大学精品课件：第二讲 模具材料及热处理.ppt

1、第二讲 模具材料及热处理,常用模具材料 模具材料的一般性能要求及选用原则 模具常用热处理 冷作模具钢及其热处理 塑料模具钢及其热处理 其他模具材料的热处理,常用模具材料,模具用途广泛，工作条件差别大，制造模具的材料范围很广。目前，冲压模、塑料模、压铸模、粉末冶金模的材料以钢为主，有些模具还可采用低熔点合金和非金属材料等。 模具用钢主要性能要求： 硬度和耐磨性（最重要的模具失效形式，决定模具寿命） 可加工性能（模具零件形状复杂，要求热处理变形小） 强度和韧性（足够的强度承受高压，冲击载荷等要求高韧性） 淬透性、抛光性、耐腐蚀性（塑料及添加剂的腐蚀作用）。,模具材料的性能对模具寿命有决定性的影响，

2、根据模具的结构和使用情况，合理选用制模材料是模具工程师的重要任务之一。 模具热处理及表面强化是模具制造中的关键工艺，是保证模具质量和使用寿命的重要环节，实际使用证明，在模具失效中由于热处理不当引起的占很大比例。,模具用钢按用途可分为三大类： 冷作模具钢：制作金属在冷态下变形的模具，包括：冷冲模、冷挤压模、冷镦模、粉末压制模。要求高硬度、高耐磨性及足够强度和韧性。 热作模具钢：制造经过加热的固态或液态金属在压力下成型的模具，包括：热锻模、压铸模。要求高温下足够的强度、韧性和耐磨性及高热疲劳抗力和导热性 塑料模具钢：制造各种塑料模具。塑料品种多，要求差别大，其模具材料范围广。主要要求工艺性能高（热

3、处理变形小、抛光性好、耐腐蚀） 选用一般原则：满足使用性能要求、良好的工艺性能、适当考虑经济性,模具材料的性能要求及选用原则,模具材料的一般性能要求包括：力学性能、高温性能、表面性能及经济性。模具的用途不同，在性能上侧重点也不同，如冷冲模对耐磨性和淬透性要求高，塑料模要求材料可加工性和抛光性好。,模具常用热处理工艺,模具材料热处理：在钢厂内完成，保证钢材质量，如基本力学性能，金相组织要符合国家标准或行业标准。特点是大型工业炉中大批量生产。 模具零件热处理：在模具制造厂完成，或专业热处理厂完成。特点是小批量或单件生产，工艺复杂多样，设备精良。 热处理工艺方法，分预备热处理和最终热处理。常用方法有

4、：正火、退火、淬火、调质、渗碳及氮化等，见表。,模具热处理包括模具材料热处理和模具零件热处理。,冷作模具钢及其热处理,冷作模具钢的主要性能要求：高变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、抗黏着性能 常用材料包括：碳素工具钢，T10A，T12A 低合金钢，9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCr15 高合金钢，Cr12、Cr12MoV 合金钢主要特点： 含C量高、含较多合金元素、合金元素降低钢的马氏体相变点Ms,冷作模具主要用于金属或非金属材料的冲裁、拉伸、弯曲等工序。工作零件承受拉压、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等多种机械力作用。 主要失效形式：断裂、堆塌、磨损、黏着（咬合）、啃伤、软化等 冷作模具钢

5、侧重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性为主。,冷作模具钢及其热处理,冷作模具钢热处理特点：加热方式(预热或阶梯式升温）、加热介质（采用控制气氛炉、真空炉）、冷却方式（较缓和的冷却方式以减少变形）、表面处理（深冷处理、渗氮）、工序间防护（及时清理） 碳素工具钢的热处理：用于要求不太高的小型简单冷作模具工作零件，（T8A,T10A)，T10A应用最普遍，强度和韧性较高。碳素工具钢淬透性差，常规淬火后淬硬层1.53.0mm。 低合金钢的热处理：俗称油淬钢，这类钢一般淬火温度较低，在油中冷却，变形小，尺寸稳定性好。 主要有：鉻钨锰钢(CrWMn，9CrWMn)，锰钒钢(9Mn2V

6、)，高碳鉻钢（Cr2），鉻硅钢(9SiCr),高合金钢的热处理：主要是高鉻高碳钢，淬透性极高，具有微变形性，也叫微变形钢，是高级冷作钢。 代表钢号Cr12，Cr12MoV，Cr12W，Cr5MoV等 火焰淬火冷作模具钢的热处理：为简化大型、特大型冷作模具的生产过程而专门研制的，其热处理特点是：淬火温度范围很宽（880-1150），适合手工操作；淬透性很高，空冷后表面硬度高，芯部性能也好；淬火变形倾向性小。 应用较普遍的是：7CrSiMnMoV,（日立金属HITACHI） SKD11 (56.00元/公斤 )是一种耐磨性能较佳的通用冷作模具钢.有着良好的淬火性,并且淬火变形量小。 用 途:此钢易

