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1、模具材料制造学院模具材料模具的加工和使用性能，以及模具寿命各种工艺方法及生产过程的周期。模具材料的选择范围非常之广 模具材料n n材料性能 n n最优价格性能比 n n模具的加工方式 n n模具的整体设计 模具材料n n多孔性金属材料 可防止制成产品的表面出现明显的纹理 可防止材料微孔被残渣堵塞 模具中的多孔性金属嵌件 模具材料压力对微孔金属材料的排气能力的影响a电加工的表面b金刚石抛光表面模具材料 根据模具工作条件的不同，常将钢分为四大根据模具工作条件的不同，常将钢分为四大类：类：冷作模具钢冷作模具钢 热作模具钢热作模具钢 塑料模具钢塑料模具钢 粉末烧结模具粉末烧结模具 冷作模具钢 一般承受
2、较大的冲击载荷和挤压力，刃口或一般承受较大的冲击载荷和挤压力，刃口或工作表面产生剧烈的摩擦与磨损。工作表面产生剧烈的摩擦与磨损。基本性能 工作环境热处理后有高的工作硬度、好的韧性、良好的热处理后有高的工作硬度、好的韧性、良好的工艺性能以及高的耐磨性工艺性能以及高的耐磨性 工作温度小于260 冷作模具钢n n硬度硬度值可以在5464HRC之间对于韧性要求高的可取下限 耐磨性要求高的宜取上限 要求强韧性好的宜取中值 钢的硬度及其保持能力，主要决定于钢的化学成分和热处理规范 冷作模具钢n n耐磨性 高硬度马氏体基体上弥散均匀分布的细小合金碳化物 残余奥氏体的存在（10%），对耐磨性是有益的。冷作模具
3、钢n n韧性 易受偏心载荷的细长冲头或有应力集中时，耐磨性和韧性的要求常发生矛盾 获得均匀而细小的组织，做到强韧性最佳配合 冷作模具钢n n热稳定 模具在使用过程中，工作部位因受热而保持组织和性能稳定的能力。冷作模具钢n n冷作模具钢的种类与特性 碳素工具钢 CrWMn 9SiCr 9Mn2V 6CrW2Si 钢中合金元素含量及具有的基本能将其划分各具特性的四小类 冷作模具钢1）高碳低合金钢 高强韧低合金冷模具钢GD 火焰淬火钢CH 易切削精密模具钢8Cr2S 主要合金化元素为Cr、Mn、Si和Ni，并用少量强碳化物元素W、Mn、V补充合金化。一般采用淬火、低温回火，得回火马氏体基体，弥散分布
4、少量碳化物。含碳量在0.65%至0.85%之间 工作环境工作刃口温度不高 要求强韧性好 冷挤、冷镦和冲裁模具 冷作模具钢2）高碳中铬耐磨钢 可视为在高碳高铬莱氏体钢的成分基础上发展起来的一类新型高耐磨钢。处理工艺降低了钢中碳和铬的含量，以减少共晶碳化物 添加W、Mo、V、Si和N等合金元素 技术性能提高钢的耐磨性能 较强的二次硬化效应 较高的强韧性 该领域主要有120、301、LD、GM和ER5钢。冷作模具钢3）高速钢的基体钢 与高速钢淬火基体组织相似的化学成分。钢中共晶碳化物数量少，尺寸细小且分布均匀 性能特点高抗压强度 红硬性 高耐磨性能 韧性 抗疲劳性能 使用环境加工难变形材料及大型、复
5、杂、受冲击载荷大的模具 该领域钢种主要有65Nb、LM1、LM2、CG2和012Al等 冷作模具钢4）改良型高速钢 由用作刀具材料的W-Mo系通用高速钢演变而来的。工艺通过合金化元素的调整或添加一些新的元素 性能保证原高速钢红硬性和耐磨性 改善高速钢的韧性和塑性 使用环境生产批量大的高精度冲裁模和冷挤模具 热作模具钢 制造在高温下金属材料塑性成形的一类模具制造在高温下金属材料塑性成形的一类模具 。除一般要求好的室温强韧性 高温强度 热稳定性 热疲劳抗力 抗氧化性 抗热熔损 热作模具钢n n基本性能 1）高温强度 具有较高的高温屈服强度，以提高模具工作温度下抗堆塌变形的能力。同时还应具有高的热稳
