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1、第二章第二章 模具材料概述模具材料概述常用模具材料常用模具材料 模模具具材材料料主主要要是是满足足特特定定要要求求的的钢材材。也也有有一一些其它些其它类型的材料。型的材料。钢：碳碳 钢（普普 通通 碳碳 素素 结 构构 钢、优 质 碳碳 素素 结 构构 钢、碳素工具碳素工具钢）合金合金钢（合金（合金结构构钢、合金工具、合金工具钢、不、不锈钢）常常见元素元素对碳素碳素钢性能的影响性能的影响按照钢的化学成分、品质、冶炼方法和用途等按照钢的化学成分、品质、冶炼方法和用途等的不同，可对碳钢按多种形式进行分类。的不同，可对碳钢按多种形式进行分类。1.1.按冶炼钢的脱氧程度分类按冶炼钢的脱氧程度分类2.2
2、.按钢的质量分按钢的质量分3.3.按钢的含碳量分类按钢的含碳量分类4.4.按钢的用途来分类按钢的用途来分类一、普通碳素结构钢一、普通碳素结构钢（一）牌号标准（一）牌号标准 (GB700-88)用代表屈服强度的字母Q、屈服强度值、质量等级符号（A、B、C、D）以及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四部分按顺序组成。（二）质量等级（二）质量等级 A、B、C、D 四级 A:表示一般质量，S 0.050%,P 0.045%,不保证冲击功；B:S，P 0.045%,保证20 冲击功27J；C:S，P 0.040%,保证0 冲击功27J；D:S，P 0.035%,保证-20 冲击功27J（三）冶炼时脱氧方
3、法（三）冶炼时脱氧方法 沸腾钢(F)，半镇静钢(b)，镇静钢(Z)，特殊镇静钢(TZ)Q195-A、F碳碳 钢钢屈服点强度不小于屈服点强度不小于195MPa的的A级沸腾钢级沸腾钢（四）应用（四）应用Q195轧制薄板：铁桶、开关箱、防护罩等容器；盘条：捆绑钢丝网，铆钉等Q215焊接钢管、地脚螺钉、螺栓、木螺钉等小五金零件Q235型钢：工字钢、槽钢、角钢等；钢板、钢筋及车辆、锅炉上性能要 求不太高的机械零件Q255铆焊件、栓接结构Q275轴类、农业机具、耐磨零件（一）特点：（一）特点：二、二、优质碳素结构钢优质碳素结构钢（优钢）（优钢）1 与普通碳素结构钢相比，对钢中S、P等杂质限制较严。S、P含
4、量均不大于0.035%；2 钢的组织均匀致密，偏析程度小，质量好；3 供货应同时保证钢材的化学成分和力学性能符合标准的规定。（二）钢材按冶金质量等级分为：（二）钢材按冶金质量等级分为：1 优质钢 S、P含量均不大于0.035%；2 高级优质钢 符号A，（GAO）S、P含量均不大于0.030%；3 特级优质钢 符号E，（TE）P含量不大于0.025%,S不大于0.020%1.根据含碳量的大小。两位数字表示平均含碳量的万分之几两位数字表示平均含碳量的万分之几(两位阿拉伯数字表示平均碳含量).如：平均含碳量为如：平均含碳量为0.25%优质碳素结构钢优质碳素结构钢 牌号表示为牌号表示为“25”2.沸腾
5、钢和半镇静钢，在牌号后尾部分别加“F”和“b”.如：如：平均碳含量为平均碳含量为0.08%的沸腾钢的沸腾钢 牌号表示为牌号表示为“08 F”；平均碳含量为平均碳含量为0.10%的半镇静钢的半镇静钢 牌号表示为牌号表示为“10b”3.含锰量较高的优钢，在阿拉伯数字后面加锰元素符号“Mn”.如：平均碳含量为如：平均碳含量为0.50%、锰含量为、锰含量为0.701.0%较高锰含量的优质碳素结较高锰含量的优质碳素结构钢构钢 牌号表示为牌号表示为“50Mn”4.高级优质碳素结构钢，在牌号后加符号“A”；特级优质碳素结构钢在牌号后加符号“E”.如：如：平均碳含量为平均碳含量为0.20%的高级优质碳素结构钢
6、的高级优质碳素结构钢 牌号表示为牌号表示为“20A”平均碳含量为平均碳含量为0.50%的特级优质碳素结构钢的特级优质碳素结构钢 牌号表示为牌号表示为“50E”（三）牌号标准（三）牌号标准(GB/T699-1999)（四）具体牌号（四）具体牌号08F,10F,15F,08,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,15Mn,20Mn,25Mn,30Mn,35Mn,40Mn,45Mn,50Mn,60Mn,65Mn,70Mn（五）应用（五）应用含碳量低（1035）：强度小，塑性韧性好。冲压容器，锅炉，机械零件含碳量中等（3050）：强度较高，经调
