模具材料及熱處理

1、 模具材料及熱處理l常用模具材料常用模具材料l模具材料的一般性能要求及選用原則模具材料的一般性能要求及選用原則l模具常用熱處理模具常用熱處理l冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼及其熱處理l塑料模具鋼及其熱處理塑料模具鋼及其熱處理l其他模具材料的熱處理其他模具材料的熱處理常用模具材料常用模具材料l模具用途廣泛，工作條件差別大，制造模具的材料范圍很廣。目模具用途廣泛，工作條件差別大，制造模具的材料范圍很廣。目前，沖壓模、塑料模、壓鑄模、粉末冶金模的材料以鋼為主，有前，沖壓模、塑料模、壓鑄模、粉末冶金模的材料以鋼為主，有些模具還可采用低熔點(diǎn)合金和非金屬材料等。些模具還可采用低熔點(diǎn)合金和非金屬材料等。l模

2、具用鋼主要性能要求：模具用鋼主要性能要求： 硬度和耐磨性硬度和耐磨性（最重要的模具失效形式，決定模具壽命） 可加工性能可加工性能（模具零件形狀復(fù)雜，要求熱處理變形?。?強(qiáng)度和韌性強(qiáng)度和韌性（足夠的強(qiáng)度承受高壓，沖擊載荷等要求高韌性） 淬透性、拋光性、耐腐蝕性淬透性、拋光性、耐腐蝕性（塑料及添加劑的腐蝕作用）。）。模具材料的性能對(duì)模具壽命有決定性的影響，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)和使用情況，合理選用制模材料是模具工程師的重要任務(wù)之一。模具熱處理及表面強(qiáng)化是模具制造中的關(guān)鍵工藝，是保證模具質(zhì)量和使用壽命的重要環(huán)節(jié)，實(shí)際使用證明，在模具失效中由于熱處理不當(dāng)引起的占很大比例。l模具用鋼按用途可分為三大類：模具用鋼

3、按用途可分為三大類： 冷作模具鋼：冷作模具鋼：制作金屬在冷態(tài)下變形的模具，包括：冷沖模、冷擠壓模、冷鐓模、粉末壓制模。要求高硬度、高耐磨性及足夠強(qiáng)度和韌性。 熱作模具鋼：熱作模具鋼：制造經(jīng)過(guò)加熱的固態(tài)或液態(tài)金屬在壓力下成型的模具，包括：熱鍛模、壓鑄模。要求高溫下足夠的強(qiáng)度、韌性和耐磨性及高熱疲勞抗力和導(dǎo)熱性 塑料模具鋼：塑料模具鋼：制造各種塑料模具。塑料品種多，要求差別大，其模具材料范圍廣。主要要求工藝性能高（熱處理變形小、拋光性好、耐腐蝕）l選用一般原則：滿足使用性能要求、良好的工藝性能、適當(dāng)選用一般原則：滿足使用性能要求、良好的工藝性能、適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)性考慮經(jīng)濟(jì)性 模具材料的性能要求及選用原

4、則模具材料的性能要求及選用原則模具材料的一般性能要求包括：力學(xué)性能、高溫性能、表面性能及經(jīng)濟(jì)性。模具的用途不同，在性能上側(cè)重點(diǎn)也不同，如冷沖模對(duì)耐磨性和淬透性要求高，塑料模要求材料可加工性和拋光性好。常用模具材料牌號(hào)對(duì)照表常用模具材料牌號(hào)對(duì)照表類別類別中國(guó)鋼號(hào)中國(guó)鋼號(hào)通用鋼號(hào)通用鋼號(hào)鋼材特性鋼材特性塑膠模具鋼塑膠模具鋼3Cr2MoP20（美國(guó)）（美國(guó)）預(yù)硬塑膠模具鋼預(yù)硬塑膠模具鋼3Cr2NiMo718（瑞典）（瑞典）超預(yù)硬塑膠模具鋼超預(yù)硬塑膠模具鋼4Cr13S136（瑞典）（瑞典）抗腐蝕塑膠模具鋼抗腐蝕塑膠模具鋼1CrNi3NAK80（日本）（日本）鏡面塑膠模具鋼鏡面塑膠模具鋼3Cr17MoM

