1、1 1 常用模具材料的分类常用模具材料的分类,选择和使用方法选择和使用方法1.1 1.1 模具材料的分类模具材料的分类1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展1.金属组织金属组织 1.金属组织金属组织1.1金属金属具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。体）。1.2合金合金 由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物
2、质。由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。1.3固溶体固溶体是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。1.4固溶强化固溶强化由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度
3、和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。度升高，这种现象叫固溶强化现象。1.5化合物化合物合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。1.6机械混合物机械混合物由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。具有独立的机械性能。2.金属硬度金属硬度2金属硬度金属硬度2.1硬度硬度金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变
4、形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。一。布氏硬度布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为：布氏硬度是用载荷为P的力把直接的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径一定的时间，测
5、量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积，据此计算出的压痕面积AB，求，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。布氏硬度。布氏硬度的使用上限是的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。硬度。2.1.1洛氏硬度洛氏硬度HRA、HRC洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有
6、接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度度大，再现性较差。洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为头为顶角为120的金刚石圆锥体，使用于的金刚石圆锥体，使用于 2.金属硬度金属硬度淬火钢等硬的材料。淬火钢等硬的材料。HRA硬度
7、有效范围是硬度有效范围是70，适用于硬质合金、表面，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层淬火层及渗碳层;HRC硬度有效范围是硬度有效范围是20-68(相当于相当于HB230-700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限超出了布氏硬度的使用上限)，适用于淬火钢及调质钢。，适用于淬火钢及调质钢。2.1.2洛氏硬度洛氏硬度HRB洛氏硬度洛氏硬度HRB的测量采用直径的测量采用直径1.588mm(1/16)的钢球，适用于退火钢、的钢球，适用于退火钢、有色金属等，硬度有效范围是有色金属等，硬度有效范围是25-100（相当于（相当于HB60-230)。2.1.3维氏硬度维氏硬度HV维氏硬度也是利用压痕面
8、积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为是锥面夹角为136的金刚石四方锥体。试验时，在载荷的金刚石四方锥体。试验时，在载荷P的作用下，在试样试的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕，借以计算压痕面积面积AV，以，以P/AV的数值表示试样的硬度，以的数值表示试样的硬度，以HV表示。维氏硬度的优缺点：表示。维氏硬度的优缺点：维氏硬度有一个连续一致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值相同。维氏硬度有一个连续一
