1、第三章第三章 模具的选材及热处理模具的选材及热处理 据调查表明，模具失效的因素中，模具的材料和热处理是据调查表明，模具失效的因素中，模具的材料和热处理是影响寿命的主要因素，其比例约占影响寿命的主要因素，其比例约占70。模具的失效因素模具的失效因素第一节第一节 模具材料概述模具材料概述一、模具材料的分类一、模具材料的分类1.按模具类别的不同分：冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料、其它按模具类别的不同分：冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料、其它模具材料。模具材料。2.按材料的类别分：按材料的类别分：二、模具选材的一般原则二、模具选材的一般原则三、模具选材的具体考虑因素三、模具选材的具体
2、考虑因素（一）模具的工作条件因素（一）模具的工作条件因素1.载荷的受力大小、速度（冲击状况）载荷的受力大小、速度（冲击状况）受力大，材料要求强度高；冲击大，则韧性要求好。受力大，材料要求强度高；冲击大，则韧性要求好。2.工作温度工作温度 模具的工作温度不同，材料的抗热性能要求也不同。模具的工作温度不同，材料的抗热性能要求也不同。3.腐蚀情况腐蚀情况 腐蚀严重时，要考虑不锈钢类材料。腐蚀严重时，要考虑不锈钢类材料。（二）模具的失效因素（二）模具的失效因素（三）模具所加工的产品因素（三）模具所加工的产品因素1.产品批量的大小产品批量的大小2.产品质量的高低产品质量的高低3.产品的材质产品的材质（四
3、）模具的结构因素（四）模具的结构因素1.模具的大小模具的大小2.模具的形状模具的形状3.模具的不同组件、不同部位模具的不同组件、不同部位1）不同组件）不同组件模具组成：工作零件与辅助零件。模具组成：工作零件与辅助零件。工作零件：直接与加工材料接触，要求材料性能比辅助零的高。工作零件：直接与加工材料接触，要求材料性能比辅助零的高。2）不同部位）不同部位工作部位（型面或刃部）：硬度、耐磨性、抗热性等要求更高。工作部位（型面或刃部）：硬度、耐磨性、抗热性等要求更高。非工作部位（模体）：硬度、耐磨性、抗热性等可适当降低，非工作部位（模体）：硬度、耐磨性、抗热性等可适当降低，但要保证一定的强韧性，有时可
4、采用表面强化或组合、镶嵌结但要保证一定的强韧性，有时可采用表面强化或组合、镶嵌结构。构。（五）模具的制造工艺因素（五）模具的制造工艺因素（六）模具的设计因素（六）模具的设计因素1.不同模具采用不同结构材料不同模具采用不同结构材料 2.低级材料强化处理低级材料强化处理 四、模具材料的发展趋势四、模具材料的发展趋势1.由于压力加工工艺迅速发展、新工艺不断出现、对模具的各由于压力加工工艺迅速发展、新工艺不断出现、对模具的各种要求越来越高，所以对模具材料的性能要求也越来越高。种要求越来越高，所以对模具材料的性能要求也越来越高。2.近年来，模具热处理新技术，特别是表面强化处理工艺发展近年来，模具热处理新
5、技术，特别是表面强化处理工艺发展很快，出现用碳钢及低合金钢等低级材料进行表面强化处理代很快，出现用碳钢及低合金钢等低级材料进行表面强化处理代替高合金钢的动向。替高合金钢的动向。3.根据生产发展需要和本国资源情况，模具钢号不断筛选精简、根据生产发展需要和本国资源情况，模具钢号不断筛选精简、补充更新。补充更新。4.当前模具材料以工具钢为主，也使用高强度结构钢、粉末冶当前模具材料以工具钢为主，也使用高强度结构钢、粉末冶金材料、有色金属和塑料等。金材料、有色金属和塑料等。第二节第二节 冷作模具的选材及热处理冷作模具的选材及热处理一、冷冲裁模材料及热处理一、冷冲裁模材料及热处理1.工作条件工作条件 主要
6、受冲击力、剪切力。而模具的刃部可看成特殊的剪刀，主要受冲击力、剪切力。而模具的刃部可看成特殊的剪刀，承受冲击、剪切、弯曲和挤压（冲头），并产生强烈摩擦。承受冲击、剪切、弯曲和挤压（冲头），并产生强烈摩擦。2.失效形式失效形式 主要为磨损、崩刃失效。主要为磨损、崩刃失效。3.性能要求性能要求 要求高的硬度、高的耐磨性，一定的韧性，较高的抗弯强要求高的硬度、高的耐磨性，一定的韧性，较高的抗弯强度和高的断裂抗力。度和高的断裂抗力。（一）薄板冷冲材模（板厚（一）薄板冷冲材模（板厚1.5mm）1.传统模具材料传统模具材料1）小批量（）小批量（1000件以下）冲裁软料薄板件以下）冲裁软料薄板选材：碳素工具