7、质处理可得到良好的综合性能。机械零件（传动轴、齿轮、连杆等）含碳量高（50）：强度高，冲击韧性不好。弹簧垫、离合器、钢丝绳等08和08F钢：用于轧制薄板，高级搪瓷制品；也可用于管子、垫片及心部强度要求不高的渗碳零件等；45钢：轴、齿轮、活塞销等零件；60-65钢：用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫圈、离合器等。三、碳素工具钢（优质钢）三、碳素工具钢（优质钢）（一）特点：（一）特点：1 冷热加工性能，耐磨性较好；2 价格低廉，广泛采用；3 淬透性低，耐热性差。（二）牌号标准（二）牌号标准（GB1298-86）：）：1 用汉字碳（T）+平均含碳量的千分数来表示。如：如：T7：平均含碳量为：平均含碳量为0
8、.7%的碳素工具钢；的碳素工具钢；T12：平均含碳量为：平均含碳量为1.2%的碳素工具钢的碳素工具钢2 高级优质钢，牌号后加“A”如：如：T11A：平均含碳量为：平均含碳量为1.1%的高级优质碳素工具钢的高级优质碳素工具钢 3 含锰量较高的碳素工具钢，在碳含量后面加锰元素符号“Mn”如：如：T8Mn：平均含碳量为：平均含碳量为0.8%的较高锰含量碳素工具钢的较高锰含量碳素工具钢（三）具体牌号（三）具体牌号T7,T8,T8Mn,T9,T10,T11,T12,T13,T7A,T8A,T8MnA,T9A,T10A,T11A,T12A,T13A（四）应用（四）应用T7（T7A）、）、T8（T8MnA）
9、：硬度高、韧性较好。凿子、冲：硬度高、韧性较好。凿子、冲头、剪刀、锤子等工具；头、剪刀、锤子等工具；T9、T10、T11：硬度高、韧性适中。钻头、刨刀、丝锥、锯：硬度高、韧性适中。钻头、刨刀、丝锥、锯条等刃具及冷作模具；条等刃具及冷作模具；T12（T12 A）、）、T13：硬度高、韧性较低。锉刀、刮刀、铣刀、：硬度高、韧性较低。锉刀、刮刀、铣刀、板牙等刃具及量规、样套等量具。板牙等刃具及量规、样套等量具。四、铸造碳钢（铸钢）四、铸造碳钢（铸钢）（一）牌号标准（一）牌号标准用“铸钢”两字的汉语拼音字首“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度值，第二组数字代表抗拉强度值。如：如：ZG20
10、0-450 表示屈服强度为表示屈服强度为200MPa，抗拉强度为，抗拉强度为450MPa的铸钢。的铸钢。（二）应用（二）应用用来制造重型机械、矿山机械、冶金机械、机车车辆上某些形状复杂、用锻造方法难以生产、而力学性能要求又比较高的零件及构件。3 3、合金元素在钢中的分布、合金元素在钢中的分布合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1、合金钢中常加入的合金元素、合金钢中常加入的合金元素Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Ni、Co、RE等等2、合金元素的分类、合金元素的分类 非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等 碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、C
11、r、Mn等.只溶于铁素体中，不形成碳化物Ni、Si、Co等.只形成碳化物V、Ti、Nb等.既溶于铁素体又可形成碳化物（FeMn)3C、Cr23C6、Cr7C3等.形成金属间化合物Ni3Al、Ni3Ti、FeTi等合合 金金 钢钢4、合金元素在钢中的作用、合金元素在钢中的作用一、合金结构钢（优质碳素结构钢一、合金结构钢（优质碳素结构钢+合金元素）合金元素）1.牌号标准（牌号标准（GB/T3077-1999）：）：平均含碳量的万分数+化学元素符号+合金元素平均含量的百分数20Mn2：平均含碳量为：平均含碳量为0.2%，含，含Mn 1.5%a)合金平均含量1.5%时，元素符号后不表明数字40Cr：含
12、碳量：含碳量0.370.45%，0.81.1%的铬的铬b)合金平均含量等于或大于1.5%，2.5%，3.5%.时，用相应的数字2，3，4.表示60Si2Mn-含碳量含碳量0.570.65%，1.5-2.5%的硅和的硅和0.6-1.5%的锰的锰c)高级优质钢号后加注“A”，特级优质合金钢加注“E”.50CrV A 30CrMoSi E2.牌号举例牌号举例40 Cr 铬，平均含量1.5%，只标出元素符号，不标明含量平均碳含量为0.40%，用万分之四十的数字表示38 CrMoAl A表示高级优质钢 铬钼铝，平均含量1.5%，只标出元素符号，不标明含量 平均碳含量为0.38%，用万分之38数字表示 平
