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1、模具选材及热处理模具选材及热处理主讲人：邵主讲人：邵红红红红一、模具材料及热处理一、模具材料及热处理我国现有模具生产厂点约我国现有模具生产厂点约2000020000余家，余家，从业人员约从业人员约5050万人，年产值达万人，年产值达250250亿元左右；亿元左右；商品模具约占商品模具约占1 13 3，其余为自产自用。从模，其余为自产自用。从模具市场看，处于供不应求状态，特别是精密、具市场看，处于供不应求状态，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，缺口更大。大型、复杂、长寿命模具，缺口更大。模具市场主要集中在汽车、摩托车、家模具市场主要集中在汽车、摩托车、家电、电子产品、通讯设备和仪器仪表等行业。
2、电、电子产品、通讯设备和仪器仪表等行业。另外、通讯设备、另外、通讯设备、PVCPVC门窗和上下水管道及门窗和上下水管道及管接头、铝型材加工等都将成为模具的重要管接头、铝型材加工等都将成为模具的重要市场。市场。模具的质量包括模具的精度、表面光洁模具的质量包括模具的精度、表面光洁度和模具寿命度和模具寿命3 3个方面。模具的精度和光洁个方面。模具的精度和光洁度主要由机加工决定，而模具的寿命取决于度主要由机加工决定，而模具的寿命取决于设计、加工、材料、热处理和使用操作等多设计、加工、材料、热处理和使用操作等多个因素，其中个因素，其中材料和热处理材料和热处理是影响模具使用是影响模具使用寿命最重要的内在因
3、素。寿命最重要的内在因素。模具材料分类模具材料分类1 1 冷作模具钢冷作模具钢冷作模具钢是指金属在冷态下变形所用冷作模具钢是指金属在冷态下变形所用的模具钢。冷变形通常是将板或棒材拉延、的模具钢。冷变形通常是将板或棒材拉延、冲压、冷鐓或冷挤成形，使用的模具如冷冲、冲压、冷鐓或冷挤成形，使用的模具如冷冲、冷挤压、冲裁、拉丝等。冷挤压、冲裁、拉丝等。共同的特点是：工作温度不高，模具主共同的特点是：工作温度不高，模具主要承受高的压力或冲击力，金属之间有强烈要承受高的压力或冲击力，金属之间有强烈的摩擦。的摩擦。冷作模具钢的主要技术要求冷作模具钢的主要技术要求具有高硬度和耐磨性，一定韧性，足够的淬具有高硬
4、度和耐磨性，一定韧性，足够的淬透性，淬火变形小。透性，淬火变形小。（1）碳素钢和低合金工具钢）碳素钢和低合金工具钢 常用的碳素工具钢有常用的碳素工具钢有T8、T10、T12，其中，其中T10用量最多。用量最多。由于碳素工具钢淬透性低，热处理时变形又由于碳素工具钢淬透性低，热处理时变形又比较大，只适宜制造小尺寸、形状简单、受轻载比较大，只适宜制造小尺寸、形状简单、受轻载荷的模具。荷的模具。常用的低合金工具钢有常用的低合金工具钢有9Mn2V、CrWMn、GCr15、9SiCr等。等。制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精制造工具尺寸较大、形状比较复杂、精度要求相对较高的模具。度要求相对较高的模具。（2
5、）高铬和中铬模具钢）高铬和中铬模具钢 这类钢具有变形小、淬透性好、耐磨性这类钢具有变形小、淬透性好、耐磨性高等特点，所以被广泛用于制造负荷大、生高等特点，所以被广泛用于制造负荷大、生产批量大，耐磨性要求高、热处理变形要求产批量大，耐磨性要求高、热处理变形要求小的形状复杂的冷成形模具。小的形状复杂的冷成形模具。高碳高铬模具钢高碳高铬模具钢高铬钢是含高铬钢是含Cr12左右的高碳亚共晶左右的高碳亚共晶莱氏体钢，主要有莱氏体钢，主要有Cr12、Cr12MoV钢。钢。在退火态含有体积分数为在退火态含有体积分数为1620的的（Cr，Fe）7C3碳化物，其中也可能会溶入碳化物，其中也可能会溶入少量的少量的M
6、o和和V。随钢中碳量的增高，共晶。随钢中碳量的增高，共晶碳化物增多，碳化物不均匀性也加大。在高碳化物增多，碳化物不均匀性也加大。在高碳碳Crl2钢基础上适当降碳，增加钢基础上适当降碳，增加Mo和和V以减以减少并细化共晶碳化物，细化晶粒，改善韧性，少并细化共晶碳化物，细化晶粒，改善韧性，形成形成Cr12MoV等钢种。等钢种。Cr12MoV钢虽然含碳量降低，但是仍钢虽然含碳量降低，但是仍然有碳化物偏析存在。钢中的碳化物在高温然有碳化物偏析存在。钢中的碳化物在高温淬火加热时大量溶入奥氏体，增加了钢的淬淬火加热时大量溶入奥氏体，增加了钢的淬透性，并增加了钢的回火稳定性。在透性，并增加了钢的回火稳定性。
