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1、模具材料及表面处理模具材料及表面处理第一章第一章 模具材料概论模具材料概论第一章模具材料概论第一节模具及模具材料的分类一、模具的分类(1)冷作模具根据工艺特点，可将冷作模具分为冷冲裁模具和冷变形模具两类。(2)热作模具热作模具可分为热冲切模具、热变形模具和压铸模具三类。(3)型腔模具根据成型材料的不同，可将型腔模具分为塑料模具、橡皮模、陶瓷模具、玻璃模具、粉末冶金模具等。二、模具材料的分类(1)钢铁材料用于制造模具的钢铁材料主要是模具钢。第一章模具材料概论(2)非铁金属材料用于制造模具的非铁金属材料主要有铜基合金、低熔点合金、高熔点合金、难熔合金、硬质合金、钢结硬质合金等。(3)非金属材料用于
2、制造模具的非金属材料主要有陶瓷、橡胶、塑料等。第二节模具的失效形式及影响因素一、模具的失效形式(1)断裂失效根据模具断裂前变形量的大小和断口形状的不同，断裂可分为脆性断裂和韧性断裂两种。(2)磨损失效模具在工作过程中的相对运动不可避免地会引起磨损，因此，耐磨性是模具钢的基本性能之一。第一章模具材料概论(3)疲劳失效冷作模具承受的载荷都是在一定的能量下，周期性施加的多次冲击载荷，因此，容易出现应力疲劳失效。(4)变形失效在冷镦、冷挤和冷冲过程中，由于冲头的抗压或抗弯强度不足而出现镦粗、下陷、弯曲等变形失效。(5)腐蚀失效腐蚀失效主要发生在热作模具和塑料模具中，在金属压铸模中比较容易出现冲蚀。二、
3、影响模具失效的因素(1)模具结构模具结构包括模具的几何形状、模具间隙、冲头的长径比、端面倾斜角、过渡角大小、模具中开设的冷却水路、装配结构等。第一章模具材料概论图1-1反挤压模结构第一章模具材料概论图1-2塔形热挤压凹模的早期断裂(2)模具材料模具材料必须满足模具对塑性、韧性、强度、硬度、耐疲劳等性能的要求，如不能满足，则模具会发生早期失效。第一章模具材料概论(3)热处理及加工制造工艺热处理不当或工艺不合理，可能导致模具产生热处理缺陷或性能降低，从而引起模具早期失效。第三节模具材料与使用寿命一、模具材料与模具使用寿命二、锻造与模具使用寿命三、热处理及模具使用寿命第四节模具材料的选用原则一、模具
4、材料的使用性能(1)硬度和热硬性硬度是模具材料的主要性能指标，模具在应力的作用下，应能保持其形状和尺寸不变。第一章模具材料概论(2)耐磨性决定模具使用寿命的重要因素往往是模具材料的耐磨性，模具在服役中承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在强烈摩擦下仍保持其精度不变。(3)强度和韧性模具在服役中承受拉压、冲击、振动、扭转和弯曲等应力，重负荷的模具往往由于强度不够、韧性不足，造成模具局部塌陷、崩刃和断裂而发生早期失效。(4)耐疲劳性模具工作时承受着机械冲击和热冲击的交变应力，热作模具在服役过程中，热交变应力更明显地导致模具热裂。二、模具材料的工艺性能(1)可加工性钢材的可加工性主要包括切削、磨
5、削、抛光、冷拔等加工性和可锻性等。第一章模具材料概论(2)淬硬性和淬透性淬硬性主要取决于钢的碳含量，淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火前钢的原始组织。(3)淬火温度和热处理变形为了便于生产，要求模具钢的淬火温度范围尽可能宽些，特别是当模具采用火焰加热局部淬火时，要求模具钢有更宽的淬火温度范围。(4)脱碳敏感性模具钢在锻造、退火或淬火时，若在无保护气氛下加热，其表面层会产生脱碳等缺陷，而使模具的使用寿命下降。第五节模具材料的生产现状和发展趋势一、模具钢种的发展1)钢种系列有待进一步完善，如用量很大的塑料模具钢，在GB/T 12992000中只纳入了3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo两个钢号，这显
6、然不能满足各种不同塑料模具的要求。第一章模具材料概论2)钢种产品结构和选用很不合理，如塑料模具产量很大，但目前很大数量的塑料模具是采用45钢制造的，模具的使用寿命很低，生产的塑料制品质量不高。1.塑料模具用钢2.冷作模具钢(1)低合金冷作模具钢以CrWMn和9Mn2V为代表，耐磨性和热硬性较差，而韧度较高，一般可采用油淬火，成本较低，广泛用于生产批量不大的冷作模具。(2)中合金冷作模具钢以Cr5Mo1V为代表，具有中等的耐磨性和热硬性，韧度也较高，淬透性好，可以空淬，综合性能好，广泛用于生产中等批量产品的冷作模具。第一章模具材料概论(3)高碳高铬型冷作模具钢以Cr12Mo1V1和Cr12钢为代
7、表，耐磨性和热硬性较高，由于含有大量的共晶碳化物，所以韧性较差，广泛用于生产批量较大，要求耐磨性很高但冲击载荷较轻的冷作模具。3.热作模具钢(1)低合金热作模具钢代表性钢号为5CrMnMo和5CrNiMo等，这类钢有较好的淬透性和冲击韧度，但热硬性不够，一般用于服役温度不高而冲击载荷较大的模具，如锤锻模。(2)中合金热作模具钢这类钢为铬系热作模具钢，代表性钢号有H13(4Cr5MoSiV1)、H11(4Cr5MoSiV)、H12(4Cr5MoWSiV)、H10(4Cr3Mo3SiV)等。(3)高合金热作模具钢应用最广的是传统的钨系热作模具钢，如3Cr2W8V等。第一章模具材料概论二、模具钢品种规格的发展三、模具钢内在质量的提高(1)提高模具钢的纯净度降低钢中有害杂质和气体的含量，提高钢的纯净度，是当前各模具钢生产厂的主要努力方向之一。(2)提高钢的等向性模具大部分是多向受力的，因此，提高模具钢的等向性，改善钢的横向韧性和塑性，使其与纵向性能接近，就可以大幅度提高模具的使用寿命。第一章模具材料概论1.模具及模具材料一般可分为哪几类？2.说明模具材料对模具使用性能和使用寿命的影响。3.选用模具材料时主要考虑哪些因素？4.硬度是如何影响模具材料耐磨性的？5.模具失效主要有哪些形式？6.影响模具使用寿命的因素主要有哪些？7.简述我国模具材料的发展概况。思考与练习思考与练习