7、钢选材：碳素工具钢T8A、T10A，甚至锌合金或加镶钢皮刃口的锌合金。，甚至锌合金或加镶钢皮刃口的锌合金。2）中批量（）中批量（103105件）生产的中负荷模具件）生产的中负荷模具选材：低合金工具钢，如选材：低合金工具钢，如9Mn2V、9CrWMn、CrWMn、GCr15等钢种。等钢种。3）大批量（）大批量（106件）件）选材：可选用高耐磨的选材：可选用高耐磨的Cr12型模具钢，负荷较大的易损小冲头趋向于选用承型模具钢，负荷较大的易损小冲头趋向于选用承载能力更高的高速钢载能力更高的高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。等。4）生产批量特大时）生产批量特大时选材：硬质合金，选材：硬质合金
8、，YG10X、YG15等。等。2.新型模具用钢新型模具用钢（1）高耐磨微变形中铬模具钢）高耐磨微变形中铬模具钢主要钢种：主要钢种：Cr5Mo1V、Cr6MoV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV等。等。Cr5Mo1V、Cr6MoV：应用：广泛用于各种五金冷冲模以及承受较大冲击的大型复杂冲裁模。应用：广泛用于各种五金冷冲模以及承受较大冲击的大型复杂冲裁模。Cr4W2MoV模具钢：模具钢：应用：主要用来替代应用：主要用来替代Cr12型模具钢制造硅钢片冲裁模，并提高其使用寿命。型模具钢制造硅钢片冲裁模，并提高其使用寿命。Cr2Mn2SiWMoV模具钢：模具钢：应用：主要用于制造轻载精密复杂冷
9、冲模。应用：主要用于制造轻载精密复杂冷冲模。（2）高耐磨高强韧模具钢）高耐磨高强韧模具钢钢号：钢号：Cr6W3Mo3V（代号（代号GM）、）、Cr8MoWV3Si（代号（代号ER5）。）。a.成分特点：成分特点：C、Cr含量比含量比 Cr12型模具钢有较大幅度的减少，型模具钢有较大幅度的减少，并加入一定量的并加入一定量的W、Mo、V等合金元素，钢的成分配比合等合金元素，钢的成分配比合理。理。b.b.组织特点：热处理组织为高强韧基体和均匀分布的细小碳组织特点：热处理组织为高强韧基体和均匀分布的细小碳化物。化物。c.c.性能特点：强韧性、硬度、耐磨性均优于性能特点：强韧性、硬度、耐磨性均优于 Cr
10、12型模具钢。型模具钢。d.应用：可用来制造要求高耐磨同时又要求高韧性的模具。应用：可用来制造要求高耐磨同时又要求高韧性的模具。（3）高强韧低合金模具钢）高强韧低合金模具钢钢号：钢号：6CrNiSiMnMoV（代号（代号GD）应用：用这些钢制作细长或薄片凸模，复杂、大型、薄壁凸凹模应用：用这些钢制作细长或薄片凸模，复杂、大型、薄壁凸凹模等，可有效地解决崩刃、断裂等早期失效问题，显著提高冲裁模等，可有效地解决崩刃、断裂等早期失效问题，显著提高冲裁模的使用寿命。的使用寿命。（4）火焰淬火模具钢）火焰淬火模具钢钢号：钢号：7CrSiMnMoV（代号（代号CH）应用：可用于制造多孔位、形状复杂的薄板冲
11、裁模、切边模和整应用：可用于制造多孔位、形状复杂的薄板冲裁模、切边模和整形模。形模。3.硬质合金和钢结硬质合金硬质合金和钢结硬质合金1）硬质合金）硬质合金a.承受较小冲击的冷冲模，可选用承受较小冲击的冷冲模，可选用YG10X，其硬度，其硬度 88.5HRA，抗弯强度，抗弯强度 1700MPa；b.承受中等冲击的冷冲模，承受中等冲击的冷冲模，可选用可选用YG15，其硬度，其硬度 87.5HRA，抗弯强度，抗弯强度 2000MPa；c.承受较大冲击的冷冲模，可选用承受较大冲击的冷冲模，可选用YG20C，其硬度，其硬度 86HRA，抗弯强度，抗弯强度 2600MPa。2）钢结硬质合金）钢结硬质合金特
12、点：性能介于高速钢和硬质合金之间。它既有高硬度、高耐磨性、高弹性特点：性能介于高速钢和硬质合金之间。它既有高硬度、高耐磨性、高弹性模量的特点，又有较高的抗压，抗弯强度和韧性，还可以进行锻造、焊接各模量的特点，又有较高的抗压，抗弯强度和韧性，还可以进行锻造、焊接各种机加工和热处理，能够做出较复杂的模具。种机加工和热处理，能够做出较复杂的模具。常用钢号：常用钢号：GT35、TLMW50、GW50等。等。冷冲模常用钢结硬质合金冷冲模常用钢结硬质合金（二）厚板冷冲裁模（二）厚板冷冲裁模1.传统模具用钢传统模具用钢钢号：常用传统钢种有钢号：常用传统钢种有T8A、9SiCr、60Si2Mn、5CrW2Si