7、在500左右回火时，合金元素又从马氏体中析出，左右回火时，合金元素又从马氏体中析出，可产生二次硬化，从而提高了钢的硬度和耐可产生二次硬化，从而提高了钢的硬度和耐磨性。磨性。Cr12MoV钢具有高淬透性，截面钢具有高淬透性，截面200300mm以下可以完全淬透。以下可以完全淬透。Cr12MoV钢主要制造大尺寸、形状复杂、承受载荷较钢主要制造大尺寸、形状复杂、承受载荷较大的模具，曾经有大的模具，曾经有“冷作模具王牌冷作模具王牌”之称。之称。一次硬化法一次硬化法 采用较低的淬火温度和低温回火。淬火温采用较低的淬火温度和低温回火。淬火温度低，晶粒细小，强韧性好。淬火加热温度度低，晶粒细小，强韧性好。淬
8、火加热温度常采用常采用9801030，然后在，然后在150170低温回低温回火，硬度为火，硬度为6163HRC，残余奥氏体量少。，残余奥氏体量少。随加热温度升高，碳化物溶解量增加，奥随加热温度升高，碳化物溶解量增加，奥氏体合金度的增加，淬火后残余奥氏体增加，氏体合金度的增加，淬火后残余奥氏体增加，硬度下降。一次硬化法使用比较普遍。硬度下降。一次硬化法使用比较普遍。二次硬化法二次硬化法 采用高的淬火温度，进行多次高温回采用高的淬火温度，进行多次高温回火。淬火温度：火。淬火温度：1050l100。淬火温度在淬火温度在1050时，硬度达到最高时，硬度达到最高值，过高的温度使残余奥氏体急剧增加，在值，
9、过高的温度使残余奥氏体急剧增加，在1100时残余奥氏体可达到时残余奥氏体可达到80%。二次硬化法适合于工作温度比较高二次硬化法适合于工作温度比较高（400500）且受载荷不大或淬火后）且受载荷不大或淬火后表面需要氧化处理的模具表面需要氧化处理的模具。要消除这些残余奥氏体，必须采用要消除这些残余奥氏体，必须采用490520多次回火，可使硬度回升到多次回火，可使硬度回升到6062HRC。为了减少回火次数，对于尺寸。为了减少回火次数，对于尺寸不大、形状比较简单的模具，可以进行冷处不大、形状比较简单的模具，可以进行冷处理（理（-78）。冷处理必须在淬火后立即进）。冷处理必须在淬火后立即进行，随后再进行
10、高温回火，硬度可以在行，随后再进行高温回火，硬度可以在6061HRC。说明：说明：Cr12型型冷作模具钢中的共晶网状碳化物难以冷作模具钢中的共晶网状碳化物难以通过热处理消除，必须通过锻造使其细化并均匀通过热处理消除，必须通过锻造使其细化并均匀化。化。对钢坯从不同方向上进行多次镦粗和拉拔，对钢坯从不同方向上进行多次镦粗和拉拔，按按“二轻一重二轻一重”法锻造。锻造比一般控制在法锻造。锻造比一般控制在2 22.52.5。利用锻后余热淬火，低温回火，可获得隐针。利用锻后余热淬火，低温回火，可获得隐针马氏体加细小弥散分布的碳化物和少量残留奥氏马氏体加细小弥散分布的碳化物和少量残留奥氏体，可大幅度提高模具
11、的使用寿命。体，可大幅度提高模具的使用寿命。预先热处理预先热处理 冷作模具钢含碳量较高，最常用的预冷作模具钢含碳量较高，最常用的预先热处理是球化退火，以便获得细小、均匀先热处理是球化退火，以便获得细小、均匀的球形碳化物分布。当常规球化退火工艺效的球形碳化物分布。当常规球化退火工艺效果不理想时，可采用调质取代，也可利用锻果不理想时，可采用调质取代，也可利用锻后余热直接进行球化退火或循环球化退火工后余热直接进行球化退火或循环球化退火工艺。艺。举例：举例：某厂从国外引进了某厂从国外引进了1 1台先进的轧丝机，用台先进的轧丝机，用来轧制梯形丝杠，轧丝模用来轧制梯形丝杠，轧丝模用Cr12MoVCr12M
12、oV制造。制造。原模具加工流程为锻造原模具加工流程为锻造球化退火球化退火粗车粗车精加工精加工淬火淬火+回火回火磨削磨削时效时效精磨。精磨。模具寿命只有几百件，都为脆性开裂而失效。模具寿命只有几百件，都为脆性开裂而失效。改进工艺是在粗车和精切加工之间增加了一改进工艺是在粗车和精切加工之间增加了一道高温调质工序。并将回火温度由道高温调质工序。并将回火温度由250250提提高到高到400400。Cr12MoVCr12MoV钢球化退火工艺钢球化退火工艺 Cr12MoV钢高温调质工艺钢高温调质工艺 Cr12MoVCr12MoV钢轧丝模淬火钢轧丝模淬火+回火工艺回火工艺 高碳中铬模具钢高碳中铬模具钢 高碳