9、致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。方面。3.金属材料机械性能金属材料机械性能3金属材料机械性能（或称为力学性能）金属材料机械性能（或称为力学性能）金属材料的机械性能是零件的设计和选材时
10、的主要依据。外加载荷性质金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、弹性、求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、弹性、刚度、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨刚度、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。论各种机械性能。3.1强度强度强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（
11、过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指针。中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指针。3.2塑性塑性塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。3.3疲劳疲劳前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的
12、机械性能指针。实际前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指针。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。3.金属材料机械性能金属材料机械性能冲击韧性冲击韧性以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。的能力叫做冲击韧性。3.4弹性弹性金属材料在外力作用下产生不永久变形的能力称为弹性。金属材料在外力作用下产生不永久变形的能力称为弹性。3.5刚度刚度刚度是指金属材料
13、抵抗弹性变形的能力。在工程应用中绝大多数零件都刚度是指金属材料抵抗弹性变形的能力。在工程应用中绝大多数零件都在弹性状态下工作，工作过程中不允许有过多的弹性变形。因此，对在弹性状态下工作，工作过程中不允许有过多的弹性变形。因此，对材料的刚度都有一定的要求。材料的刚度都有一定的要求。4.钢的分类钢的分类 钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11%。钢。钢是经济建设中极为重要的金属材料。是经济建设中极为重要的金属材料。按化学成分，分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢按化学成分，分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼
14、获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金
15、。与有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：分为许多类：4.1按用途分类按用途分类按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。4.1.1结构钢结构钢用作各种机器零件的钢，包括渗碳钢、调质钢
16、、弹簧钢及滚动轴承钢。用作各种机器零件的钢，包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。用作工程结构的钢，包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。用作工程结构的钢，包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。4.钢的分类钢的分类4.1.2工具钢工具钢用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。4.1.3特殊性能钢特殊性能钢是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。4.2按化学成分分类按化学成分分类按钢材的化学成分可
17、分为碳素钢和合金钢两大类。按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。4.2.1碳素钢碳素钢按含碳量又可分为低碳钢（含碳量按含碳量又可分为低碳钢（含碳量0.25%）；中碳钢（）；中碳钢（0.25%含碳量含碳量0.6%）；高碳）；高碳钢（含碳量钢（含碳量0.6%）。）。合金钢合金钢按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量5%）；中合金钢（合金元素总含量）；中合金钢（合金元素总含量5%-10%）；高合金钢（合金元素总含量）；高合金钢（合金元素总含量10%）。此外，根据钢中所含主要合金元）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢
18、、铬镍钢、铬锰钛钢等。素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。4.3按质量分类按质量分类按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量0.045%、含硫量、含硫量0.055%；或磷、；或磷、硫含量均硫含量均0.050%）；优质钢（磷、硫含量均）；优质钢（磷、硫含量均0.040%）；高级优质钢（含磷）；高级优质钢（含磷0.035%、含硫量、含硫量0.030%）。）。4.4按冶炼炉的种类按冶炼炉的种类将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气吹转将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、
19、碱性转炉、氧气吹转炉钢）与电炉钢。炉钢）与电炉钢。4.5按冶炼时脱氧程度按冶炼时脱氧程度将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。钢、合金工具钢等。模具在现代工业中的作用模具在现代工业中的作用
20、 随着现代工业技术的发展，为提高产品质量，降低生产成本，随着现代工业技术的发展，为提高产品质量，降低生产成本，提高生产效率和零件材料的利用率，国内外的生产厂家都在提高生产效率和零件材料的利用率，国内外的生产厂家都在采用各种先进的无切削或少切削加工工艺，如采用各种先进的无切削或少切削加工工艺，如精密冲裁、精精密冲裁、精密锻造、压力铸造、冷挤压密锻造、压力铸造、冷挤压等成形技术来代替传统的切削加等成形技术来代替传统的切削加工工艺。而工工艺。而模具成形技术是首选的工艺手段之一模具成形技术是首选的工艺手段之一，在飞机、，在飞机、汽车、机电产品、家用电器、塑料制品、等行业应用广泛汽车、机电产品、家用电器
21、、塑料制品、等行业应用广泛。模具材料性能的好坏和使用寿命的长短，直接影响加工产品模具材料性能的好坏和使用寿命的长短，直接影响加工产品的质量和生产的效益。而模的质量和生产的效益。而模具材料的种类、热处理工艺、表具材料的种类、热处理工艺、表面处理技术面处理技术是影响模具使用寿命的极其重要的因素。因此世是影响模具使用寿命的极其重要的因素。因此世界各国均致力于界各国均致力于开发新型模具材料、改进模具的热处理工艺、开发新型模具材料、改进模具的热处理工艺、选用适当的表面处理技术、合理设计模具结构、加强对模具选用适当的表面处理技术、合理设计模具结构、加强对模具的维护的维护等措施来提高模具的寿命。等措施来提高
22、模具的寿命。模具在现代工业中的作用模具在现代工业中的作用 建国以来，我国在模具材料方面有了很大的发展，初步建立建国以来，我国在模具材料方面有了很大的发展，初步建立起了具有我国特色的模具材料体系、包括起了具有我国特色的模具材料体系、包括冷作模具钢、热作冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢模具钢、塑料模具钢等系列材料，并在模具制造业广泛使用。等系列材料，并在模具制造业广泛使用。同时，针对不同的工作条件与环境因素，开发了多种先进的同时，针对不同的工作条件与环境因素，开发了多种先进的模具材料。模具材料。1.1模具材料的分类模具材料的分类根据服役条件根据服役条件 ，模具材料分为，模具材料分为 冷作模具材料
23、冷作模具材料 热作模具材料热作模具材料 塑料模具材料塑料模具材料 其他模具材料其他模具材料1.1模具材料的分类模具材料的分类一、冷作模具材料一、冷作模具材料 冷作模具材料应用量大使用面广，其主冷作模具材料应用量大使用面广，其主要性能要求有要性能要求有强度、硬度、韧性和耐磨性强度、硬度、韧性和耐磨性。近年来碳素工具钢的使用愈来愈少，而高近年来碳素工具钢的使用愈来愈少，而高合合钢模具所占的比例为最高。合合钢模具所占的比例为最高。国外通用型冷作模具钢的代表钢种有低合国外通用型冷作模具钢的代表钢种有低合金模具钢金模具钢O O1 1（9CrWMn)9CrWMn)、中合金模具钢、中合金模具钢A A2 2（
24、Cr5Mo1V)Cr5Mo1V)和高碳高铬模具钢和高碳高铬模具钢D D3 3（Cr12)Cr12)、D D2 2(Cr12Mo1V1)(Cr12Mo1V1)等等1.1模具材料的分类模具材料的分类钢种钢种牌号举例牌号举例碳素工具钢碳素工具钢T7T7、T8T8、T10T10油淬油淬冷作模具钢冷作模具钢CrWMn,9Mn2V,9SiCr,Cr2CrWMn,9Mn2V,9SiCr,Cr2空淬空淬冷作模具钢冷作模具钢Cr5Mo1VCr5Mo1V、Cr6WVCr6WV、8Cr2MnWMoVS8Cr2MnWMoVS、Cr4W2MoVCr4W2MoV高碳高铬冷作模具钢高碳高铬冷作模具钢Cr12MoVCr12M
