模具材料第2章课件.pptx

1、模具材料模具材料湖南工程学院湖南工程学院：高为国高为国Mold Materials第二章第二章 模具材料概述模具材料概述模具是一种高效、精密的工艺装备，在各种金属、塑料、模具是一种高效、精密的工艺装备，在各种金属、塑料、橡胶、陶瓷、玻璃制品等生产中应用广泛。而模具的使用寿命橡胶、陶瓷、玻璃制品等生产中应用广泛。而模具的使用寿命及使用效果在很大程度上取决于模具的设计、制造、调试及维及使用效果在很大程度上取决于模具的设计、制造、调试及维护的水平高低，尤其是与模具材料的选用和热处理质量的好坏护的水平高低，尤其是与模具材料的选用和热处理质量的好坏息息相关。息息相关。根据服役条件不同可将模具材料分为冷作

2、模具材料、热作根据服役条件不同可将模具材料分为冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料和其他模具材料等几大类，每大类又模具材料、塑料模具材料和其他模具材料等几大类，每大类又分为若干小的类别。分为若干小的类别。第一节模具材料的分类第一节模具材料的分类一、冷作模具材料一、冷作模具材料冷作模具钢以高碳合金钢为主，均属热处理强化型钢，冷作模具钢以高碳合金钢为主，均属热处理强化型钢，使用硬度高于使用硬度高于58HRC。二、热作模具材料二、热作模具材料热作模具用材的选择热作模具用材的选择,在力学性能方面要兼顾热强性在力学性能方面要兼顾热强性(热热耐磨性耐磨性)和抗裂纹性能。和抗裂纹性能。三、塑料模具材料三

3、、塑料模具材料由于塑料模具的工作条件、制造方法、精度及对耐久性由于塑料模具的工作条件、制造方法、精度及对耐久性要求的多样性，所以形成了范围很广的塑料模具用材系列。要求的多样性，所以形成了范围很广的塑料模具用材系列。四、其他模具材料四、其他模具材料主要有铸造模具钢、非铁合金材料、玻璃模具材料等。主要有铸造模具钢、非铁合金材料、玻璃模具材料等。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、选用与发展模具的工作条件不同，对其材料的性能要求也不同，如冷模具的工作条件不同，对其材料的性能要求也不同，如冷冲压模具要求其材料具有高的强度、良好的塑性和韧性、高的冲压模具要求其材料具有高的强度、良好的

4、塑性和韧性、高的硬度及耐磨性；冷挤压模具要求其材料具有高强度、高韧性、硬度及耐磨性；冷挤压模具要求其材料具有高强度、高韧性、高淬透性以及良好的耐磨性、热稳定性和可加工性；热作模具高淬透性以及良好的耐磨性、热稳定性和可加工性；热作模具钢要求在其工作温度下保持高的强度和韧性，良好的耐蚀性、钢要求在其工作温度下保持高的强度和韧性，良好的耐蚀性、热稳定性和优良的热疲劳抗力。热稳定性和优良的热疲劳抗力。一、模具材料的性能一、模具材料的性能1.模具材料的力学性能模具材料的力学性能主要包括耐磨性、强度、硬度、塑性、韧性、热硬性、主要包括耐磨性、强度、硬度、塑性、韧性、热硬性、抗疲劳性、耐热性等指标。抗疲劳性

5、、耐热性等指标。2.模具材料的工艺性能模具材料的工艺性能模具材料的工艺性能主要考虑可加工性、淬透性、淬硬性、模具材料的工艺性能主要考虑可加工性、淬透性、淬硬性、氧化与脱碳敏感性、淬火变形与开裂倾向性等。氧化与脱碳敏感性、淬火变形与开裂倾向性等。二、模具材料的选用二、模具材料的选用根据模具生产条件和工作条件的需要，结合模具材料的基根据模具生产条件和工作条件的需要，结合模具材料的基本性能和相关因素，应选择适合模具需要、经济合理、技术先本性能和相关因素，应选择适合模具需要、经济合理、技术先进的模具材料。进的模具材料。为了便于模具材料的选用，通常根据工作条件将模具分为为了便于模具材料的选用，通常根据工