13、中铬模具钢典型的钢号是高碳中铬模具钢典型的钢号是Cr4W2MoV和和Cr5Mo1V和和Cr6WV。由于碳。由于碳量相对低、铬量也低，属于过共析钢。量相对低、铬量也低，属于过共析钢。由于凝固时偏析，故仍有部分共晶莱氏由于凝固时偏析，故仍有部分共晶莱氏体。体。这类钢具有耐磨性好和热处理变形小的这类钢具有耐磨性好和热处理变形小的特点，适用于制造既要求有高的耐磨性，又特点，适用于制造既要求有高的耐磨性，又具有一定韧度的模具。具有一定韧度的模具。Cr6WV钢通常采用的淬火温度为钢通常采用的淬火温度为960980，温度过高会使晶粒长大，并使，温度过高会使晶粒长大，并使强度和韧度下降。淬透性较好，尺寸在强度
14、和韧度下降。淬透性较好，尺寸在100mm以下的零件在硝盐浴或热油中分级以下的零件在硝盐浴或热油中分级淬火可淬硬。淬火可淬硬。这类钢的淬火开裂倾向比高碳高铬模这类钢的淬火开裂倾向比高碳高铬模具钢要大，所以在热处理时应该注意预热和具钢要大，所以在热处理时应该注意预热和采用热介质淬火，并要及时回火采用热介质淬火，并要及时回火。Cr6WV钢用于代替高碳高铬模具钢制钢用于代替高碳高铬模具钢制造冷冲模、冷鐓模和冷挤压模。但现在造冷冲模、冷鐓模和冷挤压模。但现在GB/T12992000标准中已不再列入。标准中已不再列入。Cr5Mo1V是一种值得推广的空冷淬硬冷作模是一种值得推广的空冷淬硬冷作模具钢，与美国的
15、具钢，与美国的A2钢相同，是国际上通用的钢钢相同，是国际上通用的钢种。种。100mm以下的零件可空气淬硬，对于形状以下的零件可空气淬硬，对于形状复杂要求热处理变形小的模具是非常有利的。复杂要求热处理变形小的模具是非常有利的。Cr5Mo1V常采用常采用300400和和800850二次预热。二次预热。低淬低回工艺：低淬低回工艺：940960淬火加热，空冷或油冷，淬火加热，空冷或油冷，180220回火，硬度为回火，硬度为6064HRC；高淬高回工艺：高淬高回工艺：9801010淬火加热，空冷淬火加热，空冷或油冷，或油冷，510520回火，硬度为回火，硬度为5760HRC。新型冷作模具钢新型冷作模具钢
16、 为适应冷鐓模和厚板冲剪模的工作要求，为适应冷鐓模和厚板冲剪模的工作要求，既要有良好的耐磨性，又有较高的韧性，先既要有良好的耐磨性，又有较高的韧性，先后发展了一系列高韧性、高耐磨性的冷作模后发展了一系列高韧性、高耐磨性的冷作模具钢。具钢。代表性的钢有代表性的钢有8Cr8Mo2V2Si、Cr8Mo2V2WSi等。我国常用的是等。我国常用的是7Cr7Mo2V2Si钢，这类钢的总合金元素质钢，这类钢的总合金元素质量分数为量分数为12左右，有较好的淬透性，热处左右，有较好的淬透性，热处理变形小。理变形小。对要求强韧性好的模具，采用较低淬火对要求强韧性好的模具，采用较低淬火温度温度1100加热，加热，5
17、50回火回火23次。次。要求高耐磨性和冲击负荷下工作的模具，要求高耐磨性和冲击负荷下工作的模具，采用采用1150温度淬火加热，温度淬火加热，560回火回火23次。次。这类钢用来制造冷鐓模、冷冲模及冲头、这类钢用来制造冷鐓模、冷冲模及冲头、冲剪模、冷挤压模等。冲剪模、冷挤压模等。（3）基体钢）基体钢 基体钢是指其成分与高速钢的淬火组基体钢是指其成分与高速钢的淬火组织中基体成分相似的钢种。织中基体成分相似的钢种。这类钢既具有高速钢的高强度、高硬这类钢既具有高速钢的高强度、高硬度，又因为不含有大量的碳化物而使韧度和度，又因为不含有大量的碳化物而使韧度和疲劳强度优于高速钢。用量比较大的是疲劳强度优于高
18、速钢。用量比较大的是6Cr4W3Mo2VNb钢。钢。6Cr4W3Mo2VNb钢，是我国研制的高韧度钢，是我国研制的高韧度高耐磨的冷作模具钢，简称为高耐磨的冷作模具钢，简称为65Nb钢。钢。65Nb钢合适的淬火加热温度：钢合适的淬火加热温度：10801180，回火温度：回火温度：520580，两次回火。，两次回火。由于该钢具有较高的回火稳定性，所以可进由于该钢具有较高的回火稳定性，所以可进行气体软氮化或离子氮化以提高表面的耐磨性。行气体软氮化或离子氮化以提高表面的耐磨性。该钢适合于制造形状复杂、冲击负荷较大或尺寸该钢适合于制造形状复杂、冲击负荷较大或尺寸较大的冷作模具，如冷挤压模、冷鐓模、温锻模
19、较大的冷作模具，如冷挤压模、冷鐓模、温锻模的凸模、冲头等。也可以作热作模具的工作零件。的凸模、冲头等。也可以作热作模具的工作零件。2 热作模具钢热作模具钢 热作模具钢用于制造使加热金属或液态金属热作模具钢用于制造使加热金属或液态金属获得所需要形状的模具。这种模具是在反复受热获得所需要形状的模具。这种模具是在反复受热和冷却的条件下进行工作的。和冷却的条件下进行工作的。模具的苛刻工作条件要求模具钢具有高抗热模具的苛刻工作条件要求模具钢具有高抗热塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳、良好的抗塑性变形能力、高韧性、高抗热疲劳、良好的抗热烧蚀性。热烧蚀性。热作模具钢的碳含量质量分数一般在热作模具钢的碳含量质