25、oV、Cr12Cr12、Cr12MoV1Cr12MoV1基体钢和低碳高速钢基体钢和低碳高速钢6W6Mo5Cr4V,6Cr4W3Mo2VNb6W6Mo5Cr4V,6Cr4W3Mo2VNb、7W7Cr4MoV7W7Cr4MoV硬质合金硬质合金YG6YG6、YG8NYG8N、YG8CYG8C、YG15YG15、YG25YG25钢结硬质合金钢结硬质合金GT35GT35、TLMW50TLMW501.1模具材料的分类模具材料的分类 冷作模具钢以高碳合金钢为主，均属热处理强化冷作模具钢以高碳合金钢为主，均属热处理强化型钢，使用硬度高于型钢，使用硬度高于58HRC58HRC。9CrWMn9CrWMn为典型代表
26、的低合金冷作模具钢，仅用于为典型代表的低合金冷作模具钢，仅用于小批量生产中的简易型模具和承受冲击力较小的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；试制模具；Crl2Crl2型高碳合金钢是大多数模具的选用材料，这型高碳合金钢是大多数模具的选用材料，这类钢的强度和耐磨性较高，韧性较低；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，常用的替代钢种是替代钢种是W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2高速钢和基体钢。高速钢和基体钢。1.1模具材料的分类模具材料的分类二、热作模具材料二、热作模具材料 由于温度和冷却条件由于温度和冷
27、却条件(有无冷却、如何冷却有无冷却、如何冷却)这两个因这两个因素，热作模具的工作条件远比冷作模具复杂，因而热素，热作模具的工作条件远比冷作模具复杂，因而热作模具用材的系列化，除少数外不如冷作模具用材系作模具用材的系列化，除少数外不如冷作模具用材系列完整。列完整。热作模具用材的选择，在力学性能方面要兼顾热强热作模具用材的选择，在力学性能方面要兼顾热强性性(热耐磨性热耐磨性)和抗裂纹性能。和抗裂纹性能。但由于加工对象但由于加工对象(热金属热金属)本本身强度不高，故对热作模具材料的屈服强度要求并不身强度不高，故对热作模具材料的屈服强度要求并不高，而加工过程中采用的冲击加工方式及不可避免的高，而加工过
28、程中采用的冲击加工方式及不可避免的局部急热急冷特性，对局部急热急冷特性，对韧性韧性提出了较高要求。提出了较高要求。1.1模具材料的分类模具材料的分类1.1模具材料的分类模具材料的分类 三、塑料模具材料三、塑料模具材料 由于塑料模具的工作条件由于塑料模具的工作条件(加工对象加工对象)、制造方法、制造方法、精度及对耐久性要求的多样性，所以塑料模具用精度及对耐久性要求的多样性，所以塑料模具用钢的成分范围很大，各种优质钢都有可用之处，钢的成分范围很大，各种优质钢都有可用之处，且形成了范围很广的塑料模具用材料系列。且形成了范围很广的塑料模具用材料系列。1.1模具材料的分类模具材料的分类1.1模具材料的分
29、类模具材料的分类四、其他模具材料四、其他模具材料 在三大类模具材料之外，还有在三大类模具材料之外，还有铸造模具钢、有色铸造模具钢、有色合金模具材料、玻璃模具材料等，陶瓷模具、建合金模具材料、玻璃模具材料等，陶瓷模具、建材成型模具材成型模具。另外我国还开发研制了特种新型模。另外我国还开发研制了特种新型模具用材。具用材。1.1模具材料的分类模具材料的分类(一一)铸造模具钢铸造模具钢 通过精密铸造工艺直接得到形状复杂的模具铸件，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，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，降低模具制降低
30、金属消耗，缩短模具制造周期，降低模具制造费用。造费用。如美国如美国ASTMASTM一一A597A597铸造工具钢标准中包括铸造工具钢标准中包括7 7个钢号。个钢号。其中冷作模具钢其中冷作模具钢4 4种、热作模具钢种、热作模具钢2 2种、耐冲击工种、耐冲击工具钢具钢1 1种。种。1.1模具材料的分类模具材料的分类东风汽车模具有限公司东风汽车模具有限公司 我国不少部门也开始研制并采用我国不少部门也开始研制并采用精密铸造工艺精密铸造工艺生生产模具，如东风汽车公司冲模厂已经采用火焰淬产模具，如东风汽车公司冲模厂已经采用火焰淬火冷作模具钢火冷作模具钢ZG7CrSiMnMov实型铸造工艺，生实型铸造工艺，