6、作条件将模具分为冷作模具、热作模具和塑料模具三大类。冷作模具、热作模具和塑料模具三大类。低合金钢低合金钢CrWMn、9SiCr：淬透性能好，淬火变形小，耐淬透性能好，淬火变形小，耐磨性较好，机械加工容易，用来制造形状复杂、要求变形较小磨性较好，机械加工容易，用来制造形状复杂、要求变形较小的中小型冷作模具，热处理后的硬度为的中小型冷作模具，热处理后的硬度为58 62HRC。高碳高铬模具钢高碳高铬模具钢Cr12、Cr12MoV：这类模具钢具有高强这类模具钢具有高强度、耐磨、易淬透、稳定性高、抗压强度高及微变形等优点，度、耐磨、易淬透、稳定性高、抗压强度高及微变形等优点，常用于冲击力大、使用寿命高、

7、形状复杂的冷作模具，热处理常用于冲击力大、使用寿命高、形状复杂的冷作模具，热处理后的硬度为后的硬度为60 64HRC。1.冷作模具材料冷作模具材料碳素工具钢碳素工具钢T8A、T10A：适宜形状简单的冲模，其优点是适宜形状简单的冲模，其优点是可加工性好，有一定的硬度；缺点是淬火变形大可加工性好，有一定的硬度；缺点是淬火变形大,耐磨性能较耐磨性能较差；热处理后的硬度为差；热处理后的硬度为5862HRC。高碳中铬模具钢高碳中铬模具钢Cr6WV、Cr4W2MoV：这类钢铬含量较这类钢铬含量较小，耐磨性、淬透性能稍差，但由于加入了小，耐磨性、淬透性能稍差，但由于加入了W、Mo、V 等合金等合金元素，提高

8、了钢的稳定性、力学性能和耐磨性，适用于弯曲模，元素，提高了钢的稳定性、力学性能和耐磨性，适用于弯曲模，热处理后的硬度为热处理后的硬度为5060HRC。基体钢：基体钢：是指在高速钢淬火组织基体的化学成分是指在高速钢淬火组织基体的化学成分基础上，基础上，添加少量的其他元素，适当增减碳含量，使钢的成分与高速钢添加少量的其他元素，适当增减碳含量，使钢的成分与高速钢基体成分相同或相近的一类模具钢。与高速钢相比，其韧性和基体成分相同或相近的一类模具钢。与高速钢相比，其韧性和疲劳强度得到了大幅度的改善，但又保持了高速钢的高强度、疲劳强度得到了大幅度的改善，但又保持了高速钢的高强度、高硬度、热硬性和良好的耐磨

9、性。高硬度、热硬性和良好的耐磨性。硬质合金：硬质合金：是一种多相结合材料，其耐磨性、硬度、机械是一种多相结合材料，其耐磨性、硬度、机械强度都较高，可用于大批量、寿命高的小型冷作模具。其缺点强度都较高，可用于大批量、寿命高的小型冷作模具。其缺点是不能进行切削加工，价格较贵。是不能进行切削加工，价格较贵。2.2.热作模具材料热作模具材料5Cr 型热作模具钢：型热作模具钢：典型钢种是典型钢种是H18 钢和钢和H11 钢，这类钢的钢，这类钢的综合性能较好，尤其是抗冷热疲劳性强，对于要求高韧性、低综合性能较好，尤其是抗冷热疲劳性强，对于要求高韧性、低耐热性的锤锻模用钢耐热性的锤锻模用钢,国外仍以国外仍以

10、5CrNiMo 钢为主。钢为主。3Cr-3Mo 型热作模具钢：型热作模具钢：其基本钢种是美国的其基本钢种是美国的H10 钢，这钢，这类钢韧性较高，热强性优于类钢韧性较高，热强性优于H13 钢，可用于热锻模和温锻模。钢，可用于热锻模和温锻模。超级热作模具材料：超级热作模具材料：热作模具材料以要求热强性为主时，热作模具材料以要求热强性为主时，可以选用铁基（可以选用铁基（Cr18、Ni26、Ti12）、镍基（）、镍基（Cr18、Fe18、Nb5、Mo3）以及钴基材料。热作模具要求耐磨性为主时，可以选用）以及钴基材料。热作模具要求耐磨性为主时，可以选用高铬莱氏体钢、高速钢、高钒粉末钢、钢结硬质合金以及

11、工程高铬莱氏体钢、高速钢、高钒粉末钢、钢结硬质合金以及工程陶瓷。陶瓷。3.塑料模具材料塑料模具材料预硬化型塑料模具钢：预硬化型塑料模具钢：典型的代表钢种是美国的典型的代表钢种是美国的P20 钢。钢。这类钢是在中、低碳钢中加入一些合金元素所形成的低合金钢，这类钢是在中、低碳钢中加入一些合金元素所形成的低合金钢，淬透性较高且保持良好的可加工性，调质后加工使用淬透性较高且保持良好的可加工性，调质后加工使用,硬度通硬度通常在常在2535HRC。时效硬化型塑料模具钢：时效硬化型塑料模具钢：如美国的如美国的P21、日本的、日本的NAK55 是是在中、低碳钢中加入在中、低碳钢中加入Ni、Cr、Al、Cu、T

