能力学性能l l 润滑条件润滑条件润滑条件润滑条件四、韧性四、韧性四、韧性四、韧性 韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的能韧性是指材料在冲击载

12、荷作用下抵抗脆断的能韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的能韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的能力。力。力。力。评介指标：冲击韧度评介指标：冲击韧度评介指标：冲击韧度评介指标：冲击韧度a ak k、静弯曲挠度、静弯曲挠度、静弯曲挠度、静弯曲挠度 影响因素：钢的成分、组织和冶金质量影响因素：钢的成分、组织和冶金质量影响因素：钢的成分、组织和冶金质量影响因素：钢的成分、组织和冶金质量 例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越高；例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越高；例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越高；例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越高；细晶粒组织、细晶粒组织、细晶粒组织、细晶粒组

13、织、MM板板、BB下下、S S回回都具有高的韧性都具有高的韧性都具有高的韧性都具有高的韧性。2021/9/252021/9/251010三、耐热性三、耐热性 表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正常表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正常表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正常表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正常工作的能力。工作的能力。工作的能力。工作的能力。评价指标：高温热稳定性、抗氧化性评价指标：高温热稳定性、抗氧化性评价指标：高温热稳定性、抗氧化性评价指标：高温热稳定性、抗氧化性 l 高温热稳定性常以材料在高温热稳定性常以材料在高温热稳定性常以材料在高温热稳定性常以材料在600700

14、600700时的屈服强时的屈服强时的屈服强时的屈服强度表示。度表示。度表示。度表示。影响因素：再结晶温度影响因素：再结晶温度影响因素：再结晶温度影响因素：再结晶温度 回火稳定性回火稳定性回火稳定性回火稳定性五、耐蚀性五、耐蚀性五、耐蚀性五、耐蚀性l 含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具有一定的腐蚀性。有一定的腐蚀性。有一定的腐蚀性。有一定的腐蚀性。l 合金化和表面处理是提高耐蚀性的主要合金化和表面处理是提高耐蚀性的主要合金化和表面处理是提高耐蚀性的主要合金化和表面处理是提高耐蚀性的主要方法。方法

15、。方法。方法。2021/9/252021/9/251111第三节第三节 模具的失效形式及分析模具的失效形式及分析一、模具的失效形式一、模具的失效形式一、模具的失效形式一、模具的失效形式冷冲压模具过量塑性变形而失效：冷冲压模具过量塑性变形而失效：冷冲压模具过量塑性变形而失效：冷冲压模具过量塑性变形而失效：模具的失效形式：模具的失效形式：模具的失效形式：模具的失效形式：模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。热锻模塌陷、磨损失效：热锻模塌陷、磨损失效：热锻模塌陷、磨损失效：热锻模塌陷、磨

16、损失效：2021/9/252021/9/251212冷镦冲头磨损、折断失效：冷镦冲头磨损、折断失效：冷镦冲头磨损、折断失效：冷镦冲头磨损、折断失效：二、模具失效分析二、模具失效分析二、模具失效分析二、模具失效分析模具失效分析的步骤：模具失效分析的步骤：模具失效分析的步骤：模具失效分析的步骤：l 生产现场调查生产现场调查生产现场调查生产现场调查l 模具用材和制造工艺调查模具用材和制造工艺调查模具用材和制造工艺调查模具用材和制造工艺调查l 对模具进行失效分析对模具进行失效分析对模具进行失效分析对模具进行失效分析 模具失效原因主要产生在制造过程：模具失效原因主要产生在制造过程：模具失效原因主要产生在

17、制造过程：模具失效原因主要产生在制造过程：2021/9/252021/9/251313l l结构设计不当结构设计不当结构设计不当结构设计不当l l材料选择和质量问题材料选择和质量问题材料选择和质量问题材料选择和质量问题l l毛坯锻造不良毛坯锻造不良毛坯锻造不良毛坯锻造不良l l机械加工缺陷机械加工缺陷机械加工缺陷机械加工缺陷l l热处理不当热处理不当热处理不当热处理不当l l装配精度不高装配精度不高装配精度不高装配精度不高例：冷冲压冲头的失效分析例：冷冲压冲头的失效分析例：冷冲压冲头的失效分析例：冷冲压冲头的失效分析RR处断裂处断裂处断裂处断裂 冲击疲劳造成冲击疲劳造成冲击疲劳造成冲击疲劳造成