20、量分数一般在0.30.6%，还加入，还加入Cr、Mo、W、Si、Mn、V等合等合金元素，以提高钢的各种性能。金元素，以提高钢的各种性能。（1）热锤锻模钢）热锤锻模钢 锤锻模具是在高温下通过冲击强迫金属锤锻模具是在高温下通过冲击强迫金属成型的工具。工作时受到比较高的单位压力成型的工具。工作时受到比较高的单位压力和冲击力，以及高温金属对模具型腔的强烈和冲击力，以及高温金属对模具型腔的强烈摩擦作用。摩擦作用。使用最广泛的是使用最广泛的是5CrNiMo和和5CrMnMo钢。钢。钢号钢号淬火温度淬火温度/冷却介质冷却介质硬度硬度/HRC5CrNiMo830860油油53585CrMnMo820850油油
21、52585Cr2NiMoVSi9601010油油54614CrMnSiMoV860880油油5658热锤锻模具钢的淬火工艺热锤锻模具钢的淬火工艺 淬火过程要注意预热和预冷，加热时一淬火过程要注意预热和预冷，加热时一般在般在450左右预热，升温速度不得大于左右预热，升温速度不得大于50/h。淬火后必须立即回火，绝对不允许冷至淬火后必须立即回火，绝对不允许冷至室温。因为在空气中冷却会产生马氏体转变，室温。因为在空气中冷却会产生马氏体转变，使锻模内应力增大，容易造成开裂。锻模自使锻模内应力增大，容易造成开裂。锻模自油中取出后，装入炉温为油中取出后，装入炉温为250350回火炉回火炉内进行保温，然后将
22、炉温缓慢升至回火温度。内进行保温，然后将炉温缓慢升至回火温度。钢号钢号锻模类型锻模类型回火温度回火温度/硬度硬度/HRC模尾回火温度模尾回火温度/模尾硬度模尾硬度/HRC5CrNiMo小型小型49051044476206403437中型中型52054038426206403437大型大型560580343764066030355CrMnMo小型小型49051041476006203539大型大型520540384162064034375Cr2NiMoVSi大型大型60068035484CrMnSiMoV小型小型5205804449中型中型5806304144大型大型6106503842特大型特
23、大型6206603740一些热锻模的回火温度与硬度一些热锻模的回火温度与硬度(2)热挤压模钢热挤压模钢 和热锤锻模相比，热挤压模在工作时需和热锤锻模相比，热挤压模在工作时需要较长时间与被变形加工的金属接触，其受要较长时间与被变形加工的金属接触，其受热的温度往往更高。热挤压模还承受很大的热的温度往往更高。热挤压模还承受很大的应力和摩擦力。这类模具的尺寸一般都不大，应力和摩擦力。这类模具的尺寸一般都不大，比锤锻模要小。比锤锻模要小。主要要求主要要求:高的热稳定性、较高的高温强高的热稳定性、较高的高温强度、耐热疲劳性和高的耐磨性。度、耐热疲劳性和高的耐磨性。按主要合金成分分为三类：铬系、按主要合金成
24、分分为三类：铬系、钨系和钼系热模具钢钨系和钼系热模具钢 铬系热模具钢主要含有铬系热模具钢主要含有5%左右的左右的Cr，并加，并加入入Mo、W、Si、V等元素。这类钢淬透性比较高，等元素。这类钢淬透性比较高，具有较高的强度和韧度，抗氧化性较好。具有较高的强度和韧度，抗氧化性较好。常用的钢号有常用的钢号有4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2SiV等。等。铬系模具钢是主要的热作模具钢，常用于制铬系模具钢是主要的热作模具钢，常用于制造尺寸不大的热锻模、钢及铜的热挤压模、铝及造尺寸不大的热锻模、钢及铜的热挤压模、铝及铜合金的压铸模等。铜合金的压铸模等。钢钢 号号热热 处处 理理硬度硬度
25、HRCbMPasMPa5%AKJ4Cr5MoSiV1000淬火淬火580二次回火二次回火51174513.545554Cr5MoSiV11010淬火淬火566二次回火二次回火5118301670928194Cr5W2SiV1050淬火淬火580二次回火二次回火49187016609.542.534常用铬系热模具钢热处理规范及性能常用铬系热模具钢热处理规范及性能 钨系热模具钢使用最多的是钨系热模具钢使用最多的是3Cr2W8V钢，钢，在国外已基本停止使用，代之以在国外已基本停止使用，代之以H系列的热作系列的热作模具钢，其中以模具钢，其中以H13应用比较广泛。应用比较广泛。钨系热模具钢其特点是由于含