13、均碳含量为0.37%，用万分之37数字表示 镍，平均含量3%铬，平均含量1.5%，只标出元素符号，不标明含量37 CrNi33.分类及应用分类及应用1）普通低合金结构钢）普通低合金结构钢桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。高的屈服强度、良好的塑性和韧性以及焊接性能。16Mn2）渗碳钢）渗碳钢变速齿轮、内燃机的 凸轮等。表面高硬度、高耐磨性，心部高韧性和足够的强度。20CrMnTi3）调质钢）调质钢较大载荷轴、连杆及紧固件等。高强度和高韧性的综合性能。40Cr4）弹簧钢）弹簧钢板簧和弹簧等。较高的弹性极限、疲劳强度、足够的塑性、韧性及高的表面质量。65Mn、60Si2M
14、n5）滚动轴承钢）滚动轴承钢滚动轴承的套圈及滚动体，也可制作精密量具、冷冲模、油泵、油嘴等。高硬度、耐磨及良好的耐疲劳强度，足够的韧性。属于专用钢。GCr15（G：滚；：滚；15：千分数）：千分数）6）超高强度钢）超高强度钢飞机起落架、框架等航空航天构件。高强度、抗氧化性和抗疲劳性。35Si2MnMoVA、40SiMnCrMoRE含C：0.35%、Si：1.5-2.5%；锰、钼钒都小于1.5%的高级优质合金结构钢特殊二、合金工具钢二、合金工具钢1.牌号标准（牌号标准（GB/T3077-1999）：）：平均碳含量的千分数+化学元素符号+合金元素平均含量的百分数5CrMnMo：平均含碳量为：平均含
15、碳量为0.5%，含，含Cr、Mn、Mo均小于均小于 1.5%a)碳平均含量大于1%时，碳质量分数不标出。高速钢一般不标出。CrWMn：含碳量大于：含碳量大于1%，含，含Cr、W、Mn均小于均小于 1.5%c)其余同合金结构钢2.牌号举例牌号举例b)低铬（平均含量1%平均铬含量为12%，钼钒平均含量1.5%，只标出元素符号，不标明含量3.分类及应用分类及应用1）合金刃具钢）合金刃具钢各种金属切削工具，车刀、铣刀、钻头等。高硬度、耐磨性、热硬性以及足够的塑性和韧性。低合金刃具钢（9SiCr）和高速钢（高速钢（W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2）2）合金模具钢）合金模具钢冷作模具钢（各种冷冲模、冷
16、镦模、冷挤压模等）和冷作模具钢（各种热锻模、热压模、热挤压模等）冷作模具钢：高硬度（HRC5862）、高耐磨性、足够的韧性和疲劳抗力、热处理变形小。Cr12 热作模具钢：较高硬度、高的热硬性、高温耐磨性、抗氧化性、高的热强性和足够的韧性、热疲劳抗力、高的淬透性和导热性。5CrMnMo、5CrNiMo3）合金量具钢）合金量具钢测量工具：卡尺、千分尺、螺旋测微仪等。高的硬度和耐磨性以及高的尺寸稳定性。CrMn、CrWMn、GCr15三、特殊性能钢三、特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢能够抵御空气、蒸汽、及腐蚀性介质腐蚀的钢 1Cr13、1Cr17高温下具有高的化学稳定性和热强性
17、的钢1Cr19Ni9很高的耐磨性和韧性 ZGMn13钢的火花鉴别钢的火花鉴别常用钢种的火花特征常用钢种的火花特征第一节第一节 模具材料的分类模具材料的分类一、模具的分类一、模具的分类 一、模具材料的分类一、模具材料的分类 4.4.其他模具材料其他模具材料在在三三大大类类模模具具材材料料之之外外，还还有有铸铸造造模模具具钢钢、有有色色合合金金模模具具材材料料、玻玻璃璃模模具具材材料料等等，另另外外我我国国还还开开发研制了特种新型模具用材。发研制了特种新型模具用材。(一）铸造模具钢一）铸造模具钢通通过过精精密密铸铸造造工工艺艺直直接接得得到到形形状状复复杂杂的的模模具具铸铸件件，与与传传统统的的模
18、模具具生生产产工工艺艺比比较较可可以以节节省省加加工工工工时时，降降低低金金属属消消耗耗，缩缩短短模模具具制制造造周周期期，降降低低模模具具制制造造费费用用。如如美美国国ASTMA597ASTMA597铸铸造造工工具具钢钢标标准准中中包包括括7 7个个钢钢号号，其其中中冷冷作作模模具具钢钢4 4种种、热热作作模模具具钢钢2 2种种、耐耐冲击工具钢冲击工具钢1 1种。我国不少部门也开始种。我国不少部门也开始研研制制并并采采用用精精密密铸铸造造工工艺艺生生产产模模具具，如如东东风风汽汽车车公公司司冲冲模模厂厂已已经经采采用用火火焰焰淬淬火火冷冷作作模模具具钢钢 ZG7CrSiMnMoVZG7CrS