18、DD处磨损超差处磨损超差处磨损超差处磨损超差 表面硬度不足造成表面硬度不足造成表面硬度不足造成表面硬度不足造成改进措施：改进措施：改进措施：改进措施：增加增加增加增加RR处的过渡圆角处的过渡圆角处的过渡圆角处的过渡圆角 DD处采用表面强化处理处采用表面强化处理处采用表面强化处理处采用表面强化处理2021/9/252021/9/251414第二节第二节 影响模具寿命的主要因素影响模具寿命的主要因素 一、模具结构设计对模具寿命的影响一、模具结构设计对模具寿命的影响一、模具结构设计对模具寿命的影响一、模具结构设计对模具寿命的影响1 1、模腔结构的影响、模腔结构的影响、模腔结构的影响、模腔结构的影响l

19、 l组合式优于整体式组合式优于整体式组合式优于整体式组合式优于整体式塔形锻造凹模式塔形锻造凹模式塔形锻造凹模式塔形锻造凹模式 螺栓冷镦凹模螺栓冷镦凹模螺栓冷镦凹模螺栓冷镦凹模a)a)为整体式，易于开裂。为整体式，易于开裂。为整体式，易于开裂。为整体式，易于开裂。b)b)为组合式，不易开裂，寿命长。为组合式，不易开裂，寿命长。为组合式，不易开裂，寿命长。为组合式，不易开裂，寿命长。2021/9/252021/9/2515152、模腔过渡圆角半径、模腔过渡圆角半径R的影响的影响 冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：由图可见，金属由图可见，金属由图可见

20、，金属由图可见，金属入口处的形状和内圆角半径入口处的形状和内圆角半径R对模对模具寿命影响很大，增大圆角半径具寿命影响很大，增大圆角半径R，可提高模具寿命。，可提高模具寿命。l l根据经验：根据经验：根据经验：根据经验：r=(23.5)Rr=(23.5)R适宜适宜适宜适宜3 3、模具工作部位角度的影响、模具工作部位角度的影响、模具工作部位角度的影响、模具工作部位角度的影响uu 反挤压凸模结构与寿命：反挤压凸模结构与寿命：反挤压凸模结构与寿命：反挤压凸模结构与寿命：2021/9/252021/9/251616 a)a)、b)b)凸模顶部设有斜角，所受单凸模顶部设有斜角，所受单凸模顶部设有斜角，所受

21、单凸模顶部设有斜角，所受单位挤压力小，模具寿命较位挤压力小，模具寿命较位挤压力小，模具寿命较位挤压力小，模具寿命较c)c)显著提高。显著提高。显著提高。显著提高。uu模锻斜角模锻斜角模锻斜角模锻斜角 及圆角半径对应力的影响：及圆角半径对应力的影响：及圆角半径对应力的影响：及圆角半径对应力的影响：由图可见，模锻斜角由图可见，模锻斜角由图可见，模锻斜角由图可见，模锻斜角 越大，圆角半径越大，越大，圆角半径越大，越大，圆角半径越大，越大，圆角半径越大，底部所受最大比较应力越小。底部所受最大比较应力越小。底部所受最大比较应力越小。底部所受最大比较应力越小。二、模具制造质量对模具寿命的影响二、模具制造质

22、量对模具寿命的影响二、模具制造质量对模具寿命的影响二、模具制造质量对模具寿命的影响l l 零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。l l RRa a低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。l l 硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。硬度均

23、匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。l l 装配精度高，模具寿命高。装配精度高，模具寿命高。装配精度高，模具寿命高。装配精度高，模具寿命高。2021/9/252021/9/251717三、模具材料对模具寿命的影响三、模具材料对模具寿命的影响l l 模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料，模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料，模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料，模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料，模具寿命不同。模具寿命不同。模具寿命不同。模具寿命不同。l l 零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同，零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同，零件硬度：不同工作条件的模具，硬

