常用模具材料及热处理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 常用模具材料及热处理,1 常用模具材料,2 模具热处理,3 模具表面强化处理,1常用模具材料,模具材料主要是满足特定要求的钢材。也有一些其它类型的材料。,钢：炭钢（普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢）,合金钢（合金结构钢、合金工具钢、不锈钢）,牌号,普通碳素结构钢的牌号用其屈服强度表示，即“,Q”。,如,Q235（,相当于旧牌号,A3）。,优质碳素结构钢的牌号用其平均含碳量的万分率表示，如20钢、45钢、40钢等。,碳素工具钢的牌号用其平均含碳量的千分率表示，如,T8、T10(A)。,合金钢的编号原则,“数字+合金元素符号+数字”。最前面的数字表示平均含碳量：结构钢用万分率，两位数字；工具钢用千分率，一位数字。含碳量很高时不表示。合金元素符号后的数字表示平均百分含量，小于1.5时可不标出。,合金元素含量1.5-2.5标为“2”，2.5-3.5标“3”，以此类推。,一.,常用模具材料,可用于制造模具的材料种类繁多，包括各种碳素工具钢、合金钢、硬质合金、铸铁、有色金属及合金、非金属材料等。,.碳素合金工具钢,含碳量：0.7-1.4,主要牌号：,T7(A)、T8(A)、T10(A)、T12(A)。,特点：价格便宜、切削性能好。淬火后有较高硬度和耐磨性，淬透性低，淬火时必须急冷，变形开裂倾向大、回火稳定性差，红硬性低（,250,C,）,适用范围：尺寸小、形状简单、负荷小、冷作模具。,合金工具钢,低合金工具钢：,CrWMn、9Mn2V、5CrNiMo、9SiCr、GCr15、5CrMnMO,含合金量：总量为1-3,特点：淬透性和淬硬性均较好。耐磨性，红硬性较高。回火稳定性好，热处理变形小。,CrWMn,钢：（各种中小型冷作模具）,钨形成的碳化物硬度很高，钨能细化晶粒，提高韧性。淬火后残留奥氏体较多，故变形小。,9,Mn2V,钢：（冲裁模、弯曲模）,钒（,V）,的加入能显著细化晶粒和提高韧性。锰的含量一般控制在,2。,9,SiCr,钢：（搓丝板、滚丝模）,250,C,回火时有回火脆性。较高的淬硬性和较好的回火稳定性。淬透性优于9,Mn2V。,GCr15,钢：,常用的轴承钢，具有较高的淬透性和耐磨性。,铬的加入有利于提高淬透性、细化碳化物并使其分布均匀。,5,CrMnMO,钢：（弯曲热态模、切边模）,5,CrNiMo,中碳低合金钢，典型热作模具钢。强度高，韧性好。,淬透性好，抗回火性好，导热性和耐热疲劳性好，耐磨性好。,高合金工具钢：,Cr12,型钢：,包括,Cr12,和,Cr12MoV,高碳高合金钢、工具钢、莱氏体钢,淬透性高、淬火硬度极高、热变形小。,Cr12,钢的含碳量较,Cr12MoV,高，碳化物多但分布不均匀性严重。,Cr12,钢的强度和韧性比,Cr12MoV,低。,D2,钢是近年用来替代,Cr12MoV,钢的新钢种。,D2,钢的碳化物数量增多颗粒较细。,C,Cr,W,V,3,Cr2W8V,0.3-,0.4,2.2-,2.7,7.5-9,0.2-,0.5,H13,0.38C,1.0Si,5.3,Cr,1.3,Mo,0.9,3,Cr2W8V,钢和,H13,钢（4,Cr5MoV1Si）、H11,钢（4,Cr5MoVSi）,钨系低碳高合金钢。,H13,钢除强度略低于3,Cr2W8V,钢外，其它力学性能均优于3,Cr2W8V,钢，是其替代钢种。较好的氮化性能。,较小的热膨胀系数，较好的耐磨性和红硬性，良好的导热性。热处理变形小、但高温韧性差。,3,Cr3MoW2V,钢：代号,HM1,适合于急冷急热条件下工作。,5,Cr4W5Mo2V,钢：代号,RM2,4Cr3Mo3W4VNb,钢：代号,GR,高温性能良好，热作模具钢。,8,Cr2MnWMoVS,钢：,适用于精密塑料模。空冷微变形，易切削。调质状态硬度,HRC40-50。