模具材料基础知识课件.ppt

1、模具材料 1、什么模具材料?2、能做模具的材料有哪些？所谓模具材料是指：凡是用来制造模具及其零件的材料，称之为模具材料。能做模具的材料有哪些？1、钢铁材料 2、有色金属材料 3、无机非金属材料 4、有机高分子材料 5、硬质合金 6、钢结硬质合金 钢铁材料仍是主要的模具材料。大多数模具仍是采用钢铁材料来制造。尤其是钢铁材料中各种类型和品种的模具钢材是制造模具的主体材料。有色金属材料除铜合金、钼合金、钨合金外，还包括低熔点合金、锌基合金和超塑性合金。无机非金属材料主要是是指代氧化锆增韧陶瓷。有机高分子材料主要包括环氧塑料和聚氨酯橡胶。硬质合金包括钨钴类硬质合金、钨钛钴硬质合金（钨钛钽钴类硬质合金）

2、、碳化钛基硬质合金、超细晶钨钴类硬质合金、涂层类硬质合金和碳化钨基硬质合金。钢结硬质合金除合金工具钢钢结硬质合金、高速钢钢结硬质合金外，还包括不锈钢钢结硬质合金和高锰钢钢结硬质合金。模具材料在模具工业中的地位 模具是制造技术的核心，工业要发展，首先要发展模具工业。模具作为国民经济的基础工业，涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，量大面广，品种繁多。“模具是工业之母”，模具性能好坏，寿命高低，直接影响产品的质量和经济效益。（1）在冷作模具钢方面：开发了一批高性能的新钢种，如7CrSiMnMoV(CH-1)、Cr12Mo1V1(D2)钢等。（2）在热作模具钢方面：研制新钢种，如4

3、CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi(5Cr2)；热锻、热挤、精锻、辊锻用的4Cr3Mo3W4VNb（GR）等；冷热兼用的5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）等。这些钢具有高的热稳定性、高温强度、热疲劳性及耐磨性。（3）塑料模用钢方面：开发了如预硬钢3Cr2Mo（P20）、3Cr2NiMo(718)等，时效硬化钢25CrNi3MoAl(25CrNi3)；耐蚀钢0Cr16Ni4Cu3Nb(PCR)；镜面塑料模具钢10Ni3CuAlMoS（PMS）等。这些钢种强韧性适当，热处理工艺较简便，变形小，易于切削加工。模具材料的应用状况及发展趋势 模具材料的分类 模具材料的品种繁多、分类方法也

4、不尽相同。由于模具钢是制造模具的主要材料，所以我们可将材料分类如下：模具材料模具钢其它模具材料冷作模具钢塑料模具钢热作模具钢铸铁非金属材料硬质合金有色金属及其合金根据模具的工作条件不同，一般把模具钢分为三类根据模具的工作条件不同，一般把模具钢分为三类:1.冷作模具钢2.热作模具钢3.塑料模具钢。冷作模具钢是应用最广的冷作模具材料。按化学成分、工艺性能和承载能力可将冷作模具钢分类为如下表所示。冷作模具材料 类 形钢 号低淬透性冷作模具钢T7A、T8A、T10A、T12A、8MnSi、Cr2、9Cr2、Cr06、W、GCr15、V、CrW5低变形冷作模具钢9Mn2V、CrWMn、9SiCr、9Cr

5、WMn、9Mn2、MnCrWV、SiMnMo高耐磨微变形冷作模具钢Cr12、Cr12Mo1V1（D2）、Cr12MoV、Cr5Mo1V、Cr4W2MoV、Cr12Mn2SiWMoV、Cr6WV、Cr6W3Mo2.5V2.5高强度高耐磨冷作模具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N高强韧性冷作模具钢6W6Mo5Cr4V、65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（LD）、7CrSiMnMoV（CH-1）、5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）、6CrNiSiMnMoV（GD）、8Cr2MnWMoVS高耐磨高强韧性冷作模具钢9Cr6W3Mo2V2（

6、GM）、Cr8MoWV3Si（ER5）特殊用途冷作模具钢9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4、1Cr18Ni9Ti、5Cr21Mn9Ni4W、7Mn15Cr2Al3V2WMo1.1.碳素工具钢碳素工具钢 常用的碳素工具钢有T7A、T8A、T10A、T12A，其中T7A为亚共析钢，T8A为共析钢。2.GCr152.GCr15钢钢 GCr15钢是专用的轴承钢之一，但也常用来制造冷作模具，如落料模、冷挤压模和成形模等。该钢具有过共析成分，并加入少量的铬以提高淬透性和耐回火性。低淬透性冷作模具钢 牌号 性能T7A亚共析钢 具有较好的塑、韧性和强度，以及一定的硬度，能承受震动和冲击负