13、、6CrW2Si、Cr12Mo1V1、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。等。a.T8A特点：强韧性和淬透性较高，但过热敏感，承载能力较低。特点：强韧性和淬透性较高，但过热敏感，承载能力较低。应用：它只能用于小批量加工软坯料中厚板的冲裁模。应用：它只能用于小批量加工软坯料中厚板的冲裁模。b.铬钨硅系列低合金工具钢铬钨硅系列低合金工具钢钢号：钢号：9SiCr、60Si2Mn、5CrW2Si、6CrW2Si。性能：较高的韧性和一定的耐磨性。性能：较高的韧性和一定的耐磨性。c.高耐磨铬钨钒钢、高耐磨铬钨钒钢、Cr12型模具钢型模具钢应用：要求大批量加工产品的重载冲裁模，可用应用：要求大批量加工产
14、品的重载冲裁模，可用W18Cr4V或或W6Mo5Cr4V2钢制作凸模，用钢制作凸模，用Cr12MoV 或或Cr12Mo1V1钢制作凹模。钢制作凹模。2.新型模具用钢新型模具用钢（1）降碳高速钢型模具钢）降碳高速钢型模具钢钢号：钢号：6W6Mo5Cr4V（代号（代号6W6），是在高速钢），是在高速钢W6Mo5Cr4V2的基础上降低的基础上降低C、V含量得到的新钢种。含量得到的新钢种。性能：保持较高硬度和耐磨性的同时，明显提高抗弯强度、塑性和冲击韧度。性能：保持较高硬度和耐磨性的同时，明显提高抗弯强度、塑性和冲击韧度。（2）基体钢型冷作模具钢）基体钢型冷作模具钢钢号：钢号：6Cr4W3Mo2VNb
15、（代号（代号65Nb）和）和7CrMo2V2Si（代号（代号LD）。）。65Nb钢：钢：a.成分及组织特点：成分及组织特点：b.性能特点：既具有较高的耐磨性，又具有较高的强韧性。性能特点：既具有较高的耐磨性，又具有较高的强韧性。c.应用：可用于重载冷冲模以及冷挤压模、冷镦模应用：可用于重载冷冲模以及冷挤压模、冷镦模。LD钢：钢：成分特点：含碳量和合金元素含量高于成分特点：含碳量和合金元素含量高于65Nb钢，铬含量较高。钢，铬含量较高。应用：适于制造各种重载冷作模具，并提高其寿命。应用：适于制造各种重载冷作模具，并提高其寿命。（3）基体钢型冷热兼用模具钢）基体钢型冷热兼用模具钢钢号：钢号：5Cr
16、4Mo3SiMnVAl（代号（代号012Al）和）和6Cr4Mo3Ni2WV（代号（代号CG-2）。）。应用：它们用于中厚板冲裁模和和其它冷作模具，均能有效地防止脆性崩裂，应用：它们用于中厚板冲裁模和和其它冷作模具，均能有效地防止脆性崩裂，从而提高使用寿命。也可以用来制造热作模具。从而提高使用寿命。也可以用来制造热作模具。（三）精冲模（三）精冲模特点：工作间隙很小，坯料变形区处于很大的三向压应力状态。特点：工作间隙很小，坯料变形区处于很大的三向压应力状态。因而承受的压力和摩擦力比一般冲裁模大，对模具材料的要求以因而承受的压力和摩擦力比一般冲裁模大，对模具材料的要求以抗压强度和耐磨性为主。抗压强
17、度和耐磨性为主。常用材料：常用材料：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr4W2MoV、W6Mo5Cr4V2。（四）冷冲裁模的热处理工艺特点（四）冷冲裁模的热处理工艺特点工艺：通常采用淬火低温回火。工艺：通常采用淬火低温回火。目的：以保证硬度通常在目的：以保证硬度通常在58HRC以上，同时还要配合以足够的以上，同时还要配合以足够的韧性。韧性。二、冷挤压模材料及热处理二、冷挤压模材料及热处理1.工作条件工作条件 工作时，物料承受强烈的三向压应力作用，金属发生剧烈工作时，物料承受强烈的三向压应力作用，金属发生剧烈的流动，变形位移大。的流动，变形位移大。2.2.失效形式失效形式 冷挤模主
18、要会产生变形、磨损、冲头折断（因偏心弯曲）冷挤模主要会产生变形、磨损、冲头折断（因偏心弯曲）等失效。等失效。3.3.性能要求性能要求 要求模具有高的强度和硬度，并有一定的韧性，以防冲击折要求模具有高的强度和硬度，并有一定的韧性，以防冲击折断。断。4.常用材料常用材料（一）碳素工具钢与低合金模具钢（一）碳素工具钢与低合金模具钢1.T10A钢钢应用：只能用于小批量加工软料（如软铝合金）的正挤压模。应用：只能用于小批量加工软料（如软铝合金）的正挤压模。2.60Si2Mn钢（弹簧钢）钢（弹簧钢）应用：它可用作加工批量小，受力小的正挤压冲模，寿命在应用：它可用作加工批量小，受力小的正挤压冲模，寿命在50