24、度要求不同，零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同，并非硬度越高模具的寿命越长。并非硬度越高模具的寿命越长。并非硬度越高模具的寿命越长。并非硬度越高模具的寿命越长。l l 冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度低，模具寿命短。低，模具寿命短。低，模具寿命短。低，模具寿命短。l l 新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命。四、热处理质量与表面强化对模具

25、寿命的影响四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响l 正确的预先热处理规范对提高模具寿命起着很正确的预先热处理规范对提高模具寿命起着很正确的预先热处理规范对提高模具寿命起着很正确的预先热处理规范对提高模具寿命起着很大作用。大作用。大作用。大作用。l l 采用先进的强韧化方法（淬火采用先进的强韧化方法（淬火采用先进的强韧化方法（淬火采用先进的强韧化方法（淬火+回火）可以提高回火）可以提高回火）可以提高回火）可以提高模具的寿命。模具的寿命。模具的寿命。模具的寿命。l l 表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。表面强化处理

26、可以大幅度提高模具寿命。表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。2021/9/252021/9/251818五、模具的使用对模具寿命的影响五、模具的使用对模具寿命的影响 1 1、锻压设备的精度、刚度差，将加速模、锻压设备的精度、刚度差，将加速模、锻压设备的精度、刚度差，将加速模、锻压设备的精度、刚度差，将加速模具的磨损。具的磨损。具的磨损。具的磨损。2 2、被加工材料性质不符合要求，对模具、被加工材料性质不符合要求，对模具、被加工材料性质不符合要求，对模具、被加工材料性质不符合要求，对模具寿命产生影响。寿命产生影响。寿命产生影响。寿命产生影响。3 3、模具的安装

27、与使用条件。体现在安装、模具的安装与使用条件。体现在安装、模具的安装与使用条件。体现在安装、模具的安装与使用条件。体现在安装精度、润滑油选择、冷却措施的合理性。精度、润滑油选择、冷却措施的合理性。精度、润滑油选择、冷却措施的合理性。精度、润滑油选择、冷却措施的合理性。4 4、模具的操作规程及维护。主要体现在、模具的操作规程及维护。主要体现在、模具的操作规程及维护。主要体现在、模具的操作规程及维护。主要体现在模具使用过程中的后续处理，中途保温、中模具使用过程中的后续处理，中途保温、中模具使用过程中的后续处理，中途保温、中模具使用过程中的后续处理，中途保温、中间去应力回火。间去应力回火。间去应力回

28、火。间去应力回火。5 5、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产生影响。生影响。生影响。生影响。2021/9/252021/9/251919第二章第二章 冷作模具材料冷作模具材料第一节第一节 冷作模具对材料性能的要求冷作模具对材料性能的要求一、使用性能要求一、使用性能要求一、使用性能要求一、使用性能要求冷作模具的受载形式冷作模具的受载形式冷作模具的受载形式冷作模具的受载形式拉伸、弯曲、压缩拉伸、弯曲、压缩拉伸、弯曲、压缩拉伸、弯曲、压缩冲击、疲劳、摩擦冲击、疲劳、摩擦冲击、疲劳、摩擦冲击、疲劳、摩擦

29、冷作模具的失效形式冷作模具的失效形式冷作模具的失效形式冷作模具的失效形式磨损、开裂磨损、开裂磨损、开裂磨损、开裂断裂、变形、咬合、断裂、变形、咬合、断裂、变形、咬合、断裂、变形、咬合、使用性能的基本要求：使用性能的基本要求：使用性能的基本要求：使用性能的基本要求：l l良好的耐磨性良好的耐磨性良好的耐磨性良好的耐磨性模具硬度应高于工件的模具硬度应高于工件的模具硬度应高于工件的模具硬度应高于工件的30%50%30%50%模具组织应为模具组织应为模具组织应为模具组织应为MM回回或或B B下下加细小碳化物加细小碳化物加细小碳化物加细小碳化物l l高强度高强度高强度高强度 S S、压压压压应满足模具受

