常用模具材料的分类、选择和使用方法课件

常用模具材料的分类、选择和使用方法课件,1,常用模具材料的分类,选择和使用方法,1.1,模具材料的分类,1.2,模具材料的性能,、,选用和发展,1 常用模具材料的分类,选择和使用方法,1.,金属组织,1.,金属组织,1.1,金属,具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。,1.2,合金,由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。,相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。,1.3,固溶体,是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。,1.4,固溶强化,由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。,1.5,化合物,合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构,。,1.6,机械混合物,由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。,1.金属组织 1.金属组织,2.,金属硬度,2,金属硬度,2.1,硬度,金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。,布氏硬度,HB,：布氏硬度是用载荷为,P,的力把直接,D,的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径,d,，据此计算出的压痕面积,AB,，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作,HB,。布氏硬度的使用上限是,HB450,，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。,2.1.1,洛氏硬度,HRA,、,HRC,洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。洛氏硬度,(HR),也是用压痕的方式试验硬度。它是用测量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质压头为顶角为,120,的金刚石圆锥体，使用于,2.金属硬度2金属硬度,2.,金属硬度,淬火钢等硬的材料。,HRA,硬度有效范围是,70,，适用于硬质合金、表面淬火层及渗碳层,;HRC,硬度有效范围是,20-68(,相当于,HB230-700,HB450-700,超出了布氏硬度的使用上限,),，适用于淬火钢及调质钢。,2.1.2,洛氏硬度,HRB,洛氏硬度,HRB,的测量采用直径,1.588mm(1/16),的钢球，适用于退火钢、有色金属等，硬度有效范围是,25-100,（相当于,HB60-230),。,2.1.3,维氏硬度,HV,维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压头是锥面夹角为,136,的金刚石四方锥体。试验时，在载荷,P,的作用下，在试样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度,d,，借以计算压痕面积,AV,，以,P/AV,的数值表示试样的硬度，以,HV,表示。维氏硬度的优缺点：维氏硬度有一个连续一致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及科研方面。,2.金属硬度淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是70，适,3.,金属材料机械性能,3,金属材料机械性能（或称为力学性能）,金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、弹性、刚度、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨论各种机械性能。,3.1,强度,强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指针。,3.2,塑性,塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。,3.3,疲劳,前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指针。实际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲劳。,3.金属材料机械性能3金属材料机械性能（或称为力学性能）,3.,金属材料机械性能,冲击韧性,以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破坏的能力叫做冲击韧性。,3.4,弹性,金属材料在外力作用下产生不永久变形的能力称为弹性。,3.5,刚度,刚度是指金属材料抵抗弹性变形的能力。在工程应用中绝大多数零件都在弹性状态下工作，工作过程中不允许有过多的弹性变形。因此，对材料的刚度都有一定的要求。,3.金属材料机械性能,4.,钢的分类,钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于,2.11%,。钢是经济建设中极为重要的金属材料。,按化学成分，分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。,由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类：,4.1,按用途分类,按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。,4.1.1,结构钢,用作各种机器零件的钢，包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。