1、安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系第三章 模具材料热处理安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系材料分类材料分类机械工机械工程材料程材料金属金属材料材料非金属非金属材料材料黑色金属黑色金属钢钢有色金属有色金属铸铁铸铁合金钢合金钢无机非金属材料无机非金属材料有机材料有机材料塑料塑料橡胶橡胶陶瓷陶瓷合成纤维合成纤维铝合金铝合金铜合金铜合金其他有色合金其他有色合金安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系强度：材料抵抗破坏的能力刚度：材料抵抗变形的能力（E、G）塑性：材料破坏时，遗留变形的大小 伸长率、断面收缩率硬度：材料抵
2、抗硬物压入的能力 布氏硬度HBW、洛氏硬度HRC、 维氏硬度HV材料力学性能材料力学性能安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系影响力学性能的主要因素影响力学性能的主要因素 1、含碳量 含碳量越高，强度和硬度越高，但塑性显著降低。 2、杂质元素：有益Si、Mn，有害S、P 3、合金元素 加入某些合金元素，可提高和改善其综合力学性能，并获得某些特殊的物理和化学性能。 4、温度 一般，低温条件下强度有所增加，塑性和冲击韧性下降 ，高温条件下相反。 5、热处理工艺安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系钢铁材料钢铁材料（黑色金属）（黑色金属）1、非合金
3、钢（碳钢） 含碳2以下的铁碳合金、少量杂质 按质量分数分类： 低碳钢、中碳钢、高碳钢 按质量等级分类： 普通质量、优质和特殊质量 按用途分类： 碳素结构钢、碳素工具钢安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系2、合金钢 人为加入Cr、Mn、Ni、Ti、Mo等，具有高的强度、韧性、硬度，以及某些特殊性能（如耐腐蚀性、高温强度等）。 3、铸铁： 良好的铸造性能、减摩性能、吸振性能、切削加工性能、低的缺口敏感性，生产工艺简单、成本低廉。 灰铸铁：C自由状态的片状石墨形式 球墨铸铁：C球状石墨形式，较高的强度 ，良好的塑性和韧性。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程
4、技术学院机械系蠕墨铸铁蠕墨铸铁: 介于球墨铸铁与灰铸铁之间的新型铸铁。制造 玻璃模具、拉深模具。 牌号：RuT420、RuT380、RuT340有色金属有色金属1、铜及其合金：工业纯铜、黄铜（铜锌二元合金）、 青铜（锡青铜、铝青铜、铍青铜、硅青铜、锰青铜等）2、铝及其合金： 纯铝、硬铝、铸铝3、钛及其合金：纯钛、钛合金安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系非金属非金属1、工程塑料 特点：密度小，比强度高，良好的抗蚀 型，优良的电绝缘性，耐磨、减摩、自润滑性好，工艺性好 分类：热固性塑料、热塑性塑料2、橡胶：高弹性、绝缘性密封件、缓冲件、绝缘件 上述二者易老化，难回收（
5、污染）3、人工合成矿物：刚玉、石英安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系钢的热处理钢的热处理 加热、保温、冷却改变金属整体或表面组织，获得所需性能。种类种类 1、普通热处理：退火、正火、淬火、回火 2、表面热处理和化学热处理： 感应加热、火焰加热、电接触加热、电解加热、渗碳、氮化、碳氮共渗 3、其他热处理安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系退火：加热、保温、随炉冷却目的：降低硬度、细化晶粒、消除内应力， 预先热处理正火：加热、保温、空气冷却目的：同退火，更高的力学性能淬火：加热，保温，水、油或盐水冷却目的：提高零件的硬度和耐磨性，强化材料。
6、但淬火后，出现内应力，材料变脆，须回火。方法：单介质淬火；双介质淬火安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系回火：零件淬火后，加热至临界温度之下，保温，以一定速度冷却。目的：达到设计图纸要求的硬度，消除内应力。回火工艺的种类回火工艺的种类： 1、低温回火（150250C） 2、中温回火（350500C） 3、高温回火（500650C） 调质处理淬火高温回火安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系表面热处理：表面热处理：仅对钢的表面进行加热和冷却而不改变其成分的热处理工艺。 目的：提高零件的表层硬度、抗磨损性能。 方式： 感应加热：利用交流电的集肤
7、效应，对零件进行加热，并通过控制电流频率得到不同的淬硬层深度。 火焰加热：利用火焰加热工件表面，然后立即用水喷射冷却。调节烧嘴的位置和移动速度即可得到不同厚度的淬硬层。 。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系化学热处理化学热处理 将钢件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入其表面，改变其化学成分和组织，达到改进表面性能、满足技术要求的热处理过程。目的：提高钢件表层的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性和疲劳强度等力学性能。按表面渗入元素的不同，分为渗碳、氮化、碳氮共渗、渗硼、渗铝等种类。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系表面精饰是指在金