7、荷，但切削能力差。T8A共析钢 淬火加热时容易过热，变形也大，塑性和强度比较低，不宜制造承受较大冲击的工具，但经热处理后有较高的硬度和耐磨性。T10A过共析钢 晶粒细，在淬火加热时（温度达800）不致过热，仍能保持细品粒组织；淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，所以具有比T8、T8A钢更高的耐磨性，但韧性较低。T12A过共析钢 由于碳含量高。淬火后仍有较多的过剩碳化物，所以硬度和耐磨性高，但韧性低，且淬火变形大。GCr15常温下轴承钢的抗拉强度比含C0.3碳钢高得多(约一倍)，且硬度高，冷加工时变形比较困难，因而在冷变形前要进行球化退火，以提高塑性及降低硬度，到1000以上两者相差就很少了。8MnS

8、i量具刃具用钢，此钢在T8钢的基础上提高了淬透性、韧性和耐磨性 牌号 性能Cr2具有较好的淬透性和良好的耐磨性。9Cr2具有较好的淬透性和良好的耐磨性。Cr06含少量铬的低合金工具钢。淬火后的硬度和耐磨性都很高，淬透性不好，较脆。W钨的主要用途是制造特种钢。钨合金材料非常坚硬和耐磨、耐热，纯钨的最重要用途是做电灯泡中的灯丝，而钨丝的金属支架是纯钼 V钒钢经过氮化处理后可以极大的提高钢的耐磨性能.CrW5低淬透性高碳钨铬冷作模具钢,莱氏体型马氏体高耐磨钢,在水中冷却时,硬度很高,耐磨性和抗咬合能力极好,该钢淬火硬度高达67-68HRC.主要用于制造各种中小批量生产的冷冲模等.低变形冷作模具钢 牌

9、号 性能9Mn2V综合力学性能比碳素工具我钢，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火时变形较小。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了过热敏感性。碳化物不均匀性比CrWMn钢好。CrWMn、具有较高的淬透性，由于加入1.20%26mdash;1.60%（质量分数）钨，形成碳化物，所以在淬火和低温回火后具有一定的硬度和耐磨性。钨有助于保持细小晶粒，从而使钢具有较好的韧性，该钢对形成网状碳物比较敏感，而且这种碳公物网使工具刃部有剥落的危险。9SiCr高碳合金工具钢，韧性较好，具有较好的回火稳定性，热处理时变形小。9CrWMn低合金冷作模具钢，具有一定的淬透性和耐磨性，淬火变形较小，碳化物分布

10、均匀且颗粒细小。9Mn2V9Mn2V钢是一种综合力学性能比碳素工具钢好的低合金工具钢，它具有较高的硬度和耐磨性。淬火时变形较小，淬透性很好。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了钢的过热敏感性。同时碳化物较细小和分布均匀。MnCrWV是高碳合金工具钢,该钢的综合性能优良,可进行销盐分级淬硬;具有较高的强度,良好的切削加工性能和淬透性能,热处理变形小.SiMnMo该钢也是一种高耐磨，抗咬合性、低变形冷作模具钢，但该钢的强韧性水平不高。1.2.3 高耐磨微变形冷作模具钢牌号 性能Cr12高碳、高铬类型莱氏体钢，具有较好的淬透性和良好的耐磨性。由于钢中碳质量分数最高可达2.30%，从而钢变得硬而

11、脆，所以冲击韧性较差，几乎不能承受较大的冲击荷载，易脆裂，而且易形成不均匀的共晶碳化物。Cr12Mo1V1（D2）高碳、高铬类型莱氏体钢，无特殊要求时钻不作为必加元素。由于钼和钒的含量比Cr12MoV高，故钢的组织和晶粒度进一步细化，提高了钢的淬透性、强度和韧性，使钢的综合性能更好。Cr12MoV高碳、高铬类型莱氏体钢，具有良好的淬透性，截面尺寸在400mm以下可以完全淬透，且具有很高的耐磨性，淬火时体积变化小。其碳含量比Cr12钢低很多，且加入了钼、钒，因此，钢的热加工性能、冲击韧性和碳化物分布都得到了明显改善。Cr5Mo1V合金含量中等，由于含有钼和钒，所以钢的淬透性良好，碳化物分布均匀，