31、生产出汽车大型覆盖件冲模的刃口镶块模，取得了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。良好的使用效果和经济效益。1.1模具材料的分类模具材料的分类 我国研制的铸造热锻模用钢我国研制的铸造热锻模用钢JCDJCD钢已经试用于小型钢已经试用于小型热锻模块，代替热锻模块，代替5CrMnMo5CrMnMo钢锻造模具。钢锻造模具。我国研制的铸造锻模钢我国研制的铸造锻模钢ZDM2(3Cr3MoWVSi)ZDM2(3Cr3MoWVSi)钢，钢，采用陶瓷型精密铸造工艺，通过几十种锻模的生采用陶瓷型精密铸造工艺，通过几十种锻模的生产试用，代替传统的产试用，代替传统的5CrNiMo5CrN
32、iMo和和3Cr2W8V3Cr2W8V锻模，取锻模，取得了较好的使用效果和经济效益。得了较好的使用效果和经济效益。1.1模具材料的分类模具材料的分类(二二)有色合金模具材料有色合金模具材料 随着工业产品的多样化和中小批量生产的增加，随着工业产品的多样化和中小批量生产的增加，一一些些低成本、易加工、制造周期短低成本、易加工、制造周期短以及具有特殊性能的以及具有特殊性能的有色金属材料模具也逐渐增多，使用较多的是有色金属材料模具也逐渐增多，使用较多的是铜、铝、铜、铝、锌锌合金。合金。铜铜合金模具的合金模具的抗粘着性和热导件好抗粘着性和热导件好，常用作不锈钢，常用作不锈钢和表面处理钢板的和表面处理钢板
33、的拉伸模和弯曲模具拉伸模和弯曲模具，近年来也用于，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，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最近国外又开发出了含Ni-Si的的Corson铜合金，这种铜合金，这种析出硬化型合金的特点是高强度和高热导性。析出硬化型合金的特点是高强度和高热导性。1.1模具材料的分类模具材料的分类 铝合金除用于模具的导板、导柱等构件外，现在铝合金除用于模具的导板、导柱等构件外，现在50005000系和系和70007000系铝合金也应用于一些小批量生产系铝合金也应用于一些小批量生产的试制模具，如薄板拉伸、塑料成型、发泡塑料的试制模具
34、，如薄板拉伸、塑料成型、发泡塑料等模具。等模具。锌合金的熔点较低，易于熔化和铸造，锌合金的熔点较低，易于熔化和铸造，切削切削加工性能好，且可反复回收使用，常常被加工性能好，且可反复回收使用，常常被用作试用作试制模具制模具，主要用于薄板拉伸模、弯曲模和铝合金，主要用于薄板拉伸模、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，添加基础上，添加CuCu、AlAl、TiTi、BeBe等元素，开发出了等元素，开发出了新型的锌合金材料。新型的锌合金材料。1.1模具材料的分类模具材料的分类（三）玻璃模具材料玻璃模具材料 玻璃模具是玻璃制品的主要成型
35、工艺装备。在玻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，模具频繁地与璃制品成型过程中，模具频繁地与11001100以上的以上的熔融玻璃液接触，经受氧化、生长和热疲劳作用。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料的要求以抗氧化抗氧化为最主要指标。通常采用为最主要指标。通常采用耐热耐热合金钢合金钢，如，如3Cr2W8V3Cr2W8V、5CrNiMo5CrNiMo以及合金铸铁等。以及合金铸铁等。1.1模具材料的分类模具材料的分类四四)特种新型模具材料特种新型模具材料除了上述几类模具材
36、料外，还开发研制了特种模具除了上述几类模具材料外，还开发研制了特种模具用材，如用材，如CrMnNCrMnN系系无磁模具钢无磁模具钢(用于电子产品的无用于电子产品的无磁模具磁模具)、高温玻璃模具钢、高温玻璃模具钢(用于高温餐具、高透用于高温餐具、高透光度的车灯、显像管玻璃模壳模具光度的车灯、显像管玻璃模壳模具)、陶瓷模具、陶瓷模具、复合材料模具复合材料模具等。等。1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展 模具的工作条件不同，对其材料的性能要求也不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，良同，如冷冲压模具要求其材料具有高的强度，良
37、好的塑性和韧性，高的硬度和耐磨性；好的塑性和韧性，高的硬度和耐磨性；冷挤压模具要求其材料具有高强度、高韧性、高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淬透性以及良好的耐磨性、热稳定性和切削加工性；性；热作模具用钢要求在工作温度下保持高的强度和热作模具用钢要求在工作温度下保持高的强度和韧性、良好的抗蚀性、热稳定性和优良的热疲劳韧性、良好的抗蚀性、热稳定性和优良的热疲劳抗力。抗力。1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展 模具的各项性能要求有时是相互矛盾的一般硬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