19、iMnMoV实实型型铸铸造造工工艺艺，生生产产出出汽汽车车大大型型覆覆盖盖件件冲冲模模的的刃刃口口镶镶块块模模，取取得得了了良良好好的的使使用用效效果果和和经经济效益。济效益。我我国国研研制制的的铸铸造造热热锻锻模模用用钢钢JCDJCD钢钢已已经经试试用用于于小小型型热热锻锻模模块块，代代替替5CrMnMo5CrMnMo钢钢锻锻造造模模具具。我我国国研研制制的的铸铸造造锻锻模模钢钢ZDM-2(3Cr3MoWVSi)ZDM-2(3Cr3MoWVSi)钢钢，采采用用陶陶瓷瓷型型精精密密铸铸造造工工艺艺，通通过过几几十十种种锻锻模模的的生生产产试试用用，代代替替传传统统的的5CrNiMo5CrNiM
20、o和和3Cr2W8V3Cr2W8V锻锻模模，取取得得了了较较好好的的使使用效果和经济效益。用效果和经济效益。（二）有色合金模具材料（二）有色合金模具材料 随随着着工工业业产产品品的的多多样样化化和和中中小小批批量量生生产产的的增增加加，一一些些低低成成本本、易易加加工工、制制造造周周期期短短以以及及具具有有特特殊殊性性能能的的有有色色金金属属材材料料模模具具也也逐逐渐渐增增多多，使使用用较较多多的的是是铜、铝、锌合金。铜、铝、锌合金。铜铜合合金金模模具具的的抗抗粘粘着着性性和和导导热热性性好好，常常用用作作不不锈锈钢钢和和表表面面处处理理钢钢板板的的拉拉伸伸模模和和弯弯曲曲模模具具，近近年年来
21、来也也用用于于注注射射模模。常常用用作作模模具具的的是是铍铍青青铜铜，由由于于铍铍是是公公害害元元素素，最最近近国国外外又又开开发发出出了了含含Ni-SiNi-Si的的CorsonCorson铜铜合合金金，这这种种析析出出硬硬化化型型合合金金的的特特点点是是高高强强度度和和高高热导性。热导性。铝铝合合金金除除用用于于模模具具的的导导板板、导导柱柱等等构构件件外外，现现在在50005000系系和和70007000系系铝铝合合金金也也应应用用于于一一些些小小批批量量生生产产的的试试制制模模具具，如如薄薄板板拉拉深深、塑塑料料成成型型、发发泡泡塑塑料料等等模具。模具。锌锌合合金金的的熔熔点点较较低低
22、，易易于于熔熔化化和和铸铸造造，切切削削加加工工性性能能好好，且且可可反反复复回回收收使使用用，常常常常被被用用作作试试制制模模具具，主主要要用用于于薄薄板板拉拉深深模模、弯弯曲曲模模和和铝铝合合金金挤挤压压模模等等。日日本本近近几几年年又又在在传传统统制制模模用用的的锌锌合合金金基基础础上上，添添加加CuCu、AlAl、TiTi、BeBe等等元元素素，开开发发出出了了新新型型的的锌锌合合金材料。金材料。（三）玻璃模具材料（三）玻璃模具材料 玻玻璃璃模模具具是是玻玻璃璃制制品品的的主主要要成成型型工工艺艺装装备备。在在玻玻璃璃制制品品成成型型过过程程中中，模模具具频频繁繁地地与与1100110
23、0以以上上的的熔熔融融玻玻璃璃液液接接触触，经经受受氧氧化化、生生长长和和热热疲疲劳劳作作用用。根根据据玻玻璃璃模模具具的的服服役役条条件件和和失失效效形形式式，对对模模具具材材料料的的要要求求以以抗抗氧氧化化为为最最主主要要指指标标。通通常常采采用用耐耐热热合合金金钢，如钢，如3Cr2W8V3Cr2W8V、5CrNiNo5CrNiNo以及合金铸铁等。以及合金铸铁等。（四）特种新型模具材料（四）特种新型模具材料 除除了了上上述述几几类类模模具具材材料料外外，还还开开发发研研制制了了特特种种模模具具用用材材，如如CrMnNCrMnN系系无无磁磁模模具具钢钢（用用于于电电子子产产品品的的无无磁磁模
24、模具具）、高高温温玻玻璃璃模模具具钢钢（用用于于高高温温餐餐具具、高高透透光光度度的的车车灯灯、显显像像管管玻玻璃璃模模壳壳模模具具）、陶陶瓷瓷模模具、复合材料模具等。具、复合材料模具等。第二节第二节 模具材料的性能、选用与发展模具材料的性能、选用与发展 模模具具的的工工作作条条件件不不同同，对对其其材材料料的的性性能能要要求求也也不不同同，如如冷冷冲冲压压模模具具要要求求其其材材料料具具有有高高的的强强度度，良良好好的的塑塑性性和和韧韧性性，高高的的硬硬度度及及耐耐磨磨性性；冷冷挤挤压压模模具具要要求求其其材材料料具具有有高高强强度度、高高韧韧性性、高高淬淬透透性性以以及及良良好好的的耐耐磨
25、磨性性、热热稳稳定定性性和和切切削削加加工工性性；热热作作模模具具用用钢钢要要求求在在工工作作温温度度下下保保持持高高的的强强度度和和韧韧性性、良良好好的的抗蚀性、热稳定性和优良的热疲劳抗力。抗蚀性、热稳定性和优良的热疲劳抗力。模模具具的的各各项项性性能能要要求求有有时时是是相相互互矛矛盾盾的的，一一般般硬硬度度越越高高，耐耐磨磨性性就就越越高高。在在同同样样的的硬硬度度下下，钢钢材材碳碳含含量量越越高高，耐耐磨磨性性也也就就越越高高。热热稳稳定定性性与与加加入入元元素素的的种种类类及及数数量量有有关关，只只有有在在高高合合金金含含量量的的情情况况下下，才才能能达达到到所所要要求求的的抗抗软软