19、00件左右。件左右。3.CrWMn钢钢应用：主要用于制造形状复杂、精度高、载荷不很大的冷挤压应用：主要用于制造形状复杂、精度高、载荷不很大的冷挤压凹模。凹模。（二）（二）Cr12型模具钢型模具钢钢号：钢号：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1。应用：常用于制造冷挤压模。尤其是拉深型冷挤压模和承受较大比压的模具应用：常用于制造冷挤压模。尤其是拉深型冷挤压模和承受较大比压的模具零件。零件。（三）高速钢（三）高速钢钢号：主要是钢号：主要是W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。应用：较大批量冷挤压铝合金、中小批量冷挤压钢料时，常选用高速钢制作应用：较大批量冷挤压铝合金、中小批量冷挤压钢料时，常
20、选用高速钢制作模具。模具。（四）新型模具钢（四）新型模具钢钢号：高耐磨微变形中铬模具钢钢号：高耐磨微变形中铬模具钢Cr5Mo1V、Cr6WV、CrW2MoV，降碳高，降碳高速钢速钢6W6，基体钢，基体钢65Nb、LD，火焰淬火模具钢，火焰淬火模具钢CH等。等。应用：用它们制造易于折断或开裂的细长冲头、顶杆和形状复杂的凹模或凹应用：用它们制造易于折断或开裂的细长冲头、顶杆和形状复杂的凹模或凹模芯，要比采用模芯，要比采用Cr12 型模具钢或高速钢提高寿命几倍到几十倍。型模具钢或高速钢提高寿命几倍到几十倍。（五）硬质合金与钢结硬质合金（五）硬质合金与钢结硬质合金1.硬质合金硬质合金钢号：钢号：YG1
21、5、YG20C。应用：用它们制造的重载冷挤压模与模具钢相比，可提高寿命应用：用它们制造的重载冷挤压模与模具钢相比，可提高寿命几十倍。几十倍。2.钢结硬质合金钢结硬质合金钢号：钢号：GT35、TLMW50等。等。应用：更多地用于制造冷挤压凸模、凹模或凹模镶块等。应用：更多地用于制造冷挤压凸模、凹模或凹模镶块等。三、冷镦模材料及热处理三、冷镦模材料及热处理四、冷拉深模材料及热处理四、冷拉深模材料及热处理 （一）冷拉深模的特点（一）冷拉深模的特点1.工作条件工作条件 2.失效形式失效形式 在拉深外观要求光滑的各种工件时，模具主要由于咬合失效。在拉深外观要求光滑的各种工件时，模具主要由于咬合失效。黏附
22、是拉深过程中常出现的问题，是造成模具咬合失效的重要原黏附是拉深过程中常出现的问题，是造成模具咬合失效的重要原因。因。3.性能要求性能要求 模具应具有高的强度和耐磨性，在工作时不发生黏附和划伤，模具应具有高的强度和耐磨性，在工作时不发生黏附和划伤，具有一定的韧性及较好的切削加工性能，并要求热处理时模具变具有一定的韧性及较好的切削加工性能，并要求热处理时模具变形小。形小。（二）冷拉深模选材原则（二）冷拉深模选材原则选材主要考虑：模具的工作条件、尺寸大小和生产批量。选材主要考虑：模具的工作条件、尺寸大小和生产批量。（三）不同拉深模的选材（三）不同拉深模的选材1.拉深铝、铜合金板料及薄钢板的拉深模拉深
23、铝、铜合金板料及薄钢板的拉深模1）当生产批量不大时当生产批量不大时选材：碳素工具钢、低合金工具钢和锌合金。选材：碳素工具钢、低合金工具钢和锌合金。T8A、T10A钢：用于简单圆筒浅拉深件。钢：用于简单圆筒浅拉深件。9Mn2V、CrWMn钢：用于成形复杂的浅拉深件。钢：用于成形复杂的浅拉深件。锌合金：用于小批量加工大直径软薄板拉深件。锌合金：用于小批量加工大直径软薄板拉深件。2）当生产批量很大时）当生产批量很大时选材：选材：Cr12MoV钢、硬质合金、钢结硬质合金等。钢、硬质合金、钢结硬质合金等。2.拉深较厚钢板及变薄拉深、反拉深的拉深模拉深较厚钢板及变薄拉深、反拉深的拉深模1）生产批量较小时：
24、可选用）生产批量较小时：可选用T10A、T12A、CrWMn等钢。等钢。2）生产批量较大时：可选用）生产批量较大时：可选用SiMnMo、Cr5Mo1V、Cr6WV、Cr12MoV等钢。等钢。3）生产批量很大时：应选用硬质合金、钢结硬质合金。）生产批量很大时：应选用硬质合金、钢结硬质合金。3.拉深耐热钢、不锈钢、高镍合金钢钢板的拉深模拉深耐热钢、不锈钢、高镍合金钢钢板的拉深模选材：首选铝青铜；其次是选材：首选铝青铜；其次是Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1 钢；钢；再次是再次是T10A钢镀铬及合金铸铁淬火回火；当生产批量很大时，钢镀铬及合金铸铁淬火回火；当生产批量很大时，可采用硬质合金
25、。可采用硬质合金。4.各种中、大型拉深模各种中、大型拉深模选材：这类模具均可选用球墨铸铁或合金铸铁制造，经表面淬火、选材：这类模具均可选用球墨铸铁或合金铸铁制造，经表面淬火、低温回火后使用。低温回火后使用。5.单件、小批量生产样机拉深件模具单件、小批量生产样机拉深件模具选材：这类模具可采用玻璃纤维增强的聚酯、环氧树脂、酚醛树选材：这类模具可采用玻璃纤维增强的聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等制造。脂等制造。（四）冷拉深模选材实例（四）冷拉深模选材实例拉深凸凹模拉深凸凹模1）某拉深凹模）某拉深凹模选材：用选材：用Cr12MoV钢制作模具。钢制作模具。失效形式：模具在工作中，易产生拉毛和粘附。失效形式：模
