第5章模具材料概述

1、5 51 1 模具材料的分類模具材料的分類 5 51 11 1 冷作模具材料冷作模具材料 5 51 12 2 熱作模具材料熱作模具材料 5 51 13 3 塑料模具材料塑料模具材料 5 51 14 4 其他模具材料其他模具材料5 52 2 模具材料的性能要求模具材料的性能要求 5 52 21 1 使用性能使用性能 5 52 22 2 模具鋼力學性能指標的評述模具鋼力學性能指標的評述 5 52 23 3 工藝性能工藝性能5 53 3 模具材料的選用原則模具材料的選用原則 5 53 31 1 滿足使用性能要求滿足使用性能要求 5 53 32 2 滿足工藝性能要求滿足工藝性能要求 5 53 33 3

2、 滿足經(jīng)濟性要求滿足經(jīng)濟性要求第第5 5章章 模具材料概述模具材料概述5.1 5.1 模具材料的分類模具材料的分類 5.1.1 5.1.1 冷作模具材料冷作模具材料1.1.火焰淬火鋼火焰淬火鋼 2.2.基體鋼基體鋼 3.3.高韌性低合金冷作模具鋼高韌性低合金冷作模具鋼 4.4.高碳中鉻耐磨模具鋼高碳中鉻耐磨模具鋼5.1.2 5.1.2 熱作模具材料熱作模具材料 5.1.3 5.1.3 塑料模具材料塑料模具材料 1.1.預硬鋼預硬鋼 2.2.時效硬化鋼時效硬化鋼 3.3.冷擠壓成型塑料模具鋼冷擠壓成型塑料模具鋼 5.1.4 5.1.4 其他模具材料其他模具材料 在三大類模具材料之外，還有鑄造模具

3、鋼鑄造模具鋼、有色合金模具材料有色合金模具材料、玻璃玻璃模具材料模具材料等。 5.2 5.2 模具材料的性能要求模具材料的性能要求 冷沖壓模具冷沖壓模具要求其材料具有高的強度，良好的塑性和韌性，高的硬度及耐磨性; 冷擠壓模具冷擠壓模具要求其材料具有高強度、高韌性、高淬透性以及良好的耐磨性、熱穩(wěn)定性和切削加工性; 熱作模具熱作模具用鋼要求在工作溫度下保持高的強度和韌性、良好的抗腐蝕性、熱穩(wěn)定性和優(yōu)良的熱疲勞抗力。 5.2.1 5.2.1 使用性能使用性能 對各類模具鋼提出的性能要求主要包括硬度、強度、塑性和韌性硬度、強度、塑性和韌性等。 1.1.硬度硬度 硬度表示了鋼對變形和接觸應力的抗力，而且

4、是很容易測定的一種性能，同時硬度與強度也有一定關(guān)系，可通過二者的換算關(guān)系得到材料硬度值?？砂从捕确秶鷦澏＞哳悇e，如高硬度高硬度（5260HRC），一般用于冷作模具冷作模具;中等硬度中等硬度（4052HRC），一般用于熱作模具熱作模具。 圖5-1 硬度對三種冷作模具鋼抗壓屈服強度的影響 1-W6Mo5Cr4V2鋼;2-Cr12MoV鋼;3-Cr5Mo1V鋼 2.強度強度 強度是指鋼在服役過程中，抵抗變形和斷裂的能力。對于模具來說則是整個型面或各個部位在服役過程中抵抗拉伸力、壓縮力、彎曲力、扭轉(zhuǎn)力或綜合力的能力。 3.塑性塑性 模具鋼塑性較差，尤其是冷變形模具鋼，在很小的塑性變形時即發(fā)生脆斷。常

5、采用斷后伸長率和斷面收縮率來衡量模具鋼塑性好壞。 4.韌性韌性 在工作過程中，模具承受著沖擊載荷，為了減少在使用過程中的折斷、崩刃等形式的損壞，要求模具鋼具有一定的韌性。韌性是模具鋼的一種重要性能指標，它決定了材料在沖擊試驗力作用下對破裂的抗斷能力。材料的韌性越高，脆斷的危險性越小，熱疲勞強度也越高。對于衡量模具脆斷傾向，沖擊韌度試驗具有重要意義。 5.5.耐磨性耐磨性 模具在工作中承受相當大的壓應力和摩擦力，要求模具能夠在強烈摩擦下仍保持其尺寸精度。 圖 5-2所示為用不同鋼種制作的標準沖孔模對冷軋硅鋼片進行沖孔的試驗結(jié)果，可反映各鋼種的耐磨水平；試驗以Cr12MoV鋼為基準（ =1.0）。

6、圖5-3所示是標準模具進行耐磨性試驗的結(jié)果，較好地反映了工模具鋼在磨粒磨損條件下的耐磨性。圖5-2 五種模具鋼模擬沖裁試驗其耐磨性 圖5-3 工模具鋼的磨粒磨損抗力 1-高碳高釩高速鋼;2-高碳高釩鋼;3-低合金模具鋼及碳素工具鋼 6.抗熱疲勞性能抗熱疲勞性能 熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外，還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用，抗熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命。因此，熱作模具如要獲得高的壽命，模具材料應具備高的抗熱疲勞性能、低的裂紋擴展速率和高的斷裂韌性值。 7.咬合抗力咬合抗力 咬合抗力實際上就是發(fā)生“冷焊冷焊”時的抵抗力。該性能對于模具材料較重要。試驗