8、属零件的表面附上一层覆盖层，以达到防蚀、装饰等目的。 种类种类电镀：镀铬、镀镍、镀锌、镀镉、镀银化学处理：氧化和磷化涂漆使用要求、工艺要求、经济要求安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系感应加热感应加热火焰加热火焰加热安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系气体渗碳法示意气体渗碳法示意安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系模具的热处理和表面处理模具的热处理和表面处理一、模具热处理及表面处理的目的一、模具热处理及表面处理的目的二、模具热处理工艺方法二、模具热处理工艺方法 时间、温度及冷却方式的不同，可构成不同的热处理时间
9、、温度及冷却方式的不同，可构成不同的热处理工艺。常用的工艺方法有退火、正火、淬火和回火工艺。常用的工艺方法有退火、正火、淬火和回火。2）表面处理的目的）表面处理的目的改善模具表面性能，提高模具寿命。1）热处理的目的）热处理的目的 改善模具零件的工艺性能。 提高模具零件的使用性能。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系1) 预热处理预热处理退火退火 在模具制造过程中，模具零件一般都要锻造成一定几何形状的毛坯，为了进一步对毛坯进行机械加工，必须要经过退火处理，以消除其锻造应力和加工硬化现象，并为最终热处理做好组织准备。在实际应用中，退火常按其目的来分类，如球化退火、扩散退
10、火、消除应力退火和再结晶退火等。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系模具钢球化退火模具钢的毛坯锻成形后、机加工前，应进行球化退火。目的目的：消除应力；改善组织中相的形态与分布； 降低硬度、便于切削加工；为最终热处理做好准备。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系球化退火球化退火工艺规范工艺规范加热工艺等温工艺牌号温度()时间(h)冷速(/h)温度()时间(h)退火后硬度HBST7、T8740750600650187T10750770506606801979Mn2V7607806807002299CrWMn690720209255CrWMn7
11、70790680700217255GCr157908102470072046207229Cr12MoV720750207255Cr4W2MoV85087034750770269Cr2Mn2SiWMoV780800247007202696W6Mo5Cr4V820840W18Cr4V830850W6Mn05Cr4V282084073075068207255TLMW508608803430343540HRCGT3582085020453946HRC3Cr2W88408602472074034安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系 去应力退火和中间退火去应力退火和中间退火 防
12、止在机加工过程中产生的应力在淬火加热时会发生松弛造成淬火变形。牌 号加热温度()时间(h)冷却方式T7、T8、T7A、T8A、T10、T10A60065023空冷或炉冷9Mn2VCrWMn9CrwMn650680GCr1565070024空冷或炉冷2068072020Cr7007204568072012空冷或炉冷12CrNi1365068023空冷Cr12Cr12MoVW18Cr4VW6mO5Cr4V23Cr2W8650750TLMW5050060034空冷或炉冷去应力退火工艺规定去应力退火工艺规定去应力退火目的：去应力退火目的：安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系
13、 消除应力、降低硬度。主要用于旧模翻新与新模返修。正火：加热、保温、空气冷却 目的：目的：消除冷作、锻造或急冷时产生的内应力，细化高温过热时生成的粗大组织，改善力学性能。中间退火目的：中间退火目的：安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系2）模具零件的最终热处理）模具零件的最终热处理完全退火： 又称再结晶退火。主要用于亚共析成分的碳钢和合金钢，目的是细化晶粒，消除内应力和过热组织，降低硬度，便于切削加工，并为淬火作好组织准备。 淬火淬火： 淬火和回火是模具零件加工过程中的关键工序之一。随着淬、回火质量的优劣，模具使用寿命会出现悬殊差别。 为了缩短淬火保温时间、减小淬火开
14、裂与变形倾向,在淬火加热前要进行预热。 安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系预 热加 热箱式炉盐浴炉时间(min/mm)牌 号温度()时 间(min/mm)温 度()时 间(min/mm)温 度()箱式盐溶淬火硬度HRC冷却介质和应用范围T87808006264T1079081011.20.40.562651. 盐水冷油冷。用于简单、低要求的模具零件2. 160180碱浴空冷。用于形状复杂、要求较高的模具零件。3. 180220硝盐空冷。用于复杂、要求高的模具零件9Mn2V7908106263CrWMn82084063659CrWMn8208406264GCr154
15、00450238308501.21.50.50.661631. 冷油冷却。用于一般模具和内形胀大后的返修工艺2. 热油冷却。用于较复杂、大尺寸的模具3. 160180硝盐空冷。用于厚度30mm的复杂精密模具注：注：括号内数据是指二次硬化法所采用的温度及硬度。常用模具钢加热、淬火和冷却工艺规范常用模具钢加热、淬火和冷却工艺规范安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系预 热加 热箱式炉盐浴炉时间(min/mm)牌 号温度()时 间(min/mm)温度()时间(min/mm)温 度()箱式盐溶淬火硬度HRC冷却介质和应用范围Cr12960980(10801100)6264(4