7、于车削,并宜制锋利刀口,剪刀,圆锯,冷或热作修整模,滚简边,螺丝纹,线模,铣刀,冲压模,圆形滚边,制电力变压器心冲模,切割钢皮轧刀,钢管成型滚简,首筋匠滚简,特殊成型滚简,精密规,形状繁杂之冷压工具,治金,锡作模,塑胶模,螺钉打头模等. 冷作模具钢与热作模具钢的区别：冷作模具钢侧重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性为主。 热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，导热性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、红硬性为主。,塑料模具钢及其热处理,塑料模具钢的主要特点： 范围广：从普通钢到专用钢。专用钢已自成体系，钢号前加SM 性能要求严格，热处理难度大，要求

8、可抛光性和镜面质量 避免变形 耐腐蚀 易切削性,塑料模具钢及其热处理,各种钢型的热处理 预硬化型塑料模具钢的热处理 易切削预硬化型塑料模具钢的热处理 非合金中碳塑料模具钢的热处理 渗C型塑料模具钢的热处理 耐腐蚀型塑料模具钢的热处理 时效硬化塑料模具钢的热处理,塑料模具钢及其热处理,预硬化钢泛指钢厂已进行最终热处理（淬火回火）的钢材。 典型预硬化塑料模具钢为：SM3Cr2Mo.其热处理工艺为：840-880淬火，油冷，600-650回火，空冷，供应硬度32HRC。 对应的美国钢材为P20，德国钢40CrMnMo7，日本HPM2。P20钢渗后热处理工艺为： 820-870淬火, 150-260回

9、火，空冷，渗层硬度达58-64HRC。德国钢40CrMnMo7淬透性比SM3Cr2Mo好，加工性、抛光性更好。,塑料模具钢及其热处理,易切削预硬化钢在保证原有性能前提下，添加一种或几种易切削合金元素。 典型材料有：8CrMnWMoVS(8CrS)，含S易切削钢，热处理硬度达4042HRC时，其切削加工性相当与退火态的T10A钢（200HBS），可抛光性和光刻浸蚀性好。典型热处理：80010 退火，保温2-4h，降温到700-720 ，保温4-6h，炉冷，硬度=58HRC。 高韧性易切削钢：5CrNiMnMoVSCa,塑料模具钢及其热处理,非合金中碳塑料模具钢是冶金质量（纯洁度）更高的中碳碳素结

10、构钢，含C量在0.4%0.6%。 典型材料有：SM45、SM50，同类日本钢号是S45CS58C。其热处理工艺与常规工艺无异，对于小型、精度要求不高的塑料模具零件，首选此钢种。 渗C型塑料模具钢：对受冲击大的塑料模具零件，要求表面硬心部韧，采用渗C钢。一般零件采用20Cr。对表面质量要求很高的零件采用专门钢种：12CrNi3A。,塑料模具钢及其热处理,耐腐蚀型塑料模具钢用于制造对金属有腐蚀作用的塑料制品模具 零件。 典型钢种有：Cr13、9Cr18等可强化马氏体不锈钢。其热处理与一般不锈钢制品热处理相同。 时效硬化型塑料模具钢：对于形状复杂、高精度、长寿命的塑料模具零件为减少热处理变形和提高模

11、具零件的精度保持性采用时效硬化钢。模具零件在固溶处理后变软（28-34HRC），便于加工成型，然后再时效硬化，获得所需综合力学性能。,塑料模具钢及其热处理,马氏体时效硬化钢具有高屈强比、良好切削性能和焊接性能。典型钢种有18Ni在固溶状态下硬度28HRC，480 时效3h，硬度可提高到43HRC，保温时间更长，硬度可达52HRC。 析出硬化型钢是通过固溶处理和沉淀析出第二相而强化，硬度可达37-43HRC。代表性钢号有：25CrNi3MoAl。这类钢冶金质量高，一般采用特殊冶炼，纯洁读好，镜面研磨性好。其热处理分为：第一次固溶（淬火），第二次固溶处理（回火）和时效处理。,市场上常用塑料模具钢,