5、300（奧地利）（奧地利）耐腐蝕塑膠模具鋼耐腐蝕塑膠模具鋼五金模具鋼五金模具鋼CrWMnSKS3（日本）（日本）不變形油鋼不變形油鋼Cr12MoVSKD11（日本）（日本）耐磨韌性鉻鋼耐磨韌性鉻鋼熱作模具鋼熱作模具鋼4Cr5MoSiV18407（瑞典）（瑞典）SKD61（日本）（日本）H13（美國(guó)）（美國(guó)）通用熱作模具鋼通用熱作模具鋼模具常用熱處理工藝l模具材料熱處理：模具材料熱處理：在鋼廠內(nèi)完成，保證鋼材質(zhì)量，如基本力學(xué)性能，金相組織要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。特點(diǎn)是大型工業(yè)爐中大批量生產(chǎn)。l模具零件熱處理：模具零件熱處理：在模具制造廠完成，或?qū)I(yè)熱處理廠完成。特點(diǎn)是小批量或單件生產(chǎn)，工藝復(fù)雜

6、多樣，設(shè)備精良。l熱處理工藝方法，分預(yù)備熱處理和最終熱處理。常用方熱處理工藝方法，分預(yù)備熱處理和最終熱處理。常用方法有：正火、退火、淬火、調(diào)質(zhì)、滲碳及氮化等，見(jiàn)表。法有：正火、退火、淬火、調(diào)質(zhì)、滲碳及氮化等，見(jiàn)表。模具熱處理包括模具材料熱處理和模具零件熱處理。模具熱處理包括模具材料熱處理和模具零件熱處理。冷作模具鋼及其熱處理l冷作模具鋼的主要性能要求：冷作模具鋼的主要性能要求：高變形抗力、斷裂抗力、耐磨損、抗疲勞、抗黏著性能l常用材料常用材料包括：碳素工具鋼，包括：碳素工具鋼，T10A，T12Al低合金鋼，低合金鋼，9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCr15l高合金鋼，高合金鋼，Cr12、

7、Cr12MoVl合金鋼主要特點(diǎn)：合金鋼主要特點(diǎn)： 含C量高、含較多合金元素、合金元素降低鋼的馬氏體相變點(diǎn)Ms冷作模具冷作模具主要用于金屬或非金屬材料的沖裁、拉伸、彎曲等工序。工作零件承受拉壓、彎曲、沖擊、疲勞、摩擦等多種機(jī)械力作用。主要失效形式主要失效形式：斷裂、堆塌、磨損、黏著（咬合）、啃傷、軟化等冷作模具鋼冷作模具鋼側(cè)重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性為主。 冷作模具鋼及其熱處理冷作模具鋼熱處理特點(diǎn)：冷作模具鋼熱處理特點(diǎn)：加熱方式(預(yù)熱或階梯式升溫）、加熱介質(zhì)（采用控制氣氛爐、真空爐）、冷卻方式（較緩和的冷卻方式以減少變形）、表面處理（深冷處理、滲氮）、工序間防護(hù)（

8、及時(shí)清理）碳素工具鋼的熱處理：用于要求不太高的小型簡(jiǎn)單冷作模具工作零件，（T8A,T10A)，T10A應(yīng)用最普遍，強(qiáng)度和韌性較高。碳素工具鋼淬透性差，常規(guī)淬火后淬硬層1.53.0mm。低合金鋼的熱處理：俗稱油淬鋼，這類鋼一般淬火溫度較低，在油中冷卻，變形小，尺寸穩(wěn)定性好。主要有：鉻鎢錳鋼(CrWMn，9CrWMn)，錳釩鋼(9Mn2V)，高碳鉻鋼（Cr2），鉻硅鋼(9SiCr)高合金鋼的熱處理高合金鋼的熱處理：主要是高鉻高碳鋼，淬透性極高，具有微變形性，也叫微變形鋼，是高級(jí)冷作鋼。 代表鋼號(hào)Cr12，Cr12MoV，Cr12W，Cr5MoV等火焰淬火冷作模具鋼火焰淬火冷作模具鋼的熱處理：為簡(jiǎn)化