30、载要求应满足模具受载要求应满足模具受载要求应满足模具受载要求l足够的韧性（受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具）足够的韧性（受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具）2021/9/252021/9/252020l l良好的抗疲劳性：良好的抗疲劳性：良好的抗疲劳性：良好的抗疲劳性：-1-1应满足模具的要求应满足模具的要求应满足模具的要求应满足模具的要求l l良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质二、工艺性能要求二、工艺性能要求l锻造性锻造性热锻变形抗力低、

31、塑性好热锻变形抗力低、塑性好锻造温度范围宽锻造温度范围宽锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小l切削加工性切削加工性切削力小、切削用量大切削力小、切削用量大刀具磨损小、加工表面光洁刀具磨损小、加工表面光洁l磨削加工性磨削加工性对砂轮质量及冷却条件不敏感对砂轮质量及冷却条件不敏感不易发生磨伤与磨裂不易发生磨伤与磨裂l热处理工艺性热处理工艺性淬透性淬透性：获得淬硬层深度：获得淬硬层深度回火稳定性：模具钢受热软化的能力回火稳定性：模具钢受热软化的能力脱碳倾向、过热敏感性脱碳倾向、过热敏感性淬火变形开裂倾向淬火变形开裂倾向2021/9/252021/9/252121三、冷作模具材料的

32、成分特点三、冷作模具材料的成分特点1、钢的含量、钢的含量对高耐磨的冷作模具：对高耐磨的冷作模具：0.7%2.3%C对高强韧性冷作模具：对高强韧性冷作模具：0.5%0.7%C2、合金化特点、合金化特点加入强碳化物形成元素和增加淬透性的元素加入强碳化物形成元素和增加淬透性的元素主要合金元素的作用：主要合金元素的作用：锰锰淬透性淬透性 减小变形减小变形有回火脆有回火脆硅硅淬透性淬透性回火稳定性回火稳定性屈服强度屈服强度过热脱碳倾向大过热脱碳倾向大铬铬淬透性淬透性抗氧化性抗氧化性耐磨性耐磨性有回火脆性有回火脆性镍镍强度和韧性强度和韧性淬透性淬透性耐蚀性耐蚀性有回火脆有回火脆2021/9/252021/

33、9/252222 钼、钨、钒：钼、钨、钒：属强碳化物形成元素，具有二次属强碳化物形成元素，具有二次硬化效果，对提高钢的回火稳定性、耐磨性、耐热性硬化效果，对提高钢的回火稳定性、耐磨性、耐热性都具有显著作用。都具有显著作用。第二节第二节 冷作模具材料及热处理规范冷作模具材料及热处理规范冷作模具钢综合分类：冷作模具钢综合分类：低淬透性冷作模具钢低淬透性冷作模具钢 低变形冷作模具钢低变形冷作模具钢 高耐磨微变形冷作模具钢高耐磨微变形冷作模具钢 抗冲击冷作模具钢抗冲击冷作模具钢 高强韧性冷作模具钢高强韧性冷作模具钢 高耐磨、高韧性冷作模具钢高耐磨、高韧性冷作模具钢 特殊用途冷作模具钢特殊用途冷作模具钢

34、2021/9/252021/9/252323一、低淬透性冷作模具钢一、低淬透性冷作模具钢（一）碳素工具钢（一）碳素工具钢1、主要性能特点、主要性能特点 优点：优点：价格便宜，来源方便，较高的硬度，价格便宜，来源方便，较高的硬度，一定的耐磨性，易于锻造，易于软化。一定的耐磨性，易于锻造，易于软化。缺点：缺点：淬透性差，淬火易于变形、开裂淬透性差，淬火易于变形、开裂，模具寿命短。模具寿命短。典型钢种：典型钢种：T7A、T10A、T12A2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 锻造工艺见表锻造工艺见表23。工艺要点：工艺要点：终锻温度不能过高，冷却速度不宜过缓（锻后空终锻温度不能过高，冷却速度不宜