,调质后切削即可直接适用，不存在热处理变形。,7,CrSiMnMoV,钢：,高强度和韧性好，焊接性能好。适合于制造结构形状复杂的模具零件。,高速钢,钨系高速钢（,W18Cr4V）,钼系高速钢（,W6Mo5Cr4V2,钢）,在高温（600,C）,下仍保持高强度、高硬度、高耐磨性和好的韧性。,钢中含碳量为0.7-0.9，合金元素含量超过15，属莱氏体钢。,高淬透性，空冷即可淬硬。,高速钢含有大量粗大碳化物，且分布不均匀，不能用热处理方法消除之。必须反复十字镦拔以打碎粗大碳化物，并使其分布均匀,。,需经多次回火，从而使大量残余奥氏体大部分转为马氏体，并使马氏体析出弥散碳化物。（300,C,左右为回火脆性区）,硬质合金和钢结硬质合金,硬质合金,以难熔的金属碳化物（,WC、TiC,等）作硬质相，以铁族金属（,Co,或,Ni）,为粘结相，用粉末冶金方法生产的一种多相组合材料。,钨钴（,YG）：,强度、韧性较高，多用于制造模具。,钨钴钛（,YT）：,较高的红硬性和抗氧性。,万能硬质合金（,YW）：,高强度、高硬度。,（成分、性能可见,P244,表4-2）,钢结硬质合金,以合金钢为基本，金属碳化物（,TiCiWC）,作硬质相，用粉末冶金方法生产的一种新型模具材料。它是在具有一定强度和硬度的合金钢基体上，弥散分布许多细小硬质颗粒。,特点：,.具有钢的可锻性、可机加工性、可热处理等性能，热处理变形极小。,.淬火后具有硬质合金的硬度和刚性。,两大类,:,.碳化钛（,TiC）,作硬质相；,.碳化钨（,WC）,作硬质相。,许多性能因基体（粘结剂）种类不同而不同可作硬质合金基体的有铬钼钢、不锈钢、高速钢等。,（性能和一般化学成分见,P245,表,A-3,和表,A-4）,二.模具钢材的选用,模具钢材的选用及其锻造或热处理是模具制造技术中的关键之一。对提高模具质量和延长模具寿命有很大的影响。,选用模具材料时，需要综合考虑模具的工作条件、性能要求、形状和尺寸、结构特点等。对模具材料的性能要求有时会遇到矛盾，则需适当取舍、协调平衡解决。,1.模具材料的一般要求,包括力学性能、高温性能、表面性能、工艺性能、经济性等。,力学性能：硬度、强度、韧性,高温性能：高温强度、抗氧化性、耐热疲劳性、回火稳定性、热膨胀系数小,表面性能：耐磨性、耐蚀性,工艺性能：切削加工性、电加工性、抛光性、可锻性、淬透性、热处理性能、可焊性,经济性：资源条件、市场供应情况、价格,各种模具工作条件不同，对材料性能要求也就各有差异。如：,冷冲压模：高强度、高硬度。,冷挤压模：高强度（抗压、断裂、疲劳强度）、高韧性、高硬度。,热锻模：高温强度、硬度、耐蚀性、高温回火稳定性、抗高温氧化性、耐热疲劳性、热膨胀系数小、导热性高。,塑料模：较高的强度和硬度、较高的耐蚀性、良好的电加工性、良好的抛光性、较高的导热性、可焊性、切削加工性。,橡胶模：耐蚀性、耐热性、可抛光性、一定强度和硬度。,陶瓷模：高硬度、耐热性、可抛光性、一定强度和韧性。,玻璃模：耐热性、耐蚀性、耐磨性、导热性、一定强度和韧性。,表,A-6,常用模具钢的性能特点及用途,钢材,性能特点,用途,10、20,易挤压成形，渗碳及淬火后耐磨性稍高、热处理变形大、淬透性低,工作载荷不大、形状简单 的冷挤模、陶瓷模,45,耐磨性差、韧性差、热处理过热倾向小、淬透性低、耐高温性能差,工作载荷不大，形状简单的型腔模、冲孔模、橡胶模及锌合金压铸模等,T10A、T12A,耐磨性差、热处理变形大，淬透性低,工作载荷不大、形状简单的冷冲模、成形模,T7A、T8A,耐磨性稍好、热处理变形大、淬透性低,工作载荷不大、形状简单的冷冲模、成形模,表,A-6,常用模具钢的性能特点及用途（续）,40,Cr,耐磨性差、韧性高、热处理变形稍小、淬透性稍高、耐高温性能差,用于锌合金压铸模,9,Mn,2,V、GCr,15,耐磨性较好、热处理变形小、淬透性稍高,工作载荷稍大、形状简单的冷冲模、胶木模,CrWMn,耐磨性好、热处理变形小淬透性较高,工作载荷较大、形状较