9、大型、特大型冷作模具的生產(chǎn)過(guò)程而專門研制的，其熱處理特點(diǎn)是：淬火溫度范圍很寬（880-1150），適合手工操作；淬透性很高，空冷后表面硬度高，芯部性能也好；淬火變形傾向性小。應(yīng)用較普遍的是：7CrSiMnMoVl（日立金屬HITACHI） SKD11 (56.00元/公斤 )是一種耐磨性能較佳的通用冷作模具鋼.有著良好的淬火性,并且淬火變形量小。l用用 途途:此鋼易于車削,并宜制鋒利刀口,剪刀,圓鋸,冷或熱作修整模,滾簡(jiǎn)邊,螺絲紋,線模,銑刀,沖壓模,圓形滾邊,制電力變壓器心沖模,切割鋼皮軋刀,鋼管成型滾簡(jiǎn),首筋匠滾簡(jiǎn),特殊成型滾簡(jiǎn),精密規(guī),形狀繁雜之冷壓工具,治金,錫作模,塑膠模,螺釘打頭模

10、等. l冷作模具鋼與熱作模具鋼的區(qū)別：冷作模具鋼與熱作模具鋼的區(qū)別：冷作模具鋼側(cè)重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性為主。 熱作模具鋼對(duì)硬度要求適當(dāng)，側(cè)重于紅硬性，導(dǎo)熱性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、紅硬性為主。 塑料模具鋼及其熱處理l塑料模具鋼的主要特點(diǎn)：塑料模具鋼的主要特點(diǎn)：l范圍廣：從普通鋼到專用鋼。專用鋼已自成體系，范圍廣：從普通鋼到專用鋼。專用鋼已自成體系，鋼號(hào)前加鋼號(hào)前加SMl性能要求嚴(yán)格，熱處理難度大，要求可拋光性和鏡性能要求嚴(yán)格，熱處理難度大，要求可拋光性和鏡面質(zhì)量面質(zhì)量l避免變形避免變形l耐腐蝕耐腐蝕l易切削性易切削性塑料模具

11、鋼及其熱處理各種鋼型的熱處理各種鋼型的熱處理l預(yù)硬化型塑料模具鋼的熱處理預(yù)硬化型塑料模具鋼的熱處理l易切削預(yù)硬化型塑料模具鋼的熱處理易切削預(yù)硬化型塑料模具鋼的熱處理l非合金中碳塑料模具鋼的熱處理非合金中碳塑料模具鋼的熱處理l滲滲C型塑料模具鋼的熱處理型塑料模具鋼的熱處理l耐腐蝕型塑料模具鋼的熱處理耐腐蝕型塑料模具鋼的熱處理l時(shí)效硬化塑料模具鋼的熱處理時(shí)效硬化塑料模具鋼的熱處理塑料模具鋼及其熱處理l預(yù)硬化鋼泛指鋼廠已進(jìn)行最終熱處理（淬火回火）預(yù)硬化鋼泛指鋼廠已進(jìn)行最終熱處理（淬火回火）的鋼材。的鋼材。l典型預(yù)硬化塑料模具鋼為：典型預(yù)硬化塑料模具鋼為：SM3Cr2Mo.其熱處理其熱處理工藝為：工藝