12、具有一定的冲击韧性和较好的耐磨性。牌号 性能Cr4W2MoV新中型合金冷作模具钢，性能较稳定，与高合金冷作模具钢Crl2、Crl2MoV相比，用其制成的模具使用寿命明显提高。该钢的共晶碳化物颗粒细小，分布均匀，具有较高的淬透性和淬硬性，以及较好的耐磨性和尺寸稳定性。但钢的热加工温度范围较窄，变形抗力较大。Cr12Mn2SiWMoVCr6WVCr6W3Mo2.5V2.5导热性差，塑性低，变形抗力大，锻造范围窄，淬透性高，变形发热效应较大。高耐磨微变形冷作模具钢1.2.6 高耐磨高强韧性冷作模具钢牌号性能W18Cr4VW6Mo5Cr4V2W12Mo3Cr4V3N 高强韧性冷作模具钢牌号 性能6W6

13、Mo5Cr4V低碳高速工具钢类型的冷作模具钢，其淬透性好，并具有类似高速工具钢的高硬度、高耐磨性、高强度等综合性能，还具有比高速工具钢韧性好的特性。用该钢制造的冷挤压模寿命较长。因钢中钼含量较高，其热加工温度范围稍窄，变形抗力较大。此钢易脱碳。65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）简称65Nb钢，是一种冷作模具钢。锻造性能良好，锻造时要缓慢加热，保证透烧，加热温度11201150。始锻温度不宜太高，11001120，终锻温度不宜过低，850900。锻后应回火，缓冷（砂冷或炉冷）或及时退火。65Nb钢的抗氧化性良好，属于高合金钢，导热性差，与高速钢、高铬工具钢相比，变形抗力低，高温韧性好。7Cr

14、7Mo2V2Si（LD）与Cr12型冷作模具钢和W6Mo5Cr4V2高速钢比较，具有更高的强度和韧性，而且有较好的耐磨性。冷、热加工的工艺性优良，热处理变形小，通用性强。7CrSiMnMoV（CH-1）属于低合金钢，是具有火焰淬硬性能的冷作模具钢。CH1钢无大量的过剩碳化物，锻造性能良好，塑性变形抗力与中碳合金钢40Cr及低合金工具钢9Mn2V相近。锻造加热温度为11501200，始锻温度为11001120，终锻温度为800850，冷却方式为灰冷或炉冷。高强韧性冷作模具钢牌号性能5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）简称012Al钢，是冷热模具兼用钢，属于基体钢，具有较好的综合性能和热稳定

15、性。此钢的冷热疲劳抗力和耐磨性高于3Cr2W8V钢。012Al钢因合金元素含量多，锻造性能比3Cr2W8V钢差。锻造加热温度11001140，始锻温度10501080，终锻温度850，锻后要回火，缓冷(砂冷或炉冷)或及时退火。6CrNiSiMnMoV（GD）GD钢属空冷微变形冷作模具钢，这类钢最大弱点是退火不易软化。8Cr2MnWMoVSCr、Mn元素主要是提高钢的淬透性，兼有固溶强化基体组织和改善基体组织的回火稳定性的作用。加入V主要是细化晶粒。高耐磨高强韧性冷作模具钢牌号 性能9Cr6W3Mo2V2（GM高耐磨、高强韧冷作模具钢。其硬度接近于高速钢，韧性和强度优于高速钢和高铬工具钢。Cr8

16、MoWV3Si（ER5）简称ER5钢，此钢提高了含碳量、含钒量，以及Cr、Mo、W碳化物形成元素，保证了钢中具有强韧性基体及细小均匀分布的特殊碳化物，从而使ER5钢具有高耐磨及高韧性。强韧性和耐磨性均比Crl2MoV钢高。ER5钢锻造性能良好，始锻温度为1150，终锻温度900，锻后缓冷，锻坯近于终锻温度时，轻击快打可提高锻造质量。特殊用途冷作模具钢 牌号 性能9Cr189Cr18淬火后具有高硬度、高耐磨性和较好的耐蚀性、耐高、低温的尺寸稳定性。可锻、但焊接性能差。Cr18MoVCr14MoCr14Mo4 特殊用途冷作模具钢 牌号 性能1Cr18Ni9Ti5Cr21Mn9Ni4W钨系通用性高速

17、钢，具有较高的硬性，热硬性及高温硬度，淬火不易过热，易于磨削磨削加工，缺点是热塑性低、韧性较差7Mn15Cr2Al3V2WMo加入大量的Mn元素，可使钢在室温下得到奥氏体组织。但是奥氏体组织是比较软的，强度、硬度低，耐磨性差，但塑性与韧性好。热作模具材料 热作模具钢的分类及钢号 1.1.热作模具钢的分类热作模具钢的分类 （1）按用途分类：热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢、热冲裁模用钢。（2）按工作温度分：低耐热钢（350370）、中耐热钢（550600）、高耐热钢（580650）。（3）按性能分：高韧性热作模具钢、高热强热作模具钢、高耐磨热作模具钢。2.2.热作模具钢的标准钢号热作模具钢的