38、的硬度下，钢材度越高，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。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高合金含量的情况下，才能达到所要求的抗软化能力。能力。韧性则与前二者相反碳化物中合分元素增加，韧性则与前二者相反碳化物中合分元素增加，钢材变脆，这样就形成耐磨性和韧性之间以及稳钢材变脆，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。定性和韧性之间的两对矛盾。1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展 在选择模具材料时，应首先
39、考虑模具的某些基本在选择模具材料时，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、硬度和热硬性以下，主要是钢的耐磨性、韧性、硬度和热硬性以及热疲劳抗力，这四种性能可以比较全面地反映及热疲劳抗力，这四种性能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模具材料的综合性能，可以在一定程度上决定其应用范围。当然对于一种模具的要求来说可能应用范围。当然对于一种模具的要求来说可能其中的一种或两种性能是主要的，而另外的一种其中的一种或两种性能是主要的，而另外的一种改两种是次要的。改两种是次要的。1.2
40、1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展一、模具材料的性能要求一、模具材料的性能要求(一一)模具材料的力学性能要求模具材料的力学性能要求 1 1、耐磨性、耐磨性 2 2、韧性、韧性 3 3、硬度与热硬性、硬度与热硬性 4 4、抗热疲劳性、抗热疲劳性1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展 对热作模具钢要考虑其抗冷热疲劳性能；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；下的抗氧化性能
41、；对于在腐蚀介质中工作的模具，应注意其抗腐蚀对于在腐蚀介质中工作的模具，应注意其抗腐蚀件能；件能；对在高载荷下工作的模具应考虑其抗压强度、抗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。拉强度、抗弯强度、疲劳强度及断裂韧度等。1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展(二二)模具材料的工艺性能模具材料的工艺性能 模具材料的工艺性能是影响模具成本的一个重要模具材料的工艺性能是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产工艺简单、易于
42、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主要有以下具的制造费用。模具材料的工艺性能主要有以下几种：几种：1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展 1 1、加工性能、加工性能 2 2、淬透性和淬硬性、淬透性和淬硬性 3 3、氧化、脱碳敏感性、氧化、脱碳敏感性1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展二、模具材料的选用原则二、模具材料的选用原则模具选材的一般原则模具选材的一般原则 1.首先要满足使用性能要求首先要满足使用性能要求 2.工艺性能良好工艺性能良好 3.材料来源方便材料来源方便 4.经济上合理经济上合理1.2 1.2 模
43、具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展模具选材的具体考虑因素模具选材的具体考虑因素 1.模具的工作条件因素模具的工作条件因素（1 1）承载力大小及冲击状况（）承载力大小及冲击状况（2 2）模具工作）模具工作温度（温度（3 3）腐蚀状况）腐蚀状况 2.模具结构因素模具结构因素（1 1）模具大小：大型模具应选择淬透性好的钢材）模具大小：大型模具应选择淬透性好的钢材大型热作模具要求有更高的耐热（大型热作模具要求有更高的耐热（2 2）模具形状：形状简单、公差）模具形状：形状简单、公差要求不严的模具，可以选用一般高碳工具钢因为其冷热加工成本要求不严的模具，可以选用一般高碳工具钢因为其冷热加工成