12、為：840-880淬火，油冷，淬火，油冷，600-650600-650回火，回火，空冷，供應(yīng)硬度空冷，供應(yīng)硬度32HRC32HRC。l對(duì)應(yīng)的美國(guó)鋼材為對(duì)應(yīng)的美國(guó)鋼材為P20，德國(guó)鋼，德國(guó)鋼40CrMnMo7，日，日本本HPM2。P20鋼滲后熱處理工藝為：鋼滲后熱處理工藝為： 820-870淬火淬火, , 150-260回火，空冷，滲層硬度回火，空冷，滲層硬度達(dá)達(dá)58-64HRC58-64HRC。德國(guó)鋼德國(guó)鋼40CrMnMo7淬透性比淬透性比SM3Cr2Mo好，加工性、拋光性更好。好，加工性、拋光性更好。塑料模具鋼及其熱處理l易切削預(yù)硬化鋼在保證原有性能前提下，添加一種易切削預(yù)硬化鋼在保證原有性

13、能前提下，添加一種或幾種易切削合金元素?；驇追N易切削合金元素。l典型材料有：典型材料有：8CrMnWMoVS(8CrS)，含含S易切削易切削鋼，熱處理硬度達(dá)鋼，熱處理硬度達(dá)4042HRC時(shí)，其切削加工性時(shí)，其切削加工性相當(dāng)與退火態(tài)的相當(dāng)與退火態(tài)的T10A鋼（鋼（200HBS），），可拋光性可拋光性和光刻浸蝕性好。典型熱處理：和光刻浸蝕性好。典型熱處理：80010 退火，退火，保溫保溫2-42-4h h，降溫到降溫到700-720 700-720 ，保溫保溫4-64-6h h，爐冷，爐冷，硬度硬度=229=58=58HRCHRC。l高韌性易切削鋼：高韌性易切削鋼：5 5CrNiMnMoVSCaC

14、rNiMnMoVSCa塑料模具鋼及其熱處理l非合金中碳塑料模具鋼是冶金質(zhì)量（純潔度）更高非合金中碳塑料模具鋼是冶金質(zhì)量（純潔度）更高的中碳的中碳碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼，含，含C量在量在0.4%0.6%。l典型材料有：典型材料有：SM45、SM50，同類日本鋼號(hào)是同類日本鋼號(hào)是S45CS58C。其熱處理工藝與常規(guī)工藝無(wú)異，對(duì)其熱處理工藝與常規(guī)工藝無(wú)異，對(duì)于小型、精度要求不高的塑料模具零件，首選此鋼于小型、精度要求不高的塑料模具零件，首選此鋼種。種。l滲滲C C型塑料模具鋼：對(duì)受沖擊大的塑料模具零件，型塑料模具鋼：對(duì)受沖擊大的塑料模具零件，要求表面硬心部韌，采用滲要求表面硬心部韌，采用滲C C鋼。一

15、般零件采用鋼。一般零件采用2020CrCr。對(duì)表面質(zhì)量要求很高的零件采用專門鋼種：對(duì)表面質(zhì)量要求很高的零件采用專門鋼種：1212CrNi3ACrNi3A。塑料模具鋼及其熱處理l耐腐蝕型塑料模具鋼用于制造對(duì)金屬有腐蝕作用的耐腐蝕型塑料模具鋼用于制造對(duì)金屬有腐蝕作用的塑料制品模具塑料制品模具 零件。零件。l典型鋼種有：典型鋼種有：Cr13、9Cr18等可強(qiáng)化馬氏體不銹鋼。等可強(qiáng)化馬氏體不銹鋼。其熱處理與一般不銹鋼制品熱處理相同。其熱處理與一般不銹鋼制品熱處理相同。l時(shí)效硬化時(shí)效硬化型塑料模具鋼：對(duì)于形狀復(fù)雜、高精度、型塑料模具鋼：對(duì)于形狀復(fù)雜、高精度、長(zhǎng)壽命的塑料模具零件為減少熱處理變形和提高模長(zhǎng)