26、有较多的钨系热模具钢其特点是由于含有较多的W元元素，所以就其基体成分而言，实际上是一种低碳素，所以就其基体成分而言，实际上是一种低碳的高速钢成分。的高速钢成分。3Cr2W8V钢具有高的热稳定性、钢具有高的热稳定性、耐磨性，但韧度和抗热疲劳性较差。耐磨性，但韧度和抗热疲劳性较差。当淬火加热温度高于当淬火加热温度高于1150后，后，3Cr2W8V钢钢奥氏体晶粒开始激烈长大，冲击韧度显著降低。奥氏体晶粒开始激烈长大，冲击韧度显著降低。承受动载荷比较小的模具，淬火加热温承受动载荷比较小的模具，淬火加热温度选择在度选择在11401150比较合适；大型模具比较合适；大型模具淬火温度可以选择在淬火温度可以选
27、择在10501100。在在550左右回火，由于马氏体中弥散左右回火，由于马氏体中弥散析出合金碳化物，产生了二次硬化效果，它析出合金碳化物，产生了二次硬化效果，它和高速钢的回火规律是相似的。和高速钢的回火规律是相似的。3Cr2W8V钢的淬透性比较高，截面在钢的淬透性比较高，截面在25mm以下时可以空冷。该钢在以下时可以空冷。该钢在500600时过冷奥氏体相当稳定，有利于采用分级淬时过冷奥氏体相当稳定，有利于采用分级淬火以减少模具变形。对于一些在重载荷条件火以减少模具变形。对于一些在重载荷条件下工作且变形要求不太高的大截面模具，淬下工作且变形要求不太高的大截面模具，淬火热处理时不宜空冷，常采用油冷
28、。火热处理时不宜空冷，常采用油冷。钼系热模具钢的性能介于铬系和钨钼系热模具钢的性能介于铬系和钨系之间系之间，即热稳定性比铬系要好，韧度，即热稳定性比铬系要好，韧度要比钨系的好。要比钨系的好。应用最广泛的是应用最广泛的是3Cr3Mo3V、3Cr3Mo3VNb钢钢（HM-3），常用于制造热挤压模和中小型热锻模。），常用于制造热挤压模和中小型热锻模。3Cr3Mo3VNb钢常用的淬火温度为钢常用的淬火温度为10201120，如采用下限淬火温度，晶粒细小，如采用下限淬火温度，晶粒细小（10级），室温下的冲击韧度较高；用上限淬火级），室温下的冲击韧度较高；用上限淬火温度，晶粒为温度，晶粒为89级，高温强度
29、较高，而韧度低些。级，高温强度较高，而韧度低些。要满足强度和韧度的综合要求，则可采用要满足强度和韧度的综合要求，则可采用10601090的淬火加热温度。的淬火加热温度。（3）压铸模钢）压铸模钢 压力铸造是在高的压力下，使液态金属压力铸造是在高的压力下，使液态金属挤满型腔成型。在工作中模具反复与炽热金挤满型腔成型。在工作中模具反复与炽热金属接触，因此对压铸模具钢要求有高的耐热属接触，因此对压铸模具钢要求有高的耐热疲劳性、较高的导热性、良好的耐磨性及耐疲劳性、较高的导热性、良好的耐磨性及耐蚀性和一定的高温强度等。蚀性和一定的高温强度等。目前常用的压力铸造大致可分为目前常用的压力铸造大致可分为锌合金
30、、锌合金、铝合金、镁合金、铜合金和黑色金属铝合金、镁合金、铜合金和黑色金属等五大等五大类。类。压铸金属种类压铸金属种类锌合金锌合金铝合金铝合金镁合金镁合金铜合金铜合金黑色金属黑色金属熔点熔点/40045058074063068085092013451520压铸温度压铸温度/68093014701600模具工作温度模具工作温度/593600700800850模具硬度要求模具硬度要求/HRC48514048404837454244压铸金属的熔点、压铸温度、模具工作温度和硬度要求压铸金属的熔点、压铸温度、模具工作温度和硬度要求 压铸锌合金的模具可采用压铸锌合金的模具可采用5CrMnMo钢，钢，也可使
31、用也可使用40Cr调质钢。调质钢。压铸铝合金、镁合金的模具目前常选用压铸铝合金、镁合金的模具目前常选用3Cr2W8V、H13和和4Cr5MoSiV1钢。钢。铜合金和黑色金属的熔点比较高，压铸铜合金和黑色金属的熔点比较高，压铸温度在温度在950以上，模具表面的接触温度也以上，模具表面的接触温度也在在650以上，采用难熔金属为基的合金，以上，采用难熔金属为基的合金，如钼基合金、钨基合金等如钼基合金、钨基合金等。3 塑料模具用钢塑料模具用钢 塑料制品成形用的模具，目前研究开发塑料制品成形用的模具，目前研究开发的专门系列钢号还比较少，基本上都是其它的专门系列钢号还比较少，基本上都是其它材料应用于塑料模