12、i 等合金元素。先对等合金元素。先对毛坯进行淬火、回火处理，使其硬度小于毛坯进行淬火、回火处理，使其硬度小于30HRC，然后加工成，然后加工成模具，再进行时效处理，由于金属间化合物的析出使模具的硬模具，再进行时效处理，由于金属间化合物的析出使模具的硬度上升到度上升到40 50HRC。热处理硬化型塑料模具钢：热处理硬化型塑料模具钢：如美国的如美国的D2，日本的，日本的PD613、PD555 等可分为高碳高铬型（冷作模具钢）的高耐磨塑料模具等可分为高碳高铬型（冷作模具钢）的高耐磨塑料模具钢和低碳高铬型的高耐蚀性塑料模具钢两种。采用这类钢制造钢和低碳高铬型的高耐蚀性塑料模具钢两种。采用这类钢制造的模

13、具，需在精加工后进行淬火、回火处理，使用硬度为的模具，需在精加工后进行淬火、回火处理，使用硬度为5060HRC，模具表面能达到很高的镜面度，并可进行表面强化处，模具表面能达到很高的镜面度，并可进行表面强化处理。理。粉末模具钢：粉末模具钢：对于要求高耐磨性、高耐蚀性、高韧性和超对于要求高耐磨性、高耐蚀性、高韧性和超高镜面度的高级塑料模具，可采用马氏体时效钢或粉末冶金模高镜面度的高级塑料模具，可采用马氏体时效钢或粉末冶金模具钢。用粉末冶金方法生产的模具钢，与高碳高铬型模具钢有具钢。用粉末冶金方法生产的模具钢，与高碳高铬型模具钢有相同的化学成分，而显微组织中的碳化物均匀微细，可使模具相同的化学成分，

14、而显微组织中的碳化物均匀微细，可使模具达到极高的镜面度。达到极高的镜面度。钢结硬质合金：钢结硬质合金：硬度高、耐磨性好。其硬质相不断向多样硬度高、耐磨性好。其硬质相不断向多样化方向发展，如化方向发展，如TiCN、TiB等多种硬质相；黏结相钢种不断向普等多种硬质相；黏结相钢种不断向普通硬质合金靠近，硬质相的质量分数最高可达通硬质合金靠近，硬质相的质量分数最高可达94%，另一方面，另一方面向粉末冶金高速钢靠近，钢基体的质量分数最高可达向粉末冶金高速钢靠近，钢基体的质量分数最高可达90%。钛铜合金塑料模具材料：钛铜合金塑料模具材料：是在铜中加入是在铜中加入6.5%（质量分数）（质量分数）以下的钛以下

15、的钛,然后在一定条件下析出硬化相的新型高强度、高硬然后在一定条件下析出硬化相的新型高强度、高硬度合金，该合金耐磨损、耐腐蚀、耐疲劳。度合金，该合金耐磨损、耐腐蚀、耐疲劳。新型易切削贝氏体塑料模具钢（新型易切削贝氏体塑料模具钢（Y82）：）：新型易切削贝氏新型易切削贝氏体塑料模具钢体塑料模具钢Y82 是由清华大学研制而成的，采用中碳和少量是由清华大学研制而成的，采用中碳和少量普通元素普通元素N、B 合金化，添加合金化，添加S、Ca 改善可加工性，是一种很有改善可加工性，是一种很有前途的新钢种。前途的新钢种。三、模具材料的发展三、模具材料的发展目标：发展模具材料冶炼技术，保证模具材料性能；完善目标：发展模具材料冶炼技术，保证模具材料性能；完善模具材料系列，合理使用材料；发展热处理技术，延长模具的模具材料系列，合理使用材料；发展热处理技术，延长模具的使用寿命；改善冷热加工工艺，提高模具寿命。使用寿命；改善冷热加工工艺，提高模具寿命。1.模具钢的冶炼技术模具钢的冶炼技术2.模具材料的开发与应用模具材料的开发与应用3.模具材料的热处理模具材料的热处理4.模具材料的冷热加工工艺模具材料的冷热加工工艺