26、化化能能力力。韧韧性性 则则与与前前二二者者相相反反，碳碳化化物物中中合合金金元元素素增增加加，钢钢材材变变脆脆，这这样样就就形形成成耐耐磨磨性性和和韧韧性性之之间间以以及及稳稳定定性性和和韧韧性性之之间间的的两两对对矛矛盾盾。在在选选择择模模具具材材料料时时，应应首首先先考考虑虑模模具具的的某某些些基基本本性性能能必必须须能能适适应应所所制制造造模模具具的的需需要要。在在一一般般情情况况下下，主主要要是是钢钢的的耐耐磨磨性性、韧韧性性、硬硬度度、热热硬硬性性以以及及热热疲疲劳劳抗抗力力，这这四四种种性性能能指指标标可可以以比比较较全全面面地地反反映映模模具具材材料料的的综综合合性性能能，可可
27、以以在在一一定定程程度度上上决决定定其应用范围。其应用范围。一、模具材料的性能要求一、模具材料的性能要求（一）模具材料的力学性能要求（一）模具材料的力学性能要求1.1.耐磨性耐磨性模模具具在在工工作作时时，其其表表面面往往往往要要与与工工件件产产生生摩摩擦擦，要要保保持持模模具具的的尺尺寸寸精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度，使使其其不不发发生生早早期期的的磨磨损损失失效效，就就要要求求模模具具材材料料能能够够承承受受一一定定的的机机械械磨磨损损。而而具具有有均均匀匀韧韧性性组组织织的的钢钢材材，其其耐耐磨磨性性能能一一般般都都不不高高。在在韧韧性性 组组织织上上弥弥散散分分布布的的硬硬质质碳碳
28、化化物物颗颗粒粒可可以以提提高高模模具具的的耐耐磨磨性性，但但要要通通过过正正确确的的普普通通热热处处理理和和化化学学热热处处理理的的方方法法，使使模模具具材材料料既既具具有有高高硬硬度度又又使使材材料料中中的的碳碳化化物物等等硬硬 化化相相的的组组成成、形形貌貌和和分分布布合合理理。模模具具工工作作过过程程中中的的润润滑滑情情况况和和模模具具材材料料的的表表面面处处 理理，也也对对改改善善模模具具的的耐耐磨磨性性有有良良好好的的影影响响。在在承承受受重重载载和和高高速速摩摩擦擦时时，模模具具被被摩摩 擦擦表表面面能能够够形形成成薄薄而而致致密密附附着着的的氧氧化化膜膜，保保持持润润滑滑作作用
29、用，防防止止模模具具和和被被加加工工工工件件 表表面面之之间间产产生生粘粘附附、焊焊合合等等所所导导致致的的工工件件表表面面擦擦伤伤，同同时时又又能能减减少少模模具具表表面面进进一一步步氧氧化化所所造造成的损伤。成的损伤。2.2.韧性韧性许许多多模模具具要要承承受受冲冲击击载载荷荷（如如冷冷作作模模具具的的凸凸模模，锤锤用用热热锻锻模模具具、冷冷镦镦模模具具、热热镦镦锻锻模模具具等等）的的作作用用。除除了了要要求求钢钢材材具具有有较较高高的的强强度度外外，还还要要具具有有足足够够的的韧韧性性。高高碳碳钢钢中中含含钒钒就就有有这这种种优优异异的的性性能能、采采用用水水淬淬方方式式，可可获获得得一
30、一定定深深度度的的淬淬火火硬硬化化层层，而而心心部部仍仍保保持持韧韧性性的的组组织织。由由于于淬淬火火硬硬化化中中形形成成了了压压应应力力，可使抗疲劳性能有所提高。可使抗疲劳性能有所提高。3.3.硬度和热硬性硬度和热硬性硬硬度度是是冷冷作作模模具具材材料料的的主主要要性性能能指指标标，模模具具在在工工作作中中必必须须具具有有高高的的硬硬度度和和强强度度，才才能能保保持持其其原原有有的的形形状状和和尺尺寸寸。一一般般冷冷作作模模具具.要要求求其其淬淬火火、回回火火硬硬度度为为60HRC60HRC左左右右，热热作作模具钢为模具钢为45-50HRC45-50HRC左右。左右。热热硬硬性性是是指指高高
31、温温下下保保持持高高硬硬度度的的能能力力。许许多多模模具具在在加加工工中中产产生生热热最最并并和和加加热热材材料料接接触触，由由于于热热传传导导常常被被加加热热到到相相当当高高的的温温度度，不不少少冷冷作作模模具具在在工工作作中中被被加加工工材材料料强强烈烈挤挤压压和和磨磨损损也也会会形形成成很很高高的的温温度度。这这就就要要求求模模具具材材料料应应具具有有很很高高的的抗抗回回火火稳稳定定性性，即即在在高高温温下下有有保保持持高高硬硬度度的的能能力力。碳碳素素钢钢和和低低合合金金钢钢的的抗抗回回火火能能力力差差，采采用用含含铬铬或或含含钨钨的的合合金钢，通常能显著提高模具的抗回火性能。金钢，通