,用作工程结构的钢，包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。,4.钢的分类,4.,钢的分类,4.1.2,工具钢,用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。,4.1.3,特殊性能钢,是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。,4.2,按化学成分分类,按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。,4.2.1,碳素钢,按含碳量又可分为低碳钢（含碳量,0.25%,）；中碳钢（,0.25%,含碳量,0.6%,）；高碳钢（含碳量,0.6%,）。,合金钢,按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量,5%,）；中合金钢（合金元素总含量,5%-10%,）；高合金钢（合金元素总含量,10%,）。此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。,4.3,按质量分类,按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量,0.045%,、含硫量,0.055%,；或磷、硫含量均,0.050%,）；优质钢（磷、硫含量均,0.040%,）；高级优质钢（含磷,0.035%,、含硫量,0.030%,）。,4.4,按冶炼炉的种类,将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气吹转炉钢）与电炉钢。,4.5,按冶炼时脱氧程度,将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。,钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。,4.钢的分类4.1.2工具钢,模具在现代工业中的作用,随着现代工业技术的发展，为提高产品质量，降低生产成本，提高生产效率和零件材料的利用率，国内外的生产厂家都在采用各种先进的无切削或少切削加工工艺，如,精密冲裁、精密锻造、压力铸造、冷挤压,等成形技术来代替传统的切削加工工艺。而,模具成形技术是首选的工艺手段之一,，在飞机、汽车、机电产品、家用电器、塑料制品、等行业应用广泛,。,模具材料性能的好坏和使用寿命的长短，直接影响加工产品的质量和生产的效益。而模,具材料的种类、热处理工艺、表面处理技术,是影响模具使用寿命的极其重要的因素。因此世界各国均致力于,开发新型模具材料、改进模具的热处理工艺、选用适当的表面处理技术、合理设计模具结构、加强对模具的维护,等措施来提高模具的寿命。,模具在现代工业中的作用 随着现代工业技术的发展，为提高产,模具在现代工业中的作用,建国以来，我国在模具材料方面有了很大的发展，初步建立起了具有我国特色的模具材料体系、包括,冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢,等系列材料，并在模具制造业广泛使用。同时，针对不同的工作条件与环境因素，开发了多种先进的模具材料。,模具在现代工业中的作用建国以来，我国在模具材料方面有了很大的,1.1,模具材料的分类,根据服役条件，模具材料分为,冷作模具材料,热作模具材料,塑料模具材料,其他模具材料,1.1模具材料的分类根据服役条件，模具材料分为,1.1,模具材料的分类,一、冷作模具材料,冷作模具材料应用量大使用面广，其主要性能要求有,强度、硬度、韧性和耐磨性,。近年来碳素工具钢的使用愈来愈少，而高合合钢模具所占的比例为最高。,国外通用型冷作模具钢的代表钢种有低合金模具钢,O,1,（,9CrWMn),、中合金模具钢,A,2,（,Cr5Mo1V),和高碳高铬模具钢,D,3,（,Cr12),、,D,2,(Cr12Mo1V1),等,1.1模具材料的分类一、冷作模具材料,1.1,模具材料的分类,钢种,牌号举例,碳素工具钢,T7,、,T8,、,T10,油淬冷作模具钢,CrWMn,9Mn2V,9SiCr,Cr2,空淬冷作模具钢,Cr5Mo1V,、,Cr6WV,、,8Cr2MnWMoVS,、,Cr4W2MoV,高碳高铬冷作模具钢,Cr12MoV,、,Cr12,、,Cr12MoV1,基体钢和低碳高速钢,6W6Mo5Cr4V,6Cr4W3Mo2VNb,、,7W7Cr4MoV,硬质合金,YG6,、,YG8N,、,YG8C,、,YG15,、,YG25,钢结硬质合金,GT35,、,TLMW50,1.1模具材料的分类钢种牌号举例碳素工具钢T7、T8、T10,1.1,模具材料的分类,冷作模具钢以高碳合金钢为主，均属热处理强化型钢，使用硬度高于,58HRC,。,9CrWMn,为典型代表的低合金冷作模具钢，仅用于小批量生产中的简易型模具和承受冲击力较小的试制模具；,Crl2,型高碳合金钢是大多数模具的选用材料，这类钢的强度和耐磨性较高，韧性较低；,在对模具综合力学性能要求更高的场合，常用的替代钢种是,W6Mo5Cr4V2,高速钢和基体钢。,1.1模具材料的分类冷作模具钢以高碳合金钢为主，均属热处理强,1.1,模具材料的分类,二、热作模具材料,由于温度和冷却条件,(,有无冷却、如何冷却,),这两个因素，热作模具的工作条件远比冷作模具复杂，因而热作模具用材的系列化，除少数外不如冷作模具用材系列完整。,热作模具用材的选择，在力学性能方面要兼顾热强,性,(,热耐磨性,),和抗裂纹性能。,但由于加工对象,(,热金属,),本身强度不高，故对热作模具材料的屈服强度要求并不高，而加工过程中采用的冲击加工方式及不可避免的局部急热急冷特性，对,韧性,提出了较高要求。,1.1模具材料的分类二、热作模具材料,1.1,模具材料的分类,1.1模具材料的分类,1.1,模具材料的分类,三、塑料模具材料,由于塑料模具的工作条件,(,加工对象,),、制造方法、精度及对耐久性要求的多样性，所以塑料模具用钢的成分范围很大，各种优质