35、过缓（锻后空冷），以避免析出二次网状渗碳体。冷），以避免析出二次网状渗碳体。2021/9/252021/9/252424l无粗大或网状碳化物时，采用球化退火。无粗大或网状碳化物时，采用球化退火。l出现粗大或网状碳化物时，先正火再球化退火。出现粗大或网状碳化物时，先正火再球化退火。2）退火与正火）退火与正火锻后模具毛坯应经预备热处理：锻后模具毛坯应经预备热处理：u球化退火和正火工艺见表球化退火和正火工艺见表2-4、2-5。3）淬火与回火）淬火与回火 碳素工具钢淬火和回火工艺规范见表碳素工具钢淬火和回火工艺规范见表2-6，但对于具体模具应进行选择。，但对于具体模具应进行选择。n淬火温度的选择淬火温

36、度的选择考虑的因素见图考虑的因素见图2-1、2-2。图图2-1 淬火温度对淬火温度对T10A钢强韧性的影响 图图2-2 淬火温度对淬火温度对T8钢钢淬硬层深度的影响淬硬层深度的影响2021/9/252021/9/252525 综合分析如下综合分析如下：提高淬火温度，钢的强韧性下降，变形、开裂提高淬火温度，钢的强韧性下降，变形、开裂的倾向增大。但提高淬火温度，可提高淬透性，增的倾向增大。但提高淬火温度，可提高淬透性，增加硬化层深度，提高模具的承载能力。加硬化层深度，提高模具的承载能力。据此，碳素工具钢制模具的淬火温度选择原则是：据此，碳素工具钢制模具的淬火温度选择原则是：l对于小型模具，可采用较

37、低淬火温度对于小型模具，可采用较低淬火温度（760780）。）。l对于较大型模具，适当提高淬火温度对于较大型模具，适当提高淬火温度（800850）。）。l对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。n淬火冷却方式的选择淬火冷却方式的选择冷却方式冷却方式水溶液、油冷水溶液、油冷水溶液水溶液油、水溶液油、水溶液硝盐硝盐分级淬火、等温淬火分级淬火、等温淬火具体冷却方法及适用范围见表具体冷却方法及适用范围见表2-7。2021/9/252021/9/252626n 回火温度选择回火温度选择 淬火后应及时回火，回火温度根据性能要淬火后应及时回火，回火温度根据性能要求而定

38、。图求而定。图2-3所示为碳素工具钢的力学性能所示为碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系。与回火温度的关系。图图2-3综合分析，回火温度确定如下：综合分析，回火温度确定如下：l硬度要求较高时，宜采用硬度要求较高时，宜采用150200回火。回火。l抗弯强度要求较高时，宜采用抗弯强度要求较高时，宜采用220280回火回火n回火时间回火时间 12小时小时n回火冷却回火冷却 油冷或硝盐浴油冷或硝盐浴3、应用范围、应用范围 碳素工具钢只适宜制作尺寸较小、形碳素工具钢只适宜制作尺寸较小、形状简单受载轻、生产批量不大的模具。状简单受载轻、生产批量不大的模具。如：如：T7-轻载小型冷作模，轻载小型冷作模，T8

39、-拉深模，拉深模，T10-冷冷镦模，镦模，T12-拉丝、切边模拉丝、切边模2021/9/252021/9/252727（二）（二）GCr15钢钢1、主要性能特点、主要性能特点GCr15钢是专用轴承钢，冶金质量较高，与碳工钢相比：钢是专用轴承钢，冶金质量较高，与碳工钢相比：l硬度高，耐磨性好硬度高，耐磨性好 l接触疲劳强度高接触疲劳强度高l淬透性高，淬、回火变形开裂倾向小淬透性高，淬、回火变形开裂倾向小l回火稳定性高，有较高的强韧性回火稳定性高，有较高的强韧性l使用寿命大幅提高使用寿命大幅提高2、热加工工艺、热加工工艺GCr15钢的锻造性能较好，工艺规程一般是：钢的锻造性能较好，工艺规程一般是：