32、常能显著提高模具的抗回火性能。4.4.抗疲劳性能抗疲劳性能热热作作模模具具，如如热热镦镦模模、压压铸铸模模等等在在服服役役过过程程中中承承受受周周期期性性的的加加热热和和冷冷却却，冷冷热热疲疲劳劳破破坏坏是是其其失失效效的的主主要要形形式式；冷冷作作模模具具，如如冷冷镦镦模模、冷冷冲冲模模等等在在使使用用过过程程中中承承受受较较高高的的反反复复冲冲击击应应力力，往往往往因因冲冲击击疲疲劳劳抗抗力力低低而而造造成成疲疲劳劳断断裂裂。所所以以模模具具的的疲疲劳劳性性能能对对模模具具的的寿寿命命具具有有很很大大的的影影响响。如如果果模模具具材材料料热热导导性性和和韧韧性性不不足足，在在多多次次反反复
33、复加加热热和和冷冷却却的的条条件件下下，模模具具有有可可能能在在短短期期使使用用后后产产生生裂裂纹纹并并报报废废。因因此此，要要用用导导热热性性好好、韧韧性性高高的的中中碳碳Ni-Cr-MoNi-Cr-Mo钢钢制制造造热热锻锻模模；用用耐耐热热性性好好，韧韧性性好好的的中中碳碳Cr-W-Mo-VCr-W-Mo-V和和Cr-W-VCr-W-V钢钢制制造造热热挤挤压压模模与与冷冷挤挤压压模模具具；用用中中碳碳Si-Mo-VSi-Mo-V钢钢制制造铝合金压铸模。造铝合金压铸模。上上述述为为模模具具材材料料的的主主要要力力学学性性能能，但但对对于于不不同同的的服服役役条条件件其其性性能能要要求求不不同
34、同。对对热热作作模模具具钢钢要要考考虑虑其其抗抗冷冷热热疲疲劳劳性性能能；对对压压铸铸模模具具应应考考虑虑其其耐耐融融熔熔金金属属的的冲冲蚀蚀性性能能；对对于于高高温温下下工工作作的的热热作作模模具具应应考考虑虑其其在在工工作作温温度度下下的的抗抗氧氧化化性性能能；对对于于在在腐腐蚀蚀介介质质中中工工作作的的模模具具，应应注注意意其其抗抗腐腐蚀蚀性性能能；对对在在高高载载荷荷下下工工作作的的模模具具应应考考虑虑其其抗抗压压强强度度、抗抗拉拉强强度度、抗抗弯弯强度、疲劳强度及断裂韧度等。强度、疲劳强度及断裂韧度等。(二）模具材料的工艺性能二）模具材料的工艺性能模模具具在在机机械械、电电子子、轻轻
35、工工、汽汽车车、纺纺织织、兵兵器器、航航空空、航航天天等等工工业业领领域域里里，日日益益成成为为使使用用最最广广泛泛的的、工工业业化化生生产产的的主主要要工工艺艺装装备备，它它承承担担了了这这些些工工业业领领域域中中60%-90%60%-90%的的产产品品零零件件、组组件件和和部部件件的的加加工工生生产产。模模具具材材料料的的工工艺艺性性能能就就成成为为影影响响模模具具成成本本的的一一个个重重要要因因素素，改改善善模模具具的的工工艺艺性性能能，不不仅仅可可以以使使模模具具生生产产工工艺艺简简单单、易易于于制制造造，而而且且可可以以有有效效地地降降低低模模具具的的制制造造费费用用。模模具具材材料
36、料的的工工艺艺性性能能，经经常常要要考虑的有以下几种：考虑的有以下几种：1.1.加工性能加工性能模模具具的的加加工工对对模模具具寿寿命命有有不不同同影影响响，如如模模具具材材料料毛毛坯坯的的反反复复镦镦拨拨柔柔锻锻，型型腔腔的的冷冷挤挤压压和和超超塑塑成成形形等等，都都会会使使模模具具材材质质组组织织致致密密，并并能能消消除除碳碳化化物物偏偏析析。因因此此要要减减少少各各种种加加工工手手段段的的不不利利影影响响：机机加加工工要要保保证证每每道道加加工工工工序序的的加加工工精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度；电电加加工工要要减减少少步步距距偏偏差差、型型孔孔尺尺寸寸偏偏差差及及粗粗糙糙度度；钳钳工
37、工装装配配不不得得损损坏坏已已加加工工成成形形的的工工件件基基准准面面和和工工作作面面，保证模具的装配精度。保证模具的装配精度。对对各各种种精精密密加加工工，要要求求有有较较好好的的精精度度保保证证，但但由由于于磨磨削削加加工工可可能能导导致致金金属属表表面面的的局局部部过过热热，产产生生高高的的表表面面残残余余应应力力以以及及组组织织变变化化等等，其其结结果果可可能能导导致致磨磨削削裂裂纹纹的的产产生生。常常见见的的磨磨削削缺缺陷陷有有：磨磨削削速速度度过过快快引引起起金金属属烧烧伤伤；用用钝钝的的或或重重载载砂砂轮轮磨磨削削引引发发的的磨磨削削裂裂纹纹。细细小小的的磨磨削削裂裂纹纹难难于于