6、定性，从而保证模具长期在高温下具有稳定的工作性能。高温强度及热稳定性主要由钢的化学成分决定。低的碳含量，高的W、Mo、V和Co元素 有好的高温性能。热作模具钢2）热疲劳性能 是指模具钢在热应力和机械应力循环作用下，阻止表面产生裂纹的一种抗力。其高低决定于热疲劳微裂纹的萌生期长短及萌生后的裂纹扩展速率快慢。提高高温屈服强度及韧性有助于延迟热疲劳裂纹的萌生与扩展 提高热疲劳抗力 抗高温氧化能力 有利于提高热疲劳性能 热作模具钢热模具钢的热疲劳抗力带用热冲击系数 抗拉强度 弹性模量 传热系数 热膨胀系数 由式可见，热模具钢应具有尽可能大的传热系数，高的高温强度。尽可能小的热膨胀系数和弹性模量。热作模
7、具钢3）热磨损性 是指热作模具钢在工作条件下，摩擦表面的抗疲劳磨损、氧化粘着磨损和磨粒磨损的能力。与所用钢种的高温强度与冲击韧度，以及抗氧化性和热稳定性密切相关，随着这些高温性能的改善而提高。热作模具钢4）抗氧化性 抗氧化性和热磨损性能，主要取决于氧化膜的成分和结构。含Cr量较高的合金模具钢 氧化膜密致，与基体金属结合较牢固，可以防止进一步氧化，减少粘结，从而提高耐磨性能。适量的Si和Al 有助于提高抗氧化性 热作模具钢n n热作模具钢的种类与特性 主要集中在5CrNiMn、5CrMnMo、4Cr5MoVSi和3Cr2W8V等少数钢种。高韧性热模具钢 按照钢中主要合金化元素种类与配比以及所具备
8、的高温性能 高强韧性热模具钢 高耐热性热模具钢 析出硬化热模具钢 热作模具钢1）高韧性热作模具钢 具有中碳低合金调质类型钢的成分特点 常用锤锻模用钢5CrNiMo或5CrMnMo演变而得 工艺减少碳含量和添加少量多元合金化元素 应用环境用于锤锻模及大截面压力机用模具 这一类型的钢有45Cr2NiMoVSi、5Cr2NiMVSi、5CrSiMnMoV和3Cr2NiMoMV 热作模具钢2）高强韧性热作模具钢成分特点碳含量降低 Cr、Mo、V元素含量增加 用微量Nb、B元素进行补充合金化 性能具有明显的二次硬化效应 热稳定性高 高温强韧性好 适用环境制作热挤压、精锻和有色金属压铸模 此类型的钢种有H
9、M3、H10、HD、TM、H13和H11；热作模具钢3）高耐热性热作模具钢工艺增加了热强性合金元素W、Mo 性能热稳定性 高温强度 一定的韧性和热疲劳性能 制造高速锤锻模、精密锻造和热挤压模具。适用环境此类型热模具钢有HM1、RM2、012Al、CG2和GR钢等 热作模具钢4）析出硬化型热作模具钢 工艺钢中含碳量较低 添加碳化物形成元素Cr、Mo和V 使用性能表面层受热至500一600时 析出细小合金碳化物，导致基体强化 二次硬度可达48HRC 芯部组织未发生转变，仍保持良好韧性 压力机锻模 适用环境此类型的热模具钢有PH和YHD3。后者为日本钢号，含有Co元素 塑料模具钢 塑模钢的性能应根据
10、塑料种类、制品用途、塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、成形方法和生产批量大小而定。一般要求热处理成形方法和生产批量大小而定。一般要求热处理工艺简便，热处理变形小或者不变形，预硬状态工艺简便，热处理变形小或者不变形，预硬状态的切削加工性能好，镜面抛光性能和图案蚀刻性的切削加工性能好，镜面抛光性能和图案蚀刻性能优良，表面粗糙度低，使用寿命长。能优良，表面粗糙度低，使用寿命长。塑料模具钢n n塑料模具钢的基本性能 1）切削加工性能 预硬化到2835HRC之间，再进行切削和磨削加工，至所要求的尺寸和精度后，直接投入使用，从而排除了热处理变形、氧化和脱碳的缺陷。塑料模具钢2）镜面加工性能 表面粗糙度
11、要求很高，主要由模具型腔的粗糙度来保证。模具钢的镜面加工性能与钢的纯洁度、组织、硬度和镜面加工技术有关。塑料模具钢3）图案蚀刻性能 制品表面要求呈现清晰而丰满的图案花纹，都要求模具钢有良好的图案光刻性能。钢的纯洁度要高、组织要致密、硬度要高。塑料模具钢4）耐蚀性能 含氯和氟的树脂以及在ABS树脂中添加抗燃剂时，在成形过程中将释放出有腐蚀性的气体。选用耐蚀塑料模具钢，或镀铬，或采用镍磷非晶态涂层 塑料模具钢n n新型塑料模具钢的种类和特性 用钢水平不高，多沿用一些老钢种 45、40Cr、T10A、38CrMoAl、5CrMo、4Cr5MoVSi、CrWMn和Cr12MoV 模具硬度低，不耐磨损，