40、加热温度：加热温度：10501100 始锻温度：始锻温度：10201080 终锻温度：终锻温度：850，锻后缓冷。，锻后缓冷。l锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。1)锻造锻造2021/9/252021/9/2528282)球化退火与正火球化退火与正火锻后采用等温球化退火：锻后采用等温球化退火：加热温度：加热温度：770790，保温，保温24h。等温温度：等温温度：690720，等温，等温46h。退火后硬度：退火后硬度：217255HBW。l锻后若出现网状、条状碳化物，在退火前必须正火。锻后若出现网状、条状碳化物，在退火前必须正火。正火工艺：正火工艺：加热温

41、度加热温度 930950。冷却方式冷却方式 小型模块，空冷；较大模块，鼓小型模块，空冷；较大模块，鼓风或喷雾；大型模块，热油中冷却。风或喷雾；大型模块，热油中冷却。3）淬火与回火）淬火与回火淬火加热温度：淬火加热温度：830860，油冷。，油冷。l尺寸较大或分级淬火的模具，宜选尺寸较大或分级淬火的模具，宜选840860。l尺寸较小模具，宜选尺寸较小模具，宜选830850。l箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。2021/9/252021/9/252929 3、应用、应用 适于制作精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、适于制作精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝板

42、和成型模。搓丝板和成型模。二、低变形冷作模具钢二、低变形冷作模具钢成分特点：成分特点：碳工钢碳工钢+少量少量Gr、Mn、Si、W、V典型钢种：典型钢种：CrWMn、9Mn2V、MnCrWV（一）（一）CrWMn1、主要性能特点、主要性能特点l淬透性良好（淬透性良好（4050模具油中可淬透）模具油中可淬透）l耐磨性良好（耐磨性良好（W碳化物作用）碳化物作用）l淬火变形小淬火变形小l易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造加热：加热：11001150，始锻：，始锻：105011002021/9/252021/9/253030终锻：

43、终锻：800850，锻后空冷至，锻后空冷至650后缓冷后缓冷2)退火与正火退火与正火 退火工艺：退火工艺：加热加热790830，等温，等温700720，保温，保温12h，炉冷至，炉冷至550出炉。出炉。锻造不良，出现网状碳化物或粗大晶粒时，需正火。锻造不良，出现网状碳化物或粗大晶粒时，需正火。正火工艺：正火工艺：930950保温后空冷保温后空冷3)淬、回火淬、回火图图26、27为为CrWMn钢的力学性能与淬火温度的关钢的力学性能与淬火温度的关系：系：2021/9/252021/9/253131 综合两图分析：综合两图分析：普通淬火温度普通淬火温度820840油冷适宜，油冷适宜，硬度可达硬度可达

44、6365HRC。图图28为为CrWMn钢普通淬火与等温淬火的力学性能比钢普通淬火与等温淬火的力学性能比较。较。由图可见：由图可见：要求高韧性的模具，采要求高韧性的模具，采用等温淬火合适。用等温淬火合适。图图28 图图29、210、211为为CrWMn钢回火温度与力学性能的关系。钢回火温度与力学性能的关系。由图可见由图可见CrWMn 钢回火温度钢回火温度160200合适合适图图29图图210图图2112021/9/252021/9/2532323、应用范围、应用范围 主要用于制造要求变形小、形状复杂的轻载冲主要用于制造要求变形小、形状复杂的轻载冲裁模，轻载拉深、弯曲、翻边模。裁模，轻载拉深、弯曲

45、、翻边模。CrWMn钢碳化物易产生偏析的问题，生钢碳化物易产生偏析的问题，生产中往往难以解决，造成模具使用中脆断损坏产中往往难以解决，造成模具使用中脆断损坏比较严重，建议选用比较严重，建议选用MnCrWV或或9CrWMn钢替代。钢替代。（二）（二）9Mn2V钢钢1、主要性能特点、主要性能特点 与与CrWMn钢相比，二者耐磨性相近，钢相比，二者耐磨性相近，9Mn2V钢的碳钢的碳化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比CrWMn钢小，但淬钢小，但淬透性低，回火稳定稍差。透性低，回火稳定稍差。2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 始锻：始锻：11301160，终锻：，终锻