38、用用肉肉眼眼观观察察，需需用用磁磁粉粉探探伤伤或或稀稀硝硝酸酸冷冷侵侵蚀蚀方方能能显显示示。轻轻的的磨磨削削裂裂纹纹常常垂垂直直于于磨磨削削方方向向呈呈平平行行分分布布，严严重重的的磨磨削削裂裂纹纹 呈呈龟龟裂裂状状。这这些些磨磨削削裂裂纹纹即即使使可可以以通通过过轻轻磨磨予予以以去去除除，但但危危害害犹犹存存，常常导导致致模模具具在在服服役役中中的的早早期期失失效效。为为了了减减少少磨磨削削应应力力以以及及磨磨削削裂裂纹纹，可可对对工工件件进进行行回回火火热热处处理理。有有些些模模具具材材料料，如如高高钒钒高高速速钢钢、高高钒钒高高合合金金模模具具钢钢的的磨磨削削性性很很差差、磨磨削削比比很
39、很低低，不不便便于于磨磨削削加加工工，近近年年来来改改用用粉粉末末冶冶金金生生产产，可可以以使使钢钢中中的的碳碳化化物物细细小小、均均匀匀，完完全全消消除除了了普普通通工工艺艺生生产产的的高高钒钒模模具具钢钢中中的的大大颗颗粒粒碳碳化化物物，不不但但使使其其磨磨削削性性大大为为改改善善，而而且且还还改改善善了了钢钢的的塑塑性性和和韧韧性性，使使之之能能在在模模具具制制造造中推广应用。中推广应用。电电火火花花加加工工常常常常作作为为模模具具的的最最后后加加工工工工序序。电电火火花花加加工工可可在在淬淬火火、回回火火模模具具的的表表面面形形成成淬淬火火马马氏氏体体的的白白亮亮层层。由由于于高高碳碳
40、马马氏氏体体的的固固有有脆脆性性和和显显微微裂裂纹纹的的存存在在，往往往往导导致致模模具具的的早早期期开开裂裂失失效效。另另外外，电电火火花花加加工工可可在在模模具具表表面面形形成成不不良良的的残残余余应应力力，降降低低了了模模具具的的使使用用寿寿命命。可可以以通通过过电电加加工工规规准准，来来减减少少硬硬化化层层的的厚厚度度，或或者者用用喷喷丸丸法法等等去去除除变变质质层层。模模具具的的研研磨磨抛抛光光是是加加工工中中的的关关键键工工序序，它它不不但但能能提提高高加加工工件件的的表表面面质质量量，而而且且对对模模具具的的使使用用寿寿命命有有直直接接的的影影响响。模模具具型型腔腔的的表表面面粗
41、粗糙糙度度值值降降低低，可可有有效效地地提高模具的使用寿命，对塑料注射模更是如此。提高模具的使用寿命，对塑料注射模更是如此。目目前前国国内内抛抛光光工工艺艺常常采采用用手手工工操操作作，效效率率低低。国国外外釆釆用用机机械械抛抛光光、电电解解抛抛光光、化化学学抛抛光光、超超声声抛抛光光、挤挤压压研研磨磨、喷喷丸丸抛抛光光等等。这这些些抛抛光光技技术术可可使使模模具具型型腔腔表表面面微微观观粗粗糙糙度度值值降降低低、晶晶粒粒细细化化、残残余余应应力力由由拉拉应应力力转转化化为为压压应应力力，从从而而提提高高模模具具材材料料的的韧韧性性、屈屈服服强强度度和和疲疲劳劳强强度度，降降低低和和减减缓缓粘
42、粘着着磨磨损损，改善模具质量。改善模具质量。2.2.淬透性和淬硬性淬透性和淬硬性对对于于冷冷作作模模具具材材料料大大部部分分要要求求高高硬硬度度，即即要要求求有有一一定定 的的淬淬硬硬性性。对对于于大大部部分分热热作作模模具具和和塑塑料料模模具具，对对硬硬度度的的要要求求不不高高，往往往往更更多多地地考考虑虑其其淬淬透透性性，应应按按照照模模具具截截面面的的大大小小，选选择择合合适适的的淬淬透透性性。钢钢材材模模具具除除了了表表面面应应有有足足够够的的硬硬度度外外，心心部部也也要要具具有有足足够够的的强强度度。大大型型模模具具选选用用淬淬透透性性差差的的钢钢材材时时，表表面面淬淬硬硬层层与与心
43、心部部不不能能获获得得马马氏氏体体淬淬火火组组织织，在在回回火火时时就就不不能能得得到到高高的的强强度度和和韧韧性性。形形状状简简单单的的小小模模具具也也常常用用淬淬透透性性较较高高的的结结构构钢钢制制造造，这这是是为为了了淬淬火火后后能能获获得得 较较为为均均匀匀的的应应力力状状态态。对对于于形形状状复复杂杂、要要求求精精度度高高又又容容易易产产生生热热处处理理变变形形的的模模具具，为为了了减减少少其其热热处处理理变变形形，往往往往采采用用冷冷却却能能力力弱弱的的淬淬火火介介质质（如如油油冷冷、空空冷冷、加加压压淬淬火火或或盐盐浴浴淬淬火火），这这就就需需要要采采用用淬淬透透性性较较好好的的
44、模模具具材材料料，以以得得到到满意的淬火硬度和淬硬层深度。满意的淬火硬度和淬硬层深度。3.3.氧化、脱碳敏感性氧化、脱碳敏感性 模模具具在在加加热热过过程程中中，如如果果产产生生氧氧化化、脱脱碳碳现现象象，就就会会改改变变模模具具的的形形状状和和性性能能，影影响响模模具具的的硬硬度度、耐耐磨磨性性和和使使用用寿寿命命，导导致致模模具具的的早早期期失失效效。有有些些钼钼含含量量高高的的模模具具钢钢具具有有极极优优良良的的高高温温性性能能，但但是是在在高高温温下下极极易易氧氧化化、脱脱碳碳，限限制制了了其其应应用用范范围围，采采用用特特种种热热处处理理工工艺艺（如如真真空空热热处处理理、可可控控气