7、時通常在干摩擦條件下，把被試驗的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料（如奧氏體鋼）進行恒速對偶摩擦運動，以一定的速度逐漸增大載荷，此時，轉(zhuǎn)矩也相應增大，該載荷稱為“咬合臨界載荷”，咬合臨界載荷愈高，標志著咬合抗力愈強。 8.耐蝕性耐蝕性 金屬材料在腐蝕性介質(zhì)中所具有的抵抗介質(zhì)侵蝕的能力，稱為金屬的耐蝕性。 提高模具材料的耐蝕性，通常采用合金化方法采用合金化方法獲得一系列耐蝕合金，主要包括: （1）提高金屬或合金的熱力學穩(wěn)定性 （2）加入易鈍化合金元素 （3）加入能促使合金表面生成致密腐蝕產(chǎn)物保護膜的合金元素 不同的服役條件對模具材料主要力學性能要求不同 對熱作模具鋼要考慮其抗熱疲勞性能; 對壓鑄模具

8、應考慮其耐融熔金屬的沖蝕性能; 對于高溫下工作的熱作模具應考慮其在工作溫度下的抗氧化性能; 對于在腐蝕介質(zhì)中工作的模具，應注意其耐蝕性; 對高載荷下工作的模具應該考慮其抗壓強度、抗拉強度、抗彎強度、疲勞強度及斷裂韌度等。 5.2.2 5.2.2 工藝性能工藝性能 在模具生產(chǎn)成本中，材料費用一般占10%20%，而機械加工、熱處理、裝配和管理費用占80%以上。 所以模具材料的工藝性能是影響模具的生產(chǎn)成本和制造難易程度的主要因素之一。改善模具的工藝性能，不僅可以使模具生產(chǎn)工藝簡單、易于制造，而且可以有效地降低模具的制造費用。 模具材料的工藝性能模具材料的工藝性能主要包括可加工性可加工性，淬透性淬透性

9、和和淬淬硬性硬性，淬火溫度淬火溫度和熱處理變形熱處理變形，氧化氧化、脫碳敏感性脫碳敏感性及其他因素。 1. 1.可加工性可加工性 模具的可加工性包括：熱加工性能（熱塑性、加工溫度范圍等）；冷加工性能（切削、磨削、拋光、冷拔等）； 特種加工（如電火花加工）。 粉末冶金焊接塑性成形鑄造毛 坯預先熱處理模具零件切削加工最終熱處理 模具零件的加工工藝路線模具零件的加工工藝路線2. 2.淬透性和淬硬性淬透性和淬硬性 淬透性淬透性是指獲得淬硬層深度的能力，鋼的淬透性取決于鋼中的化學成分和淬火冷卻方式。 淬硬性淬硬性是指鋼經(jīng)淬火后能達到的最高硬度，主要取決于鋼中的含碳量。 對于大部分的冷作模具鋼，淬硬性往往

10、是主要的考慮因素。 對于熱作模具鋼和塑料模具鋼，一般模具尺寸較大，尤其是制造大型模具，其淬透性更為重要。 為了便于生產(chǎn)，要求模具鋼淬火溫度范圍淬火溫度范圍盡可能放寬一些，特別是當模具采用火焰加熱局部淬火時，由于難以準確地測量和控制溫度，所以要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。 模具在熱處理時，尤其在淬火過程中，要產(chǎn)生體積變化、形狀翹曲、畸變等，為保證模具質(zhì)量，要求模具鋼的熱處理變形小熱處理變形小。 3.淬火溫度和熱處理變形淬火溫度和熱處理變形 4. 4.氧化、脫碳敏感性氧化、脫碳敏感性 模具在加熱過程中，如果發(fā)生氧化、脫碳現(xiàn)象，就會使其硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低。因此，要求模具鋼的氧化、

11、脫碳敏感性好。對于鉬含量較高的模具鋼，由于氧化、脫碳敏感性強，需要采用特種熱處理，如真空熱處理、可控氣氛熱處理、鹽浴熱處理等。 5. 5.其他因素其他因素 在選擇模具鋼時，除了必須考慮使用性能使用性能和工藝性能工藝性能之外，還必須考慮模具鋼的通用性通用性和價格價格。從技術(shù)、經(jīng)濟方面全面分析，以最終選定合理的模具材料。 5.3 5.3 模具材料的選用原則模具材料的選用原則 模具材料的選用有三個原則 一是使用性能原則一是使用性能原則 材料的使用性能應滿足模具的使用要求。對大量機器工件和工程構(gòu)件，主要是機械性能；對一些特殊條件下工作的工件，則必須根據(jù)要求考慮到材料的物理化學性能。 二是工藝性能原則二

12、是工藝性能原則 材料的工藝性能應滿足模具生產(chǎn)工藝的要求。 三是經(jīng)濟性原則三是經(jīng)濟性原則 必須考慮材料的經(jīng)濟性。采用便宜的材料，把總成本降至最低，取得最大的經(jīng)濟效益，使產(chǎn)品在市場上具有最強的競爭力。 1. 耐磨性 2. 強韌性 3. 疲勞斷裂性能 4. 高溫性能 5. 抗熱疲勞性能 6. 耐蝕性 5.3.1 滿足使用性能要求滿足使用性能要求 模具的制造一般都要經(jīng)過鍛造、切削加工、熱處理等工序。為保證模具的制造質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，其材料應具有以下特性: （1）良好的可鍛性 （2）良好的退火工藝性（3）良好的切削加工性 （4）較小的氧化、脫碳敏感性 （5）良好的淬硬性 （6）良好的淬透性 （7）較低的淬火變形開裂傾向 （8）良好的可磨削性 5.