26、具在工作中，易产生拉毛和粘附。防止措施：为了防止拉毛和粘附，应设法提高模具的表面硬度和抗粘着性能。防止措施：为了防止拉毛和粘附，应设法提高模具的表面硬度和抗粘着性能。热处理工艺：采用热处理工艺：采用1050C C加热油淬，加热油淬，500500C C 2h2h回火回火3 3次，再在次，再在450450480480C C低温离子渗碳低温离子渗碳5h5h，表面洛氏硬度达，表面洛氏硬度达93HR15N93HR15N。2）液化气钢瓶封头冷拉深模具）液化气钢瓶封头冷拉深模具钢瓶拉深模具结构示意图钢瓶拉深模具结构示意图1冲头冲头 2压料板压料板 3模圈模圈 4模圈座模圈座 5顶柱顶柱 6工件工件选材：冲头
27、采用冷硬铸铁或选材：冲头采用冷硬铸铁或45钢制造，使用中未发生问题。拉深模圈钢制造，使用中未发生问题。拉深模圈3曾先后曾先后采用灰铸铁、采用灰铸铁、ZG35Mn、T8钢、钢、Cr12钢等材料制造，寿命均不高（低于钢等材料制造，寿命均不高（低于1万万件）。主要失效形式为磨损和粘料。件）。主要失效形式为磨损和粘料。采用高强度球墨铸铁采用高强度球墨铸铁QT500-7制作模圈后，其寿命明显提高，提高幅度制作模圈后，其寿命明显提高，提高幅度与热处理工艺有关。与热处理工艺有关。热处理工艺：模具先经缓慢预热，再升温至热处理工艺：模具先经缓慢预热，再升温至880900C C加热，加热，经保温后出炉空气预冷，待
28、其棱角稍少见暗红色时立即淬入盐水经保温后出炉空气预冷，待其棱角稍少见暗红色时立即淬入盐水冷却，待模具温度降至冷却，待模具温度降至550550C C左右（约需左右（约需60s60s）立即转入油中冷）立即转入油中冷却，待模具温度降至却，待模具温度降至250250C C左右（约需左右（约需5min5min）再转入）再转入180180200 200 C C的热油中等温（的热油中等温（QT500-7的的Ms点为点为250 250 C C 左右），左右），2 23h3h后后将油温降至将油温降至160160180 180 C C 继续等温继续等温5 57h7h出油空冷。出油空冷。性能：性能：QT500-7球
29、墨铸铁模具经过以上热处理后，可获得高强球墨铸铁模具经过以上热处理后，可获得高强度和较高韧性，硬度为度和较高韧性，硬度为5558HRC。同时，它的耐磨性也较高，。同时，它的耐磨性也较高，模圈的工作寿命可达模圈的工作寿命可达16万件以上。万件以上。第二节第二节 热作模具的选材及热处理热作模具的选材及热处理一、热作模具的分类一、热作模具的分类（一）按加工形式分（一）按加工形式分（1）热冲切模具：）热冲切模具：（2）热变形模具：）热变形模具：（3）压铸模具：）压铸模具：（二）按模具所加工材料分（二）按模具所加工材料分（1）加工金属材料模具：）加工金属材料模具：（2）加工非金属材料的模具：）加工非金属材
30、料的模具：二、热作模具的工作条件、失效形式及性能要求二、热作模具的工作条件、失效形式及性能要求（一）热作模具工作时的受热（一）热作模具工作时的受热 压铸模一次压铸过程中模具表压铸模一次压铸过程中模具表面的温度梯度面的温度梯度（二）模具的温升对材料的组织和性能的影响（二）模具的温升对材料的组织和性能的影响1.当温度低于模具材料的当温度低于模具材料的 Ac1。1）温度低于回火温度，组织性能基本稳定。）温度低于回火温度，组织性能基本稳定。2）温度高于回火温度时，使回火组织继续变化，力学性能也发生相应变化。）温度高于回火温度时，使回火组织继续变化，力学性能也发生相应变化。4Cr5MoSiV在高温时的强
31、度特性和在高温时的强度特性和塑性韧性的变化塑性韧性的变化2.当温度高于模具材料的当温度高于模具材料的Ac1。1）组织发生变化的同时引起性能的变化）组织发生变化的同时引起性能的变化2）产生组织应力，有时会加剧热疲劳程度）产生组织应力，有时会加剧热疲劳程度 3.模具反复冷热产生热应力循环模具反复冷热产生热应力循环 锤锻模工作温度可达锤锻模工作温度可达300400C C，局部可达，局部可达500500600600C C。热挤压模能达到热挤压模能达到800800850850C C。在加入润滑剂、冷却剂时型面激冷，可陡降几百度，例如可在加入润滑剂、冷却剂时型面激冷，可陡降几百度，例如可从从8008009