12、718塑料模具钢 （ 43元/单位） 718塑料模具钢：交货状态已预加硬至HB285-320（HRC30-35）不需要再淬硬，永不变形；可再加硬至HRC40。性能说明:经电炉精炼或电渣重溶钢，适合电蚀（电火花）加工，易镜面抛光；淬透性好，综合力学性能好。主要用于： (1)长期生产或大型塑胶料模具； (2)有镜面抛光要求的大型塑料模具。,718H （ 36元/单位） 为真空熔炼之铬-镍-钼合金钢，出厂前已经过淬硬及回火处理，具备下俩各项优点：无淬裂和热处理变形风险 无需热处理费用 缩短模具制作周期 降低模具所需成本（例，无需侨正变形） 模具易于修正 可施以氮化及火眼硬化处理，以增进模具的表面硬度

13、及耐磨性。 718H主要用途： 大型长寿命塑胶注塑模，如家电制品，电脑外壳等模具高表面光洁度之塑胶制品模具吹塑模由于硬度高，可用于塑胶模具中之滑块成形工具，压缩-制动模（弯板机模），（视生产需要可施加火焰硬化或氮化处理）构造零件及轴 718H钢材特长： 抛光性及加工性好,钢材纯洁度高. 出厂状态： 预硬HB 330-370,S136 (96元/单位) S136 高耐磨抗腐蚀预硬镜面钢材一勝百（瑞典）ASSAB STAVAX ESR(S-136)为高級不锈工具钢、其具备以下的特性： 优良的耐腐蝕性 优良的抛光性 优良的耐磨性 优良的機械加工性 淬火時具有优良的穩定性綜合上列的优点，使得該鋼種具有

14、卓越的生産特性。 由於其優良的耐腐蝕性，在塑料模具中使用的好處概述如下： 較低的維修費用模具經過長期使用後，模穴表面仍然維持原先的光滑狀態。模具在潮湿的环境下操作,HPM38 (日立金属 )高耐磨抗腐蚀预硬镜面钢材 HPM38是13Cr系含Mo不锈钢,经过特殊溶解制造而成有很好的耐腐蚀性.因此,最适合于要求硬度高且对耐腐蚀镜面性要求高的塑胶模具,而且,HPM38热处理尺寸变化极小,适合精密热处理.另外,它的浸蚀性好,有利于模具的保养.主要用于:日用透明産品(家电,医疗,食品)高抛光要求的模具以及耐腐蚀要求的橡胶模具等.如:通讯器材零件,医疗器械零件等.特点：抛光性非常好,耐腐蚀性佳,热处理尺寸

15、极小,热作模具钢及其热处理,热作模具主要有鍛模、热挤压模、压铸模等 主要失效形式：断裂（开裂或机械疲劳裂纹）、塑性变形或型腔堆塌、热疲劳、热磨损和热熔损. 热作模具钢的主要特点：除良好的工艺性能外，还要求在不同温度下具有高的强度、韧性、硬度、热稳定性。一般含C量较低，多元合金化（含Cr、W、Mo、Ni、V、Si、Co等） 较高韧性热作模具钢：用于制造受冲击载荷较大的热作模具工作零件。 典型钢号：5CrNiMo和5CrMnMo。,热作模具钢及其热处理,高热强性热作模具钢：主要制作压铸模、机锻模的工作零件。要求有较高的热强性、热疲劳性、热熔损、回火抗力、热稳定性。一般含较多Cr、W、Si、Mo、V

16、等合金元素。代表钢号有： 4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1(国外牌号H13)、4Cr3Mo3SiV 高耐磨性热作模具钢：具有红硬性和良好的热磨损性，有较高的高温强度、高温韧性和热稳定性。代表钢号：3Cr2W8V，含W量高。淬火温度高：1100-1150 ，为减少变形，要缓慢升温，对复杂、大型件应预热,其他模具材料的热处理,模具用铸铁的热处理：制造大型复杂模具，一般选用球墨铸铁、合金铸铁。典型热处理为正火及高温回火。 模具用铸钢的热处理：大型锻模，典型代表ZG5CrMnMo、ZG5CrNiMo等。热处理一般为正火和回火。 钢结硬质合金的热处理：以钢基体为黏结相，以金属碳化物为硬质相，通

17、过粉末冶金工艺压制烧结而成。其热处理与合金工具钢基本相同。,结束,时效硬化钢,凡通过时效热处理可提高硬度的合金钢，均称之为时效硬化合金钢。典型钢种有马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢。前者的基本成分为含碳0.03%和镍18%25%，并添加有各种能产生时效硬化的合金元素，它主要用于飞机上的某些部件、火箭发动机外壳等，也用于压铸模具等方面。沉淀硬化不锈钢又分为奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体沉淀硬化不锈钢。奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢可用作飞机机体的薄壁结构、蜂窝结构，还可作燃料储箱、火箭发动机外壳、高压容器等。马氏体沉淀硬化不锈钢可耐大气、水以及其他一些介质腐蚀，用于制造液体火箭壳体和核动力装置中的某些零件。,