45、气氛氛热热处处理理、盐盐浴浴热热处处理理等等）以以后后，能能够够避避免免氧氧化化、脱脱碳碳，使使钼钼基基合金得到了广泛应用。合金得到了广泛应用。二、模具材料的选用原则二、模具材料的选用原则 根根据据模模具具生生产产条条件件和和工工作作条条件件的的需需要要，结结合合模模具具材材料料的的基基本本性性能能和和相相关关因因素素，应应选选择择适适合合模模具具需需要要、经经济济合合理理、技技术术先先进进的的模模具具材材料料。对对于于一一种种模模具具，如如果果单单纯纯从从材材料料的的基基本本性性能能考考虑虑，可可能能几几种种模模具具材材料料都都能能符符合合要要求求，然然而而必必须须综综合合考考虑虑模模具具的
46、的使使用用寿寿命命、制制造造工工艺艺过过程程的的难难易易程程度度、模模具具制制造造的的费费用用以以及及分分摊摊到到每每个个工工件件上上的的模模具具费费用用等等多多种种因因素素，进进行行综综合合分分析析评评价价，才才能能得得出出符符合合实实际际的的正正 确结论。确结论。为为了了便便于于模模具具材材料料的的选选用用，通通常常根根据据工工作作条条件件将将模模具具分分为为冷冷作作模模具具、热热作作模模具具和和塑塑料料模模具具三三大大类类。随随着着模模具具工工作作条条件件的的日日益益苛苛刻刻，各各国国还还相相继继研研发发了了不不少少适适应应新新要要求求的的新新钢钢种种以以及及其其他他一一些些类类型型的的
47、模模具具，如如玻玻璃璃模模具具、陶陶瓷瓷模模具具以以及及复复合合材材料料模模具具等等。目目前前各各国国使使用用量量较较大大的的集集中中在在一一些些通通用用型型模模具具钢钢上上。现现将将通通用用模模具具钢钢钢钢种种以以及及一一些些新型模具材料的发展情况概述如下。新型模具材料的发展情况概述如下。(一）冷作模具材料一）冷作模具材料冷冷作作模模具具钢钢是是应应用用量量大大、使使用用面面广广、种种类类最最多多的的模模具具钢钢，主主要要用用于于制制造造冲冲压压、剪剪切切、辊辊压压、压压印印、冷冷镦镦和和冷冷挤挤压压等等用用途途的的模模具具，一一般般要要求求其其具具有有高高的的硬硬度度、强强度度和和耐耐磨磨
48、性性，一一定定的的韧韧性性和和热热硬硬性性，以以及及良良好好的的工工艺艺性性能能。近近年年来来碳碳素素工工具具钢钢使使用用得得愈愈来来愈愈少少，高高合合金金钢钢模模具具所所占占的的比比例例仍仍为为最最高高。表表2-42-4列列出出了了一一些些国国家家具具有有代代表表性性的的通通用用冷冷作作模模具具钢钢牌牌号号。冷冷作作模模具具钢钢以以高高碳碳合合金金钢钢为为主主，均均属属热热处处理理强强化化型型钢钢，使使用用硬硬度度高高于于58HRC58HRC。以以O1O1钢钢为为典典型型代代表表的的低低合合金金冷冷作作模模具具钢钢，一一般般仅仅用用于于小小批批量量生生产产中中的的简简易易型型模模具具和和承承
49、受受冲冲击击力力较较小小的的试试制制模模具具。Crl2Crl2型型高高碳碳合合金金钢钢仍仍是是大大多多数数模模具具的的通通用用材材料料，典典型型代代表表钢钢种种是是D2D2钢钢，这这类类钢钢的的强强度度 和和耐耐磨磨性性较较高高，韧韧性性较较低低。在在对对模模具具综综合合力力学学性性能能要要求求更更高的场合，常用的替代钢种是高的场合，常用的替代钢种是M2M2高速钢。高速钢。1.1.常常用用冷冷作作模模具具钢钢 冷冷作作模模具具钢钢种种类类较较多多，一一般常用冷作模具钢材有以下几种：般常用冷作模具钢材有以下几种：(1)(1)碳碳素素工工具具钢钢T8AT8A、T10AT10A：这这是是冲冲模模中中
50、应应用用最最广广、价价格格最最便便宜宜的的材材料料。适适宜宜形形状状简简单单的的冲冲模模，其其优优点点是是加加工工性性能能好好，有有一一定定的的硬硬度度；缺缺点点是是淬淬火火变变形形大大，耐耐磨磨性性能能较较差差；热热处处理理后后的的硬硬度度为为585862HRC62HRC。(2)(2)低低合合金金钢钢CrWMnCrWMn、9CrSi9CrSi钢钢：淬淬透透性性能能好好，淬淬火火变变形形小小、耐耐磨磨性性较较好好、机机械械加加工工容容易易，常常用用来来制制造造形形状状复复杂杂、要要求求变变形形较较小小的的中中小小型型冷冷作作模模具具，表表面面可可进进行行渗渗硼硼等等化化学学热热处处理理，对对于