32、00900C C降到降到500500600600C C。（三）热作模具的失效形式（三）热作模具的失效形式 不同的热作模具各有不同的工作条件和不同的主要失效形式。不同的热作模具各有不同的工作条件和不同的主要失效形式。热作模具失效形式及其概率统计热作模具失效形式及其概率统计一、一、锤锻模材料及热处理锤锻模材料及热处理（一）对锤锻模材料的性能要求（一）对锤锻模材料的性能要求1）高的冲击韧度和断裂韧度。）高的冲击韧度和断裂韧度。2）高的回火稳定性和高温强度。）高的回火稳定性和高温强度。3）高的热疲劳抗力，导热性好，热膨胀系数小，以推迟热疲劳）高的热疲劳抗力，导热性好，热膨胀系数小，以推迟热疲劳裂纹的产
33、生。裂纹的产生。4）高的淬透性，能使尺寸很大的锤锻模在整个截面上性能均匀）高的淬透性，能使尺寸很大的锤锻模在整个截面上性能均匀一致。一致。热作模具材料及热处理热作模具材料及热处理（二）锤锻模用钢（二）锤锻模用钢1）传统钢种：）传统钢种：5CrNiMo、5CrMnMo。a.5CrNiMo：世界通用的传统钢种。：世界通用的传统钢种。应用：主要用于大型、特大型锤锻模及大批量生产中小型复杂应用：主要用于大型、特大型锤锻模及大批量生产中小型复杂锤锻模。锤锻模。b.5CrMnMo应用：只适用于制造中小型、形状简单、载荷不很大的锤锻模。应用：只适用于制造中小型、形状简单、载荷不很大的锤锻模。2）新开发的钢种
34、：）新开发的钢种：5CrNiW、5CrNiTi、5CrMnMoSiV、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi、3Cr2MoWVNi等。等。a.5CrNiW、5CrNiTi应用：它们都可用来制造大型、特大型锤锻模。应用：它们都可用来制造大型、特大型锤锻模。b.5CrMnMoSiV、4CrMnSiMoV应用：是应用：是5CrNiMo钢的代用钢种。钢的代用钢种。c.5Cr2NiMoVSi、3Cr2MoWVNi等：中碳中合金热模钢等：中碳中合金热模钢应用：用于锻造加工高合金钢、不锈钢及耐热钢，还常用于制造压力机锻模。应用：用于锻造加工高合金钢、不锈钢及耐热钢，还常用于制造压力机锻模。（三）锤锻模
35、的热处理特点（三）锤锻模的热处理特点热处理工艺特点：淬火高中温回火热处理工艺特点：淬火高中温回火最佳硬度值：模具的最佳硬度值就是保证不发生早期脆断失效的最佳硬度值：模具的最佳硬度值就是保证不发生早期脆断失效的最高硬度值。最高硬度值。用传统钢种制造各类锤锻模的硬度选择范围用传统钢种制造各类锤锻模的硬度选择范围（四）锤锻模制造新工艺及其用材（四）锤锻模制造新工艺及其用材1.陶瓷型精铸锤锻模：这是用精密铸造工艺生产的锤锻模。陶瓷型精铸锤锻模：这是用精密铸造工艺生产的锤锻模。铸型材料：采用有特殊要求的耐火材料、粘结剂、催化剂等，经铸型材料：采用有特殊要求的耐火材料、粘结剂、催化剂等，经过特殊的造型工艺
36、制成陶瓷铸型。过特殊的造型工艺制成陶瓷铸型。2.双金属电渣熔铸锤锻模双金属电渣熔铸锤锻模优点：目前绝大多数锤锻模块采用大型锻压设备生产，制造工艺优点：目前绝大多数锤锻模块采用大型锻压设备生产，制造工艺复杂，成本较高。而采用电渣熔铸工艺生产双金属模块能克服上复杂，成本较高。而采用电渣熔铸工艺生产双金属模块能克服上述缺点。述缺点。二、机锻模、热挤压模材料及热处理二、机锻模、热挤压模材料及热处理（一）对机锻模、热挤压模材料的工作条件及性能要求（一）对机锻模、热挤压模材料的工作条件及性能要求1）工作条件）工作条件静载荷很大而冲击载荷较小，工作温度较高，受坯料流动摩擦静载荷很大而冲击载荷较小，工作温度较
37、高，受坯料流动摩擦更为剧烈。更为剧烈。2）性能要求：对材料的热强性、耐磨性、热疲劳抗力等提出）性能要求：对材料的热强性、耐磨性、热疲劳抗力等提出更高的要求。更高的要求。（二）机锻模、热挤压模材料（二）机锻模、热挤压模材料1）含钨较多的钢（简称为钨系钢）含钨较多的钢（简称为钨系钢）钢种：代表性的传统钢种是钢种：代表性的传统钢种是3Cr2W8V钢。钢。3Cr2W8V钢：钢：应用：一般用于制造在高温下长时受热、不受急冷急热、动负应用：一般用于制造在高温下长时受热、不受急冷急热、动负荷较小的热作模具。荷较小的热作模具。4Cr3Mo3W4VNb（代号（代号GR）和）和3Cr3Mo3W2V（代号（代号HM