16、壽命的塑料模具零件為減少熱處理變形和提高模具零件的精度保持性采用時(shí)效硬化鋼。模具零件在具零件的精度保持性采用時(shí)效硬化鋼。模具零件在固溶處理后變軟（固溶處理后變軟（28-3428-34HRCHRC），），便于加工成型，然便于加工成型，然后再時(shí)效硬化，獲得所需綜合力學(xué)性能。后再時(shí)效硬化，獲得所需綜合力學(xué)性能。塑料模具鋼及其熱處理l馬氏體時(shí)效硬化鋼具有高屈強(qiáng)比、良好切削性能和馬氏體時(shí)效硬化鋼具有高屈強(qiáng)比、良好切削性能和焊接性能。典型鋼種有焊接性能。典型鋼種有1818NiNi在固溶狀態(tài)下硬度在固溶狀態(tài)下硬度2828HRCHRC，480 480 時(shí)效時(shí)效3 3h h，硬度可提高到硬度可提高到4343HR

17、CHRC，保溫時(shí)間更長(zhǎng)，保溫時(shí)間更長(zhǎng)，硬度可達(dá)硬度可達(dá)5252HRCHRC。l析出硬化型鋼是通過(guò)固溶處理和沉淀析出第二相而析出硬化型鋼是通過(guò)固溶處理和沉淀析出第二相而強(qiáng)化，硬度可達(dá)強(qiáng)化，硬度可達(dá)37-4337-43HRCHRC。代表性鋼號(hào)有：代表性鋼號(hào)有：2525CrNi3MoAlCrNi3MoAl。這類鋼冶金質(zhì)量高，一般采用特殊冶這類鋼冶金質(zhì)量高，一般采用特殊冶煉，純潔讀好，鏡面研磨性好。其熱處理分為：第煉，純潔讀好，鏡面研磨性好。其熱處理分為：第一次固溶（淬火），第二次固溶處理（回火）和時(shí)一次固溶（淬火），第二次固溶處理（回火）和時(shí)效處理。效處理。市場(chǎng)上常用塑料模具鋼市場(chǎng)上常用塑料模具鋼l

18、718塑料模具鋼塑料模具鋼 （ 43元元/單位）單位）l718塑料模具鋼：交貨狀態(tài)已預(yù)加硬至HB285-320（HRC30-35）不需要再淬硬，永不變形；可再加硬至HRC40。性能說(shuō)明:經(jīng)電爐精煉或電渣重溶鋼，適合電蝕（電火花）加工，易鏡面拋光；淬透性好，綜合力學(xué)性能好。主要用于：l(1)長(zhǎng)期生產(chǎn)或大型塑膠料模具；l(2)有鏡面拋光要求的大型塑料模具。l718H （ 36元元/單位）單位） 為真空熔煉之鉻-鎳-鉬合金鋼，出廠前已經(jīng)過(guò)淬硬及回火處理，具備下倆各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)淬裂和熱處理變形風(fēng)險(xiǎn) 無(wú)需熱處理費(fèi)用 縮短模具制作周期 降低模具所需成本（例，無(wú)需僑正變形） 模具易于修正 可施以氮化及火眼硬化

19、處理，以增進(jìn)模具的表面硬度及耐磨性。 718H主要用途： 大型長(zhǎng)壽命塑膠注塑模，如家電制品，電腦外殼等模具高表面光潔度之塑膠制品模具吹塑模由于硬度高，可用于塑膠模具中之滑塊成形工具，壓縮-制動(dòng)模（彎板機(jī)模），（視生產(chǎn)需要可施加火焰硬化或氮化處理）構(gòu)造零件及軸 718H鋼材特長(zhǎng)： 拋光性及加工性好,鋼材純潔度高. 出廠狀態(tài)： 預(yù)硬HB 330-370 lS136 (96元元/單位單位)lS136 高耐磨抗腐蝕預(yù)硬鏡面鋼材一勝百（瑞典）ASSAB STAVAX ESR(S-136)為高級(jí)不銹工具鋼、其具備以下的特性：l 優(yōu)良的耐腐蝕性優(yōu)良的拋光性優(yōu)良的耐磨性優(yōu)良的機(jī)械加工性 淬火時(shí)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性