32、具。材料应用于塑料模具。塑料制品很多是采用模压成形的，无论塑料制品很多是采用模压成形的，无论是热固性塑料成形或是热塑性塑料的成形，是热固性塑料成形或是热塑性塑料的成形，压制塑料所受的温度通常在压制塑料所受的温度通常在200250范围。范围。部分塑料品种，如含氯、氟的塑料，在压制部分塑料品种，如含氯、氟的塑料，在压制时析出有害气体，对型腔有较大的侵蚀作用。时析出有害气体，对型腔有较大的侵蚀作用。塑料模具的要求：塑料模具的要求：模具加工表面应有高的光洁度，所以要求模具模具加工表面应有高的光洁度，所以要求模具材料夹杂物少，组织均匀，表面硬度高；材料夹杂物少，组织均匀，表面硬度高；表面具有一定的耐磨耐
33、蚀性，表面光洁度要长表面具有一定的耐磨耐蚀性，表面光洁度要长期保持；期保持；有足够的强度和韧度，能承受一定的负荷而不有足够的强度和韧度，能承受一定的负荷而不变形；变形；热处理时变形要小，以保证互换性和配合精度。热处理时变形要小，以保证互换性和配合精度。塑料模具用钢范围非常广泛，但是作为塑料模具用钢范围非常广泛，但是作为塑料模具专用钢并已纳入国家标准的仅有十塑料模具专用钢并已纳入国家标准的仅有十余个，主要为合金塑料模具钢。余个，主要为合金塑料模具钢。塑料模在淬火加热时应注意保护，防止塑料模在淬火加热时应注意保护，防止表面氧化和脱碳。回火后，模具的工作表面表面氧化和脱碳。回火后，模具的工作表面要经
34、过研磨和抛光，最好是进行镀铬，以防要经过研磨和抛光，最好是进行镀铬，以防止腐蚀、防止黏附，同时也提高模具的耐磨止腐蚀、防止黏附，同时也提高模具的耐磨性。性。钢钢 号号统一统一数字数字代号代号CSiMnCrMoNiV其它其它SM3Cr2MoT220220.280.400.200.800.601.001.402.000.300.55SM3Cr2Ni1MoT220230.320.420.200.801.001.500.300.551.402.000.801.20SM3Cr2NiMoT220240.300.400.200.401.001.500.300.551.402.000.801.203Cr2Mn
35、NiMo0.320.400.200.401.101.500.250.401.702.000.851.15SM10.550.701.001.501.01.51.001.22.01.00S0.20合金塑料模具专用钢化学成分（质量分数合金塑料模具专用钢化学成分（质量分数%）8Cr2MnWMoVS0.750.850.401.301.702.302.600.500.800.100.25W0.701.10SM1CrNi3T220100.050.150.100.370.350.751.251.753.253.75SM2CrNi3MoAl1ST220110.200.300.200.500.500.801.20
36、1.800.200.403.004.00Al 1.001.60SM4Cr5MoSiV0.330.430.801.250.200.604.755.501.101.600.300.60SM4Cr5MoSiV10.320.450.801.250.200.604.755.501.101.750.801.20塑料模的制造成本高，材料费用只占模塑料模的制造成本高，材料费用只占模具成本的一小部分，一般在具成本的一小部分，一般在1020%，有时，有时甚至低于甚至低于10%。因此模具材料一般是优先选。因此模具材料一般是优先选用工艺性好、性能稳定和使用寿命长的材料。用工艺性好、性能稳定和使用寿命长的材料。纳入标准
37、的非合金塑料模具专用钢主要纳入标准的非合金塑料模具专用钢主要有有SM45、SM50、SM55等，其用量比较大，等，其用量比较大，主要用于一般零件或次要零件上。主要用于一般零件或次要零件上。对于中、小型且不很复杂的模具，现在对于中、小型且不很复杂的模具，现在还较多地采用还较多地采用T7A、T10A、9Mn2V、CrWMn、Cr2等工具钢制造。在热处理时等工具钢制造。在热处理时采取措施使变形尽量减小。使用硬度一般在采取措施使变形尽量减小。使用硬度一般在4555HRC。对于大型塑料模具，可采用对于大型塑料模具，可采用SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1或空冷微或空冷微变形钢。如要求较高耐
38、磨性时可选用变形钢。如要求较高耐磨性时可选用SMCr12Mo1V1和和Cr12MoV钢。钢。复杂而精密的模具可使用复杂而精密的模具可使用SM1CrNi3、12Cr2Ni4A等渗碳钢制造。用这些钢制造的模等渗碳钢制造。用这些钢制造的模具淬火时变形小。也可采用空冷微变形钢和具淬火时变形小。也可采用空冷微变形钢和预硬钢制作。预硬钢是将模块预先进行热处预硬钢制作。预硬钢是将模块预先进行热处理，供使用者直接进行成型切削加工，不再理，供使用者直接进行成型切削加工，不再进行热处理。进行热处理。预硬钢的使用硬度一般在预硬钢的使用硬度一般在3040HRC，过，过高的硬度将使可加工性变坏。常用的预硬钢高的硬度将使