38、1）：）：性能：这两种钢的回火抗力、高温强度、热疲劳抗力和耐磨性性能：这两种钢的回火抗力、高温强度、热疲劳抗力和耐磨性均优于均优于3Cr2W8V钢，并保持一定的韧性。钢，并保持一定的韧性。应用：用它来代替应用：用它来代替3Cr2W8V钢制造热挤压模和压力机模具，不钢制造热挤压模和压力机模具，不易产生热疲劳失效，可显著提高模具的使用寿命。易产生热疲劳失效，可显著提高模具的使用寿命。2）含铬较多的钢）含铬较多的钢主要钢种：主要钢种：4Cr5MoSiV（代号（代号H11）、）、4Cr5MoSiV1（代号（代号H13）、）、4Cr5W2VSi（代号（代号H12）、）、4Cr5Mo2MnVSi（代号（代
39、号H10）等钢。等钢。应用：国外已广泛用来制造承受急冷急热的机锻模和热挤压模。应用：国外已广泛用来制造承受急冷急热的机锻模和热挤压模。3）铬钼钢和基体钢）铬钼钢和基体钢铬钼钢：铬钼钢：2Cr3Mo3VNb（代号（代号HM3）、）、4Cr3Mo2MnVNb（代号（代号Y4）、）、4Cr3Mo2NiVNb（代号（代号HD）等钢。）等钢。性能特点：这类钢的回火抗力及热稳定性高于铬系钢，而与钨系钢相近，有性能特点：这类钢的回火抗力及热稳定性高于铬系钢，而与钨系钢相近，有的甚至超过的甚至超过3Cr2W8V钢。钢。HM3钢：钢：应用：它除了用于制造压力机锻造模平锻机锻模外，还可用于制造锤锻模镶应用：它除了
40、用于制造压力机锻造模平锻机锻模外，还可用于制造锤锻模镶块及小型锤锻模，其工作寿命明显高于使用块及小型锤锻模，其工作寿命明显高于使用5CrNiMo、4Cr5W2VSi、3Cr2W8V等钢制造的这些膜具。等钢制造的这些膜具。HD钢：钢：应用：用应用：用HDHD钢制造的热挤压冲头，经适当的热处理后，其工作寿命比钢制造的热挤压冲头，经适当的热处理后，其工作寿命比3Cr2W8V钢冲头提高钢冲头提高1倍。倍。Y4钢：钢：应用：可用来代替应用：可用来代替3Cr2W8V钢制造中小型压力机锻模、热挤压模，并能提高钢制造中小型压力机锻模、热挤压模，并能提高使用寿命。使用寿命。b.基体钢：基体钢：5Cr4Mo3Si
41、MnVAl（代号（代号012Al）、）、6Cr4Mo3Ni2WV（代号（代号CG-2）、）、5Cr4W5Mo2V（代号（代号RM2）、）、5Cr4W2Mo2VSi等钢。等钢。012Al和和CG-2：应用：用它们制作压力机热压冲头及凹模，其寿命均高于应用：用它们制作压力机热压冲头及凹模，其寿命均高于3Cr2W8V钢。钢。RM2钢和钢和 5Cr4W2Mo2VSi钢：钢：应用：用这两种钢制造热挤压模具，尤其是用来制造冲头，其工作寿命也远应用：用这两种钢制造热挤压模具，尤其是用来制造冲头，其工作寿命也远高于高于3Cr2W8V钢。钢。4）高锰奥氏体热强钢）高锰奥氏体热强钢钢号：新型无磁性模具钢钢号：新型
42、无磁性模具钢7Mn15Cr2Al3V2WMo（代号（代号70Mn15）补充：补充：固溶体：当合金由液态结晶为固态时，组元间仍能相互溶解而形成的均匀相。固溶体：当合金由液态结晶为固态时，组元间仍能相互溶解而形成的均匀相。固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的固溶强化：通过溶入某种溶质元素形成固溶体而使金属的强度、硬度升高的现象，称为固溶强化。现象，称为固溶强化。时效：一般讲，凡是用淬火或快速冷却的方式获得过饱和固溶体，然后过饱时效：一般讲，凡是用淬火或快速冷却的方式获得过饱和固溶体，然后过饱和固溶体进行分解的过程，都称为时效。和固溶体进行分解的过程，都称为时效。沉淀强
43、化（弥散强化）：高温下，从过饱和固溶体中析出细小、分散的第二沉淀强化（弥散强化）：高温下，从过饱和固溶体中析出细小、分散的第二相或更多相，使钢的强度、硬度及蠕变极限升高，塑性、韧性降低。相或更多相，使钢的强度、硬度及蠕变极限升高，塑性、韧性降低。（2）硬质合金和钢结硬质合金）硬质合金和钢结硬质合金a.硬质合金硬质合金 用用YG20制成加工气阀挺杆热镦挤模模具镶块，工作寿命制成加工气阀挺杆热镦挤模模具镶块，工作寿命是用是用3Cr2W8V钢的钢的3倍。倍。b.钢结硬质合金钢结硬质合金 5）耐热合金和硬质合金）耐热合金和硬质合金（1）耐热合金：镍基合金（尼莫尼克合金）耐热合金：镍基合金（尼莫尼克合金
44、）牌号：尼莫尼克牌号：尼莫尼克75、80、85、90、100等。等。应用：这些合金可用于制作挤压耐热钢零件或挤压钢管的凹模或应用：这些合金可用于制作挤压耐热钢零件或挤压钢管的凹模或心棒。心棒。三、热切边模材料及热处理三、热切边模材料及热处理（一）工作条件（一）工作条件 模具刃口承受较大的挤压、摩擦和一定的冲击载荷，同时还受锻坯的传模具刃口承受较大的挤压、摩擦和一定的冲击载荷，同时还受锻坯的传热而升温，温度可达热而升温，温度可达300400C C。（二）失效形式（二）失效形式 凹模的主要失效形式是磨损和崩刃，凸模则主要是断裂与磨损。凹模的主要失效形式是磨损和崩刃，凸模则主要是断裂与磨损。（三）性