44、本低；形状复杂的模具应选用淬透性好的材料采用缓冷淬火介质以低；形状复杂的模具应选用淬透性好的材料采用缓冷淬火介质以免变形开裂同时还有考虑加工容易。（免变形开裂同时还有考虑加工容易。（3 3）模具的不同组件及不同）模具的不同组件及不同部位：工作零件比辅助零件的性能要求高，如锻模的工作部分的部位：工作零件比辅助零件的性能要求高，如锻模的工作部分的硬度、耐磨性、抗热性要比燕尾部分高燕尾部分的硬度可适当降硬度、耐磨性、抗热性要比燕尾部分高燕尾部分的硬度可适当降低增加其韧性低增加其韧性 3.加工产品的多少加工产品的多少：加工批量大时模具应采用高质量、性能好的材加工批量大时模具应采用高质量、性能好的材料制
45、造；批量小时，则可采用性能一般、加工方便、价格低的材料制造；批量小时，则可采用性能一般、加工方便、价格低的材料料1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展 4.加工材料的材质加工材料的材质：不同的材料变形后抗力、工作温度都有不同的材料变形后抗力、工作温度都有很大的不同模具的工作条件也不同，故所选材料也就不同很大的不同模具的工作条件也不同，故所选材料也就不同 5.模具的设计因素模具的设计因素（1）大型、复杂模具：可应用组合或镶嵌）大型、复杂模具：可应用组合或镶嵌结构在刃部、型面部分或某些经受强烈磨损、冲击或高温的结构在刃部、型面部分或某些经受强烈磨损、冲击或高温的部位，应
46、采用贵重的高性能材料；其他的模体部位，性能要部位，应采用贵重的高性能材料；其他的模体部位，性能要求不太高可采用较低级材料（求不太高可采用较低级材料（2）低级材料强化处理：应用）低级材料强化处理：应用低级材料制造的模具，可用表面强化的方法在型面或局部进低级材料制造的模具，可用表面强化的方法在型面或局部进行离子渗入、堆焊、气相沉积或其他涂覆处理以获得高性能行离子渗入、堆焊、气相沉积或其他涂覆处理以获得高性能的表层的表层 6.模具的制造工艺因素模具的制造工艺因素：制造模具应根据所采用的热加工、制造模具应根据所采用的热加工、冷加工方法和工艺的不同选择适当的与其相适应的材料满足冷加工方法和工艺的不同选择
47、适当的与其相适应的材料满足工艺性能要求。另外还应兼顾到工厂现有的设备和技术水平工艺性能要求。另外还应兼顾到工厂现有的设备和技术水平1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展三、模具材料的发展趋势三、模具材料的发展趋势 国内模具钢的生产技术发展迅速，近年来已逐步国内模具钢的生产技术发展迅速，近年来已逐步形成了我国自己的模具钢系列，建成了不少先进形成了我国自己的模具钢系列，建成了不少先进的生产工艺装备。但是模具钢的生产技术、产品的生产工艺装备。但是模具钢的生产技术、产品质量等方面还存在很多问题，致使模具早期失效质量等方面还存在很多问题，致使模具早期失效的比例仍很高。的比例仍
48、很高。1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展 国内模具制造业存在的问题国内模具制造业存在的问题 但我国在模具制造方面与工业发达国家相比但我国在模具制造方面与工业发达国家相比,差距还比差距还比较大较大,主要表现在以下几个方面：主要表现在以下几个方面：1）标准化程度低，国外标准程度不同达）标准化程度低，国外标准程度不同达80%，标准，标准件品种、规格全。国内标准化程度不到件品种、规格全。国内标准化程度不到20%，缺少精，缺少精密高效标准件。密高效标准件。2）模具制造精度低、周期长。国外模具厂从粗加工、）模具制造精度低、周期长。国外模具厂从粗加工、精加工、测量到装配都采用
49、成套的精密设备。国内模精加工、测量到装配都采用成套的精密设备。国内模具厂设务陈旧不配套。具厂设务陈旧不配套。3）模具品种少，加工效率低）模具品种少，加工效率低 4）模具寿命短、材料利用率低）模具寿命短、材料利用率低 5）技术力量落后，管理水平有待提高。）技术力量落后，管理水平有待提高。1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展针对以上问题，急待开展以下工作：针对以上问题，急待开展以下工作：1)1)发展模具冶炼技术，保证模具材料性能；发展模具冶炼技术，保证模具材料性能；2)2)完善模具材料系列，合理使用材料；完善模具材料系列，合理使用材料；3)3)发展热处理技术，延长模具
50、的使用寿命；发展热处理技术，延长模具的使用寿命；4)4)改善冷热加工工艺，提高模具寿命。改善冷热加工工艺，提高模具寿命。1.2 1.2 模具材料的性能模具材料的性能、选用和发展选用和发展（一（一)模具钢冶炼技术的发展模具钢冶炼技术的发展 为了提高模具干钢的纯净度和致密度，减少偏析，为了提高模具干钢的纯净度和致密度，减少偏析，国外现在多采用炉外精练国外现在多采用炉外精练(LF(LF法法)、电渣重熔、电渣重熔(ESR(ESR法法)和真空电弧重熔和真空电弧重熔(VAR(VAR法法)等冶炼技术。其中尤等冶炼技术。其中尤以以LFLF法和法和ESRESR法应用得愈来众多，并且一些模具钢法应用得愈来众多，并