46、：800850，空冷至空冷至650700转入炉灰中冷却。转入炉灰中冷却。2021/9/252021/9/253333 2）退火）退火 加热加热750770/35h，等温，等温0700/46h。3）淬、回火）淬、回火 图图211、图、图212为为9Mn2V钢的力学性能与淬火温钢的力学性能与淬火温度的关系。度的关系。图图211图图212 由图分析可知：由图分析可知：9Mn2V钢的淬火温度范围较宽，在钢的淬火温度范围较宽，在840以下淬火，力学性能基本不变，以下淬火，力学性能基本不变，840以上淬火，综合力学性以上淬火，综合力学性能将会下降。因此能将会下降。因此合适的淬火温度为合适的淬火温度为780

47、840，根据模具根据模具的性能要求在此范围可适当调整。的性能要求在此范围可适当调整。淬火一般采用油冷，形状复杂的模具可用淬火一般采用油冷，形状复杂的模具可用100热油冷却热油冷却或硝盐浴分级淬火。或硝盐浴分级淬火。2021/9/252021/9/253434 图图214是回火温度对是回火温度对9Mn2V钢的硬度和冲击韧性的影响，钢的硬度和冲击韧性的影响，分析可知：分析可知：因此，因此，9Mn2V钢适宜的回火温度为钢适宜的回火温度为160180。l在在200250回火，出现明显的回火脆。回火，出现明显的回火脆。l在在200以上回火，硬度下降速率增大，以上回火，硬度下降速率增大，表明回火稳定性差。

48、表明回火稳定性差。3、应用范围、应用范围 9Mn2V钢适用于制作钢板厚度小于钢适用于制作钢板厚度小于4mm的冷冲模，还适的冷冲模，还适合制作精密量具。合制作精密量具。图图214（三）其他低变形冷作模具钢（三）其他低变形冷作模具钢 应用较多的低变形冷作模具钢还有应用较多的低变形冷作模具钢还有9CrWMn、MnCrWnV、SiMnMo等。往往作为等。往往作为CrWMn和和9Mn2V的替代钢种，使用的替代钢种，使用效果良好。效果良好。2021/9/252021/9/253535 Cr12 型钢包括型钢包括 Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1。其。其中中Cr12Mo1V1属于新型钢种。属于新

49、型钢种。此类钢从成分特点看属于高碳高铬钢，从组织特点看属于莱此类钢从成分特点看属于高碳高铬钢，从组织特点看属于莱氏体钢，从应用上看，应用广，用量大。既有传统钢种，也有新氏体钢，从应用上看，应用广，用量大。既有传统钢种，也有新型钢种，典型钢号有：型钢种，典型钢号有：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr4W2MoV.（一）（一）Cr12 型钢型钢三、高耐磨微变形冷作模具钢三、高耐磨微变形冷作模具钢1、主要性能特点、主要性能特点n应用状态，组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性很高。应用状态，组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性很高。n具有高硬度、高抗压强度和高承载能力。具有高硬度、高抗

50、压强度和高承载能力。n淬火变形小，通过淬火温度的调整可达微变形程度。淬火变形小，通过淬火温度的调整可达微变形程度。Cr12 型钢特点比较：型钢特点比较：Cr12碳量高达碳量高达2.3%，碳化物不均匀性严重，脆性大；，碳化物不均匀性严重，脆性大；Cr12MoV碳量减少至碳量减少至1.5%，Mo、V加入碳化物细化，韧性加入碳化物细化，韧性增加；增加；Cr12Mo1V1钢钢Mo、V进一步增加，碳化物更加细化，进一步增加，碳化物更加细化，韧性更好，但锻造性稍差，难退火。韧性更好，但锻造性稍差，难退火。2021/9/252021/9/2536362、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 Cr12型钢因是