39、可加工性变坏。常用的预硬钢有有40CrMo、5CrNiMo等传统钢和专门开发的等传统钢和专门开发的塑料模具钢塑料模具钢SM3Cr2Mo、SM3Cr2Ni1Mo、8Cr2MnWMoVS等。等。我国宝钢开发的专利产品，非调质塑料模具我国宝钢开发的专利产品，非调质塑料模具用用B30和和B30H两钢种是贝氏体型预硬钢，组织和两钢种是贝氏体型预硬钢，组织和硬度沿模块分布均匀，型腔加工后不用热处理，硬度沿模块分布均匀，型腔加工后不用热处理，有利于模具加工成形、抛光、修整，一次性完成。有利于模具加工成形、抛光、修整，一次性完成。具有很好的抛光性能，较好的耐蚀性和渗氮性能具有很好的抛光性能，较好的耐蚀性和渗氮
40、性能.对压制时会析出有害气体的塑料模具，可采对压制时会析出有害气体的塑料模具，可采用用SM2Cr13、3Cr13、4Cr13Mo、9 Cr18等不锈钢等不锈钢制造。对于制造。对于SM2Cr13、3Cr13制造的模具，可在制造的模具，可在9501000加热淬火，油中冷却，在加热淬火，油中冷却，在200220回火。回火。即使是大型模具，热处理后硬度也可达到即使是大型模具，热处理后硬度也可达到45 50HRC。这类模具不需要镀铬。这类模具不需要镀铬。7Mn15Cr2Al3V2WMo（T23152）钢是一种）钢是一种高锰无磁钢，在各种状态下都能保持稳定的奥氏高锰无磁钢，在各种状态下都能保持稳定的奥氏体
41、组织，具有非常低的导磁系数，高的硬度、强体组织，具有非常低的导磁系数，高的硬度、强度和良好的耐磨性。度和良好的耐磨性。0Cr18Mn15钢也是我国开发钢也是我国开发的新型高强度无磁模具钢，代号为的新型高强度无磁模具钢，代号为WCG，是非标，是非标准钢号。无磁模具钢适用于无磁性的粉末压铸模，准钢号。无磁模具钢适用于无磁性的粉末压铸模，要求无磁性的塑料模具，工作温度在要求无磁性的塑料模具，工作温度在700800的的热作模具。热作模具。二、模具表面处理二、模具表面处理表面强化技术是当前国内外模具工业与表面强化技术是当前国内外模具工业与技术的主要发展方向之一。技术的主要发展方向之一。主要强化方法为化学
42、热处理、镀层处理、主要强化方法为化学热处理、镀层处理、沉积处理和三束处理等沉积处理和三束处理等 1 化学热处理化学热处理 化学热处理是表面合金化与热处理相结合的化学热处理是表面合金化与热处理相结合的一种工艺技术。它是将金属或合金工件放置于一一种工艺技术。它是将金属或合金工件放置于一定温度的活性介质中保温，使一种或多种元素渗定温度的活性介质中保温，使一种或多种元素渗入工件表层，以改变其化学成分、组织和性能的入工件表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。热处理工艺。由于渗层与金属基体有紧密的冶金结合，它由于渗层与金属基体有紧密的冶金结合，它们之间无明显的分界面，因此，化学热处理后的们之间无
43、明显的分界面，因此，化学热处理后的工件具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度工件具有高硬度、高耐磨和高的疲劳强度 提高表面硬度提高表面硬度耐磨性耐磨性提高抗咬合提高抗咬合抗檫伤能力抗檫伤能力提高抗氧化性提高抗氧化性抗蚀性抗蚀性单元单元多元多元单元单元多元多元单元单元多元多元渗碳渗碳渗氮渗氮渗硼渗硼渗钒渗钒碳氮共渗碳氮共渗碳氮氧共渗碳氮氧共渗碳氮硼共渗碳氮硼共渗渗硫渗硫硫氮共渗硫氮共渗硫碳氮共渗硫碳氮共渗渗铬渗铬渗铝渗铝渗硅渗硅铬铝共渗铬铝共渗铬硅共渗铬硅共渗硅铝共渗硅铝共渗铬硅铝共渗铬硅铝共渗常用化学热处理方法及其作用常用化学热处理方法及其作用 2 镀层技术镀层技术 模具表面镀层技术的应用极其广泛，
44、可用于模具表面镀层技术的应用极其广泛，可用于耐蚀、耐磨、修复、强化等方面的应用。镀层技耐蚀、耐磨、修复、强化等方面的应用。镀层技术的应用使模具表面具有原来没有的性能，大幅术的应用使模具表面具有原来没有的性能，大幅度延长了模具的使用寿命。度延长了模具的使用寿命。电镀：电镀：电镀就是将直流电通入一定成分的电电镀就是将直流电通入一定成分的电解质溶液中，在电极和溶液之间的界面上发生电解质溶液中，在电极和溶液之间的界面上发生电化学反应，从而实现在工件表面上沉积的过程。化学反应，从而实现在工件表面上沉积的过程。电刷镀：电刷镀：电刷镀是在常温和无槽条件下，在零件表面电刷镀是在常温和无槽条件下，在零件表面局部