复杂的冷场模、成形模,9,CrSi,耐磨性好、热处理变形小淬透性较高,用于冲头、滚丝模,60,Si,2,A,韧性好、热处理变形较小、淬透性高,用于标准件上的冷镦模,表,A-6,常用模具钢的性能特点及用途（续）,Cr12,耐磨性好、韧性差、热处理变形小、淬透性高、碳化物偏析严重,工作载荷大、形状复杂的高精度冷冲模,Cr,12,MoV,耐磨性好、热处理变形小、淬透性高、碳化物偏析比,Cr12,小,工作载荷大、形状复杂的高精度冷冲模、冷挤模以及冷镦模,5,CrMnMo、5CrNiMo,韧性较高、热处理变形较小、淬透性较好、回火稳定性较高,热态下工作的热锻模、热切边模,3,Cr2W8V,红硬性高、热处理变形小、淬透性好,热态下工作的热挤模、热冲模、压铸模,W18Cr4V、W6MoCr,4,V,红硬性高、热处理变形小、淬透性好,工作载荷大的冲头、冷挤模及热态下工作的热冲模,2.模具材料的一般选用原则,模具材料，主要是成型零件和工艺零件的选材，一般在某些方面的性能，要求较高甚至很高。这方面的选材对模具质量、寿命、加工制造及成本都有很大的影响。,一般原则：,满足使用性能要求。主要从工作条件、模具结构、产品形状和尺寸、生产批量等综合考虑。,形状复杂、精度高变形小、导热性好、膨胀系数小,大负荷高强度,摩擦、磨损高硬度,冲击负荷高韧性,表面光洁可抛光性,良好的制造工艺性能。容易制造、容易精修、便于修改。,一般都要求有良好的切削加工性、热处理特性。,尺寸性、形状复杂的较小的淬火变形倾向,含有细小结构的电加工性,精度高的热处理变形小、易磨削,制品生产工艺条件复杂的易磨削、可焊接。,经济性（制造成本）：,尽量考虑到价格便宜、资源丰富、供应方便。,4.塑料模的材料选用,在我国，塑料模具用钢至今还未形成专用钢材系列，通常采用一般工具钢。如,T10A、CrWMn、Cr,12,MoV,钢等。这些钢切削加工性较差，难以制造型腔复杂的塑料模具，而且一旦热处理变形超差则难以修复。,为了适应塑料模日益发展的需要。常参考国外塑料模具用钢并结合我国的具体条件进行选用。,塑料模的钢材选用原则是,足够的强度和硬度；,良好的切削加工性；,良好的抛光性；,良好的电加工性；,良好的耐腐蚀性；,良好的淬透性；,良好的照相腐蚀加工性；,良好的焊接性能；,热处理变形小、热膨胀系数小；,表面热处理性能好。,如：,形状简单选用45、40,Cr、T10A、,低熔点合金、锌基合金。,形状复杂选用9,Mn,2,V、GCr15、CrWMn、Cr12MoV、H11（H13）,锌基合金、铍铜合金等。,精度高、寿命长、表面粗糙度很低,可选用进口钢材：美,P6、P20、PPT；,日,HPM1、YAG；,瑞,S136(H),2 模具热处理,热处理的目的：有目的地改变钢材的内部组织结构，从而使机械性能、力学性能、加工性能等达到特定的要求。,热处理三阶段：,加热：以一定加热速度使工件达到特定温度；,保温：使工件内外温度均匀；,冷却：工件置于适当的冷却剂中，以一定冷却速度降到特定温度。,常用工艺方法：退火、正火、淬火、回火,退火：将工件加热到临界点以上某一温度然后保温一段时间，再随炉极缓慢冷却；,作用：可以得到稳定的结构，清除锻造应力和加工硬化，为最终热处理做好组织准备（组织均匀）。,退火完全退火（再结晶退火）、球化退火、扩散退火、消应力退火、低温退火,正火：,加热至,Ac,3,或,Ac,cm,以上30-50,C,然后在空气中冷却。,作用：可消除冷作、锻造或急冷时产生的内应力。对含,C,低于0.45的碳钢，可用正火代替退火。,退火、正火工序的温度区域：,淬火：,加热至淬火温度以上某一温度后保温一段时间，然后将工件置入冷却介质（水、油、盐液）中，以极快的速度进行冷却而获得马氏体组织。,冷却速度大于临界速度。,淬火易出现：,产生组织应力和热应力,淬裂或变形,体积增大且在各方向上不均匀,淬火作用：提高硬度、耐磨性、其它力学性能。,回火：,加热至,A,1,以下某一温度保温一段时间，然后进行冷却。,作用