第一章模具材料概論

1、模具材料及表面處理模具材料及表面處理第一章第一章 模具材料概論模具材料概論第一章模具材料概論第一節(jié)模具及模具材料的分類一、模具的分類(1)冷作模具根據(jù)工藝特點(diǎn)，可將冷作模具分為冷沖裁模具和冷變形模具兩類。(2)熱作模具熱作模具可分為熱沖切模具、熱變形模具和壓鑄模具三類。(3)型腔模具根據(jù)成型材料的不同，可將型腔模具分為塑料模具、橡皮模、陶瓷模具、玻璃模具、粉末冶金模具等。二、模具材料的分類(1)鋼鐵材料用于制造模具的鋼鐵材料主要是模具鋼。第一章模具材料概論(2)非鐵金屬材料用于制造模具的非鐵金屬材料主要有銅基合金、低熔點(diǎn)合金、高熔點(diǎn)合金、難熔合金、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金等。(3)非金屬材料用于

2、制造模具的非金屬材料主要有陶瓷、橡膠、塑料等。第二節(jié)模具的失效形式及影響因素一、模具的失效形式(1)斷裂失效根據(jù)模具斷裂前變形量的大小和斷口形狀的不同，斷裂可分為脆性斷裂和韌性斷裂兩種。(2)磨損失效模具在工作過程中的相對運(yùn)動(dòng)不可避免地會(huì)引起磨損，因此，耐磨性是模具鋼的基本性能之一。第一章模具材料概論(3)疲勞失效冷作模具承受的載荷都是在一定的能量下，周期性施加的多次沖擊載荷，因此，容易出現(xiàn)應(yīng)力疲勞失效。(4)變形失效在冷鐓、冷擠和冷沖過程中，由于沖頭的抗壓或抗彎強(qiáng)度不足而出現(xiàn)鐓粗、下陷、彎曲等變形失效。(5)腐蝕失效腐蝕失效主要發(fā)生在熱作模具和塑料模具中，在金屬壓鑄模中比較容易出現(xiàn)沖蝕。二、

3、影響模具失效的因素(1)模具結(jié)構(gòu)模具結(jié)構(gòu)包括模具的幾何形狀、模具間隙、沖頭的長徑比、端面傾斜角、過渡角大小、模具中開設(shè)的冷卻水路、裝配結(jié)構(gòu)等。第一章模具材料概論圖1-1反擠壓模結(jié)構(gòu)第一章模具材料概論圖1-2塔形熱擠壓凹模的早期斷裂(2)模具材料模具材料必須滿足模具對塑性、韌性、強(qiáng)度、硬度、耐疲勞等性能的要求，如不能滿足，則模具會(huì)發(fā)生早期失效。第一章模具材料概論(3)熱處理及加工制造工藝熱處理不當(dāng)或工藝不合理，可能導(dǎo)致模具產(chǎn)生熱處理缺陷或性能降低，從而引起模具早期失效。第三節(jié)模具材料與使用壽命一、模具材料與模具使用壽命二、鍛造與模具使用壽命三、熱處理及模具使用壽命第四節(jié)模具材料的選用原則一、模具

4、材料的使用性能(1)硬度和熱硬性硬度是模具材料的主要性能指標(biāo)，模具在應(yīng)力的作用下，應(yīng)能保持其形狀和尺寸不變。第一章模具材料概論(2)耐磨性決定模具使用壽命的重要因素往往是模具材料的耐磨性，模具在服役中承受相當(dāng)大的壓應(yīng)力和摩擦力，要求模具能夠在強(qiáng)烈摩擦下仍保持其精度不變。(3)強(qiáng)度和韌性模具在服役中承受拉壓、沖擊、振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)和彎曲等應(yīng)力，重負(fù)荷的模具往往由于強(qiáng)度不夠、韌性不足，造成模具局部塌陷、崩刃和斷裂而發(fā)生早期失效。(4)耐疲勞性模具工作時(shí)承受著機(jī)械沖擊和熱沖擊的交變應(yīng)力，熱作模具在服役過程中，熱交變應(yīng)力更明顯地導(dǎo)致模具熱裂。二、模具材料的工藝性能(1)可加工性鋼材的可加工性主要包括切削、磨

5、削、拋光、冷拔等加工性和可鍛性等。第一章模具材料概論(2)淬硬性和淬透性淬硬性主要取決于鋼的碳含量，淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分和淬火前鋼的原始組織。(3)淬火溫度和熱處理變形為了便于生產(chǎn)，要求模具鋼的淬火溫度范圍盡可能寬些，特別是當(dāng)模具采用火焰加熱局部淬火時(shí)，要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。(4)脫碳敏感性模具鋼在鍛造、退火或淬火時(shí)，若在無保護(hù)氣氛下加熱，其表面層會(huì)產(chǎn)生脫碳等缺陷，而使模具的使用壽命下降。第五節(jié)模具材料的生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢一、模具鋼種的發(fā)展1)鋼種系列有待進(jìn)一步完善，如用量很大的塑料模具鋼，在GB/T 12992000中只納入了3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo兩個(gè)鋼號(hào)，這顯

6、然不能滿足各種不同塑料模具的要求。第一章模具材料概論2)鋼種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和選用很不合理，如塑料模具產(chǎn)量很大，但目前很大數(shù)量的塑料模具是采用45鋼制造的，模具的使用壽命很低，生產(chǎn)的塑料制品質(zhì)量不高。1.塑料模具用鋼2.冷作模具鋼(1)低合金冷作模具鋼以CrWMn和9Mn2V為代表，耐磨性和熱硬性較差，而韌度較高，一般可采用油淬火，成本較低，廣泛用于生產(chǎn)批量不大的冷作模具。(2)中合金冷作模具鋼以Cr5Mo1V為代表，具有中等的耐磨性和熱硬性，韌度也較高，淬透性好，可以空淬，綜合性能好，廣泛用于生產(chǎn)中等批量產(chǎn)品的冷作模具。第一章模具材料概論(3)高碳高鉻型冷作模具鋼以Cr12Mo1V1和Cr12鋼為代

7、表，耐磨性和熱硬性較高，由于含有大量的共晶碳化物，所以韌性較差，廣泛用于生產(chǎn)批量較大，要求耐磨性很高但沖擊載荷較輕的冷作模具。3.熱作模具鋼(1)低合金熱作模具鋼代表性鋼號(hào)為5CrMnMo和5CrNiMo等，這類鋼有較好的淬透性和沖擊韌度，但熱硬性不夠，一般用于服役溫度不高而沖擊載荷較大的模具，如錘鍛模。(2)中合金熱作模具鋼這類鋼為鉻系熱作模具鋼，代表性鋼號(hào)有H13(4Cr5MoSiV1)、H11(4Cr5MoSiV)、H12(4Cr5MoWSiV)、H10(4Cr3Mo3SiV)等。(3)高合金熱作模具鋼應(yīng)用最廣的是傳統(tǒng)的鎢系熱作模具鋼，如3Cr2W8V等。第一章模具材料概論二、模具鋼品種規(guī)格的發(fā)展三、模具鋼內(nèi)在質(zhì)量的提高(1)提高模具鋼的純凈度降低鋼中有害雜質(zhì)和氣體的含量，提高鋼的純凈度，是當(dāng)前各模具鋼生產(chǎn)廠的主要努力方向之一。(2)提高鋼的等向性模具大部分是多向受力的，因此，提高模具鋼的等向性，改善鋼的橫向韌性和塑性，使其與縱向性能接近，就可以大幅度提高模具的使用壽命。第一章模具材料概論1.模具及模具材料一般可分為哪幾類？