45、能要求（三）性能要求 热切边模要求一定温度下的高耐磨性和较好的强韧性。热切边模要求一定温度下的高耐磨性和较好的强韧性。（四）选材（四）选材1 1）8Cr38Cr3钢：钢：特点：特点：8Cr38Cr3钢是在钢是在T8T8钢的基础上添加钢的基础上添加3.23.23.8%Cr3.8%Cr，既能提高基体的强韧性，既能提高基体的强韧性，又能形成均匀细小的碳化物，从而提高耐磨性。又能形成均匀细小的碳化物，从而提高耐磨性。2）当模具经常发生崩刃损坏时，可选用强韧性高的热模钢，如）当模具经常发生崩刃损坏时，可选用强韧性高的热模钢，如5CrNiMo、5CrMnMo、4CrW2Si、4Cr5MoSiV、4Cr5M
46、oSiV1等钢。等钢。3）大型或形状复杂的热切边模可采用组合式结构，将两个或两）大型或形状复杂的热切边模可采用组合式结构，将两个或两个以上的模具刃口镶块镶入模套构成。个以上的模具刃口镶块镶入模套构成。（五）热处理（五）热处理热处理工艺：淬火中温回火。热处理工艺：淬火中温回火。规律：凸模一般不要求很高的耐磨性，硬度可取规律：凸模一般不要求很高的耐磨性，硬度可取3545HRC；凹模则要求耐磨，可取较高的硬度，如凹模则要求耐磨，可取较高的硬度，如4345HRC。四、压铸模材料及热处理四、压铸模材料及热处理（一）对压铸模材料的性能要求（一）对压铸模材料的性能要求压铸模的主要失效形式：首先是热疲劳，其次
47、是高温塑性变形，压铸模的主要失效形式：首先是热疲劳，其次是高温塑性变形，再次是热熔蚀，最后是热磨损。再次是热熔蚀，最后是热磨损。性能要求：性能要求：（1）热疲劳抗力）热疲劳抗力（2）高温强度）高温强度（3）耐热熔蚀性）耐热熔蚀性（4）耐热磨性）耐热磨性热磨：压铸模的磨损除了受液态金属的冲蚀外，还受来自压铸热磨：压铸模的磨损除了受液态金属的冲蚀外，还受来自压铸件脱模时的摩擦作用。件脱模时的摩擦作用。耐热磨性：这要求模具材料有一定的高温硬度和抗氧化性。耐热磨性：这要求模具材料有一定的高温硬度和抗氧化性。（二）压铸模材料及热处理特点自学（二）压铸模材料及热处理特点自学第三节第三节 塑料模具的选材及热
48、处理塑料模具的选材及热处理一、塑料模具的工作条件一、塑料模具的工作条件 塑料模按成形固化不同可分为热固性和热塑性成形塑料模。塑料模按成形固化不同可分为热固性和热塑性成形塑料模。塑料模具的工作条件塑料模具的工作条件二、塑料模具的失效分析二、塑料模具的失效分析1.磨损失效磨损失效 主要表现为尺寸磨损超差，粗糙度值因拉毛而变高，表面主要表现为尺寸磨损超差，粗糙度值因拉毛而变高，表面质量恶化。尤其是固态物料进入型腔时加剧磨损。质量恶化。尤其是固态物料进入型腔时加剧磨损。2.塑性变形失效塑性变形失效 当塑性变形引起表面皱纹凹陷、麻点、棱角堆塌超过要求当塑性变形引起表面皱纹凹陷、麻点、棱角堆塌超过要求限度
49、而造成失效。限度而造成失效。3.断裂失效断裂失效 它的危害性较大，主要发生在塑料模形状复杂，多棱角薄它的危害性较大，主要发生在塑料模形状复杂，多棱角薄边，应力集中严重而韧性不足处。有时合金工具钢不充分回火边，应力集中严重而韧性不足处。有时合金工具钢不充分回火时也可发生。时也可发生。三、对塑料模具材料的性能要求三、对塑料模具材料的性能要求 （一）对材料使用性能的要求（一）对材料使用性能的要求1.较高的硬度、耐磨性和耐蚀性较高的硬度、耐磨性和耐蚀性2.较高的强度、韧性和疲劳强度较高的强度、韧性和疲劳强度3.一定的热强度和热疲劳强度一定的热强度和热疲劳强度（二）对材料工艺性能的要求（二）对材料工艺性
50、能的要求1.良好的切削加工性和表面抛光性良好的切削加工性和表面抛光性2.当塑料制品形状复杂，且要求表面质量很高或者表面有精细的花当塑料制品形状复杂，且要求表面质量很高或者表面有精细的花纹、纹、3.图案时，要求模具材料便于切削、易于抛光，且有良好的光刻蚀性。图案时，要求模具材料便于切削、易于抛光，且有良好的光刻蚀性。4.2.良好的热处理工艺性和表面处理工艺性良好的热处理工艺性和表面处理工艺性 塑料模具的高精度，要求材料热处理工艺简单，变形较小。塑料模具的高精度，要求材料热处理工艺简单，变形较小。3.其它加工工艺性其它加工工艺性 对采用冷挤压加工型腔的模具，要求材料退火后塑性好，变对采用冷挤压加工