45、快速电沉积金属的新技术。电刷镀时，因镀局部快速电沉积金属的新技术。电刷镀时，因镀笔与零件之间的相对运动而允许其使用比电镀大笔与零件之间的相对运动而允许其使用比电镀大得多的电流密度，加上电刷镀镀液金属离子含量得多的电流密度，加上电刷镀镀液金属离子含量高，它具有镀积速度快的显著特点。高，它具有镀积速度快的显著特点。电刷镀不受模具大小和形状的限制电刷镀不受模具大小和形状的限制,尤其是尤其是复杂型面，凡是镀笔能够触及的地方均可实现电复杂型面，凡是镀笔能够触及的地方均可实现电刷镀，非常适用于野外、现场及不解体操作，这刷镀，非常适用于野外、现场及不解体操作，这对于大型精密塑料模的强化和修复更具有实用价对于
46、大型精密塑料模的强化和修复更具有实用价值。值。化学镀化学镀Ni-P：化学镀化学镀Ni-P 是不使用外电源，以次亚酸盐为是不使用外电源，以次亚酸盐为还原剂，将镍盐还原为镍，同时还原剂转变为磷还原剂，将镍盐还原为镍，同时还原剂转变为磷,与镍一起析出，共同沉积在镀件表面形成与镍一起析出，共同沉积在镀件表面形成Ni-P镀镀层的工艺。层的工艺。Ni-P镀层对于非氧化性的高温镀层对于非氧化性的高温Cl-及常温盐酸及常温盐酸,氢氟酸、有机酸等系列化工介质都有良好的抗蚀氢氟酸、有机酸等系列化工介质都有良好的抗蚀性；其次，性；其次，Ni-P镀层的摩擦系数小而硬度经镀层的摩擦系数小而硬度经400热处理后可高达热处
47、理后可高达1100HV,高于相同基材下其它表面高于相同基材下其它表面处理工艺所获得的硬度及耐磨性。处理工艺所获得的硬度及耐磨性。在塑料模具的强化处理中在塑料模具的强化处理中,可取代渗碳、可取代渗碳、高频淬火、软氮化等表面处理工艺。高频淬火、软氮化等表面处理工艺。化学方法获得镀层化学方法获得镀层,还具有优异的工艺性还具有优异的工艺性,即即操作简单、仿型性好的特点操作简单、仿型性好的特点,无论多么复杂的零件无论多么复杂的零件,只要镀液能接触到只要镀液能接触到,就有镀层覆盖就有镀层覆盖,不存在电镀中不存在电镀中因电力分布不均而造成深镀能力和分散能力差的因电力分布不均而造成深镀能力和分散能力差的问题。
48、因此问题。因此,它特别适合于具有深沟、窄槽、盲孔它特别适合于具有深沟、窄槽、盲孔及棱边夹角的复杂塑料模具的处理。及棱边夹角的复杂塑料模具的处理。化学镀化学镀Ni-P的处理温度极低（不超过的处理温度极低（不超过95），），模具原有精度丝毫不受影响模具原有精度丝毫不受影响,因此因此,它在处理精度它在处理精度要求极高的精密模具上也具有独到的优势。要求极高的精密模具上也具有独到的优势。热喷涂技术热喷涂技术 热喷涂是一种新兴的材料表面处理技术，热喷涂是一种新兴的材料表面处理技术，它利用专用设备把某种固体材料加热熔化或它利用专用设备把某种固体材料加热熔化或软化，并通过气流吹动使其雾化加速喷射到软化，并通过
49、气流吹动使其雾化加速喷射到零件表面上，从而形成一种特制薄层以提高零件表面上，从而形成一种特制薄层以提高零件的表面性能。零件的表面性能。由于热喷涂涂层与基体之间主要是机械由于热喷涂涂层与基体之间主要是机械结合，因此热喷涂适用于工作负荷不大的模结合，因此热喷涂适用于工作负荷不大的模具的表面强化和修复。具的表面强化和修复。气相沉积镀膜技术气相沉积镀膜技术 气相沉积技术是近气相沉积技术是近30年来迅速发展的一年来迅速发展的一门新技术。它运用化学或物理方法，在各种门新技术。它运用化学或物理方法，在各种材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而材料或制品表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料或制品获得需要的各种性
50、能。分为化使材料或制品获得需要的各种性能。分为化学气相沉积（学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（）和物理气相沉积（PVD）。）。CVD可在塑料模具表面沉积超硬物质：可在塑料模具表面沉积超硬物质：如金刚石、类金刚石、立方如金刚石、类金刚石、立方BN、TiC、TiN等，等，使模具型腔获得高硬度、高耐磨及高抗蚀性等一使模具型腔获得高硬度、高耐磨及高抗蚀性等一系列优异性能。同时，其处理的模具形状不受限系列优异性能。同时，其处理的模具形状不受限制，对于深孔性及复杂型腔同样适用。但是其沉制，对于深孔性及复杂型腔同样适用。但是其沉积温度较高，一般在积温度较高，一般在9501050甚至更高的温度甚至更高的温度