20、綜合上列的優(yōu)點(diǎn)，使得該鋼種具有卓越的生産特性。l由於其優(yōu)良的耐腐蝕性，在塑料模具中使用的好處概述如下：l 較低的維修費(fèi)用模具經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用後，模穴表面仍然維持原先的光滑狀態(tài)。模具在潮濕的環(huán)境下操作lHPM38 (日立金屬 )高耐磨抗腐蝕預(yù)硬鏡面鋼材高耐磨抗腐蝕預(yù)硬鏡面鋼材 HPM38是13Cr系含Mo不銹鋼,經(jīng)過(guò)特殊溶解制造而成有很好的耐腐蝕性.因此,最適合于要求硬度高且對(duì)耐腐蝕鏡面性要求高的塑膠模具,而且,HPM38熱處理尺寸變化極小,適合精密熱處理.另外,它的浸蝕性好,有利于模具的保養(yǎng).主要用于:日用透明産品(家電,醫(yī)療,食品)高拋光要求的模具以及耐腐蝕要求的橡膠模具等.如:通訊器材零件,醫(yī)

21、療器械零件等.特點(diǎn)：拋光性非常好,耐腐蝕性佳,熱處理尺寸極小 熱作模具鋼及其熱處理熱作模具主要有鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等熱作模具主要有鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等主要失效形式：主要失效形式：斷裂（開(kāi)裂或機(jī)械疲勞裂紋）、塑性變形或型腔堆塌、熱疲勞、熱磨損和熱熔損.l熱作模具鋼的主要特點(diǎn)：熱作模具鋼的主要特點(diǎn)：除良好的工藝性能外，還要求在不同溫度下具有高的強(qiáng)度、韌性、硬度、熱穩(wěn)定性。一般含C量較低，多元合金化（含Cr、W、Mo、Ni、V、Si、Co等）l較高韌性熱作模具鋼：較高韌性熱作模具鋼：用于制造受沖擊載荷較大的熱作模具工作零件。l典型鋼號(hào)：典型鋼號(hào)：5CrNiMo和5CrMnMo。熱作模具鋼及其

22、熱處理l高熱強(qiáng)性熱作模具鋼：高熱強(qiáng)性熱作模具鋼：主要制作壓鑄模、機(jī)鍛模的工作主要制作壓鑄模、機(jī)鍛模的工作零件。要求有較高的熱強(qiáng)性、熱疲勞性、熱熔損、回火抗零件。要求有較高的熱強(qiáng)性、熱疲勞性、熱熔損、回火抗力、熱穩(wěn)定性。一般含較多力、熱穩(wěn)定性。一般含較多Cr、W、Si、Mo、V等合金元等合金元素。代表鋼號(hào)有：素。代表鋼號(hào)有： 4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1(國(guó)外牌號(hào)國(guó)外牌號(hào)H13)、4Cr3Mo3SiVl高耐磨性熱作模具鋼：高耐磨性熱作模具鋼：具有紅硬性和良好的熱磨損性，具有紅硬性和良好的熱磨損性，有較高的高溫強(qiáng)度、高溫韌性和熱穩(wěn)定性。代表鋼號(hào)：有較高的高溫強(qiáng)度、高溫韌性和熱穩(wěn)定性。代表鋼號(hào)：3Cr2W8V，含含W量高。淬火溫度高：量高。淬火溫度高：1100-1150 ，為為減減少變形，要緩慢升溫，對(duì)復(fù)雜、大型件應(yīng)預(yù)熱少變形，要緩慢升溫，對(duì)復(fù)雜、大型件應(yīng)預(yù)熱其他模具材料