18、标准钢号 国家标准GB129985合金工具钢技术条件列入了12个热作模具钢钢号。锤锻模常用钢种主要有：5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV等，此外还有国内近年来研制的新钢种，如4SiMnMoV、5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi等。其中45Cr2NiMoVSi是应用比较成熟的高强韧大截面锤锻模具钢。热锻模用钢 常用的热挤压模具用钢是钨系热作模具钢和铬系热作模具钢，还有铬钼系、钨钼系和铬钼钨系等新型的热作模具钢以及基体钢等。a.5%铬系热作模具钢4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5MoSiV（H11）和4Cr5W2VSib.铬钼系热作模具钢3Cr3Mo3W2V（

19、HM1）、4Cr3Mo3SiV（H10）及25Cr3Mo3VNb（HM3）c.5Cr4W5Mo2V（RM2）钢d.4Cr3Mo3W4VNb（GR）钢e.5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）f.6Cr4Mo3Ni2WV（CG-2）钢g.4Cr3Mo2NiVNbB(HD)钢 热挤压模用钢 常用的压铸模用钢以钨系、铬系、铬钼系和铬钨钼系热作模具钢为主，也有一些其它的合金工具钢或合金结构钢，用于工作温度较低的压铸模，如40Cr、30CrMnSi、4CrSi、4CrW2Si、5CrW2Si、5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、3Cr2W8V

20、、3Cr3Mo3W2V等。其中3Cr2W8V钢是制造压铸模的典型钢种，常用于制造压铸铝合金和铜合金的压铸模；与其性能和用途相类似的还有3Cr3Mo3W2V钢。1.3Cr2W8V钢2.3Cr3Mo3W2V钢（代号HM1）3.4Cr5Mo2MnSiV1（y10）及4Cr3Mo2MnVNbB（y4）钢 压铸模用钢 其它热作模具材料1.热冲裁模用钢2.硬质合金3.高温合金 热锻模用钢的特性牌号 特性5CrMnMo5CrMnMo钢具有与5CrNiMo钢相类似的性能，淬透性稍差。此外在高温下工作时，其耐热疲劳性则逊于5CrNiMo钢。5CrNiMo 有良好的韧性、淬透性、强度和高耐磨性。它在室温和500-

21、600时的力学性能几乎相同。在加热到500时，仍能保持住300HBS左右的硬度。由于钢中含有钼、因而对回火脆性并不敏感。从600缓慢冷却下来以后，冲击韧性仅稍有降低4CrMnSiMoV 是近20年来我国在低合金大截面热作模具钢领域发展的钢种之一。该钢具有较高的抗回火性能，好的高温强度、耐热疲劳性能和韧性，而且有很好的淬透性；冷、热加工性能好。5Cr2NiMoVSi 简称5Cr2，5Cr2NiMoVSi钢属于大截面热锻模具钢，具有高的淬透性。钢加热时奥氏体晶粒长大倾向小，热处理加热温度范围较宽，钢的热稳定性、热疲劳性能和冲击韧性较好 热挤压模用钢特性牌号 性能4Cr5MoSiV 是一种空冷硬化的

22、热作模具钢。该钢在中温条件下具有很好的韧性，较好的热强度、热疲劳性能和一定的耐磨性，在较低的奥氏体化温度条件下空淬，热处理变形小，空淬时产生的氧化铁皮倾向小，而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。4Cr5MoSiV1 是一种空冷硬化的热作模具钢，也是所有热作模具钢中最广泛使用的钢号之一。与4Cr5MoSi钢相比，该钢具有较高的热强度和硬度，在中温条件下具有很好的韧性、热疲劳性能和一定的耐磨性，在较低的奥氏体化温度条件下空淬，热处理变形小，空淬时产生的氧化铁皮倾向小，而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。4Cr5W2VSi 是一种空冷硬化的热作模具钢。在中温下具有较高的热强度、硬度，有较高的耐磨性、韧性和较好的热疲劳性能。采用电渣重熔，可较有效地提高该钢的横向性能。8Cr3 8Cr3钢是在碳素工具钢4)中添加一定量的铬（Wc3.20%-3.80%）。由于铬的存在，此钢具有较好的淬透性和一定的室温、高温强度，而且形成细小、均匀分布的碳化物。