16、050)Cr12MoV7508008008500.5110201040(11001120)0.50.70.30.46264(4050)6W6Mo5Cr4V11801200W18Cr4V122012506163W6Mo5Cr4V27508001.528008500.40.5118012000.30.50.150.31. 普通冷却工艺 冷油冷却用于一般简单模具，空冷或风冷用于复杂、高要求模具2. 分级冷却工艺 60100热油或160180硝盐浴空冷，或者560620低温盐浴空冷，用于复杂精密冲模3. 贝氏体等温冷却工艺260380硝盐浴空冷560620盐浴360380硝盐浴260380硝盐浴空冷，
17、用于形状复杂、要求韧性的零件45400450238208500.50.70.30.455TLMW501040106020.36668GT3575080028008200.3960980120.30.667691. 3080油冷，用于一般形状的零件2. 160180硝盐浴空冷，用于复杂形状和易开裂零件安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系 精密模具冷处理 冷处理是将淬火工件继续冷至室温以下，使在室温下尚未转变的残留奥氏体继续转变成马氏体的一种工艺。 防止精密模具零件在使用过程中因残余奥氏体转变而发生尺寸的变化，稳定精密零件几何尺寸；可提高工件淬火硬度（12HRC），增加
18、工件耐磨性。作用作用： 冷处理工艺是在零件淬火后冷至室温后立即进行；冷处理温度依相应模具材料的马氏体转变终了温度Mf而定。冷处理主要应用于低温回火的冷作模具精密零件。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系 回火： 回火的两种目的 .改变淬火组织，得到一定的强度，韧性的配合。 2.消除淬应力和回火中的组织转变应力。 回火温度、回火时间、回火次数是回火工艺中的三要素，直接影响模具的使用寿命。 在允许的条件下（保证硬度及耐磨性要求），尽可能采用较高温度、较长时间、较多次数回火。模具淬火后，应马上回火，以提高钢的韧性和增加耐用度。冷、热作模具重要零件根据工况的需要常进行低温或
19、中温回火。一般原则是：安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系常用碳素工具钢和低合金工具钢的回火温度常用碳素工具钢和低合金工具钢的回火温度回 火 温 度()牌 号5862HRC5458HRC5054HRC4550HRCT8160190240260300320360380T101601902502703003203603809Mn2V160190260280320340380400CrWMn1601903203403804009CrWMn160190220280350380380430GCr15160190260280320340380400注：注：在硝盐中进行加火13h
20、，若用箱式炉回火，时间应增加一倍安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系常用高合金工具钢、高速钢的回火温度常用高合金工具钢、高速钢的回火温度回 火 温 度()牌 号5862HRC5458HRC5054HRC4550HRCCr12160190260280360380480520Cr12MoV1601902602803603804805206W6M05Cr4V23次回火，回火温度560580，每次1.5h，硬度可达63HRCW18Cr4V23次回火，回火温度550570，每次11.5h，硬度可达64HRCW6M05Cr4V223次回火，回火温度560570，每次11.5h，
21、硬度可达65HRC淬火温度()回火硬度HRC回火温度()回火次数冷却方法加火保温时间44485605804044580620105010802832700720444860062040446206601100115028327207402空 冷盐浴炉2h，箱式电炉34h3Cr2W8钢回火工艺规范钢回火工艺规范安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系塑料模常用钢回火温度塑料模常用钢回火温度常用钢结硬质合金回火温度常用钢结硬质合金回火温度加 火 温 度()牌 号5055HRC4550HRC4045HRCT103003203603804004209Mn2V3203403804
22、00420440CrWMn320340380400420440GCr15300340380400420440加 火 温 度()牌 号200400500600TLMW506668HRC65HRC62HRC5859HRCGT356769HRC6566HRC62HRC5859HRC安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系模具两种工艺路线精密模具：下料锻造退火或正火粗加工调质半精加工稳定化处理精加工装配试模渗氮研磨、抛光装配普通模具：下料粗加工调质精加工渗氮研磨装配安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系三、模具零件表面强化处理工艺三、模具零件表面强化处
23、理工艺1) 化学热处理化学热处理2）在模具零件表面涂覆一层硬而耐磨的物质）在模具零件表面涂覆一层硬而耐磨的物质 包括镀硬铬、镍磷镀、喷涂硬质合金、沉积合金氮化 物、电火花表面强化等。 包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硫、渗金属、表面 合金化等。安徽机电职业技术学院模 具 制 造 学长江大学工程技术学院机械系模具常用表面强化处理方法模具常用表面强化处理方法方 法性 能用 途表面热处理表面强化（表面淬火、渗氮、渗硫、渗碳、渗硼、渗各种金属，真空镀铬）高硬度、高的耐磨性、耐蚀性、抗咬合性，低摩擦系数渗氮主要用于高铬冷作模具钢和高速钢；渗硫处理适用于成形模式表面淬火（用于碳素钢）电火花表面强化提高冲模刃口强度主要用于冲裁模刃口强化，也适用于弯曲模、拉深模的强化处理凸凹模工作表面镀硬铬提高表面耐磨性，降低表面粗糙度适用于热作模具，如塑料模硬质合金堆焊冲模提高刃口强度、硬度及耐磨性，可提高寿命35倍主要用来强化磨擦制模及修复凸凹模工作表面及刃口表面镀铬提高表面强度、硬度及表面耐磨耐蚀性，降低摩擦系数，提高寿命23倍适用于型腔模、拉深模、弯曲模