12、表面粗糙度差，影响制品外观质量 型腔复杂、硬度要求高的模具 合金钢CrWMn、Cr12MoV 其热处理变形难于控制而达不到要求。塑料模具钢l l）预硬调质型）预硬调质型 这类钢种的有P20、718(瑞典)和H13钢。成分含碳量(质量分数)在0.30%0.50%范围，属CrMo系调质钢 添加Ni、Mn、V和Si合金元素 进一步提高钢的淬透性和回火稳定性，使在大截面上保持组织和性能的一致性。适用环境 广泛用于制造大、中型精密注塑模。塑料模具钢2 2）预硬易切削型）预硬易切削型 此类型钢的有5NiSCa、SMl和8Cr2S 成分碳含量提高 加入了一定量易切削元素S或S-Ca 改善了钢中MnS的形态和
13、分布 适用于大、中型注塑模的制造 适用环境 塑料模具钢3 3）时效硬化型）时效硬化型 此类钢的有25CrNi3MoAl、PMS、SM2和06CrNi6MoVTiAl PMS钢 具有优异的镜而抛光性能 属于低碳、低镍、时效硬化型 高温奥氏体固溶处理得低碳板条马氏体，硬度约为50HRC 高温回火得回火索氏体，硬度降低24HRC 工艺在500540时效处理过程中析出NiAl合金相，基体硬度回升至40HRC 适用环境 适于制作高精度塑料模，还可在软化处理至低硬度后，用作冷挤成形法制造复杂型腔模具。塑料模具钢4 4）冷挤成形模）冷挤成形模 此类钢的仅收人两个钢号LJ钢和8416钢 具有优异的冷挤成形性和
14、热处理工艺性能。采用添加提高钢的淬透性而固溶体强化弱的少量多元合金方案 工艺退火后其硬度很低，一般130HBS 制成模具后进行高浓度渗碳，并作淬火和回火处理 模具表面层硬度高、耐磨损而模具心部仍保持良好的强韧性能 适用环境 需要重复制造型腔、或浅型腔的塑料模具 粉末烧结模具材料 是应用粉末冶金的方法制得的。与传统的熔是应用粉末冶金的方法制得的。与传统的熔铸法制得的模具钢相比，具有硬度高、耐磨、耐铸法制得的模具钢相比，具有硬度高、耐磨、耐腐蚀等特点。主要应用于拉丝、冷镦、冷冲、冷腐蚀等特点。主要应用于拉丝、冷镦、冷冲、冷挤等模具，可适应高强度、高压力负荷、高摩擦、挤等模具，可适应高强度、高压力负
15、荷、高摩擦、有腐蚀介质及高温工作条件。有腐蚀介质及高温工作条件。粉末烧结模具材料n n基本性能1)高硬度 主要用于高负荷、高摩擦力的环境。8592HRC 2)高耐磨性 使用寿命要比钢制模具提高5至20倍 3)韧性 适应工作中的冲击负荷。冲击韧性值大约为15J/cm2 4)耐高温性 比模具钢好得多的耐高温性 5)耐腐蚀性 适应腐蚀介质的环境 6)可加工性 由难熔金属的碳化物等构成的硬质相，可加工性不如钢 粉末烧结模具材料n n粉末烧结模具材料的种类及特性 1）钴结硬质合金(通常称为硬质合金)其成分主要由碳钨、碳化钦为硬质相，以钴为粘结相构成。钴结硬质合金具有高硬度、高耐磨性、耐腐蚀、耐高温等特点
16、，是应用最广泛的粉末烧结模具材料，但其可加工性及韧性稍差。粉末烧结模具材料2)2)钢结硬质合金钢结硬质合金 粘结相是钢，而不是钴。其性能介于钴结硬质合金和钢之同，即既具有较高的硬度和耐磨性，又具有类似于钢的可加工性，可进行热处理、焊接、锻造等。3)3)金属陶瓷金属陶瓷 成分由Ni为粘结相，以TiC或T：（C，N）为硬质相组成，经加入少量Mo后，性能得到进一步改善具有比重小、耐蚀、抛光性好等特点。4)4)粉末粉末(烧结烧结)高速钢高速钢 采用雾化高速粉末为原料，用粉末冶金的方法烧结成粉末高速钢。具有碳化物分布均匀、组织细密、性能比传统的高速钢的特点，是粉末烧结模具材料的一个重要方面，但是生产成本较高。再见