模具材料與熱處理 課件 項(xiàng)目3 模具材料的性能、質(zhì)量檢驗(yàn)與選用

項(xiàng)目三模具材料的性能、質(zhì)量檢驗(yàn)與選用項(xiàng)目內(nèi)容模具材料的性能與質(zhì)量檢驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)了解模具材料的性能與質(zhì)量檢驗(yàn)主要知識(shí)點(diǎn)模具與模具材料的分類模具鋼的分類模具鋼的冶金生產(chǎn)工藝模具鋼的熱加工工藝模具材料的性能要求模具材料的質(zhì)量檢驗(yàn)我國模具鋼的技術(shù)要求模具材料的選用原則3.1模具與模具材料的分類3.1.1模具與模具材料的分類1.模具分類1）冷作模具冷作模具包括冷沖壓模、冷擠壓模、冷鐓模、拉絲模等。2）熱作模具熱作模具包括熱鍛模、熱精鍛模、熱擠壓模、壓鑄模、熱沖裁模等。3）成型模具成型模具包括塑料模、橡膠模、陶瓷模、玻璃模、粉末冶金模等。3.1模具與模具材料的分類3.1.1模具與模具材料的分類2.模具材料的分類3.1模具與模具材料的分類3.1.1模具與模具材料的分類3.模具鋼的分類1）依據(jù)模具鋼的特性、使用性能和工藝性能分：冷作模具鋼，熱作模具鋼和塑料模具鋼。

2）按模具鋼的用途分：壓鑄模鋼、冷沖壓模具鋼、冷擠壓模具鋼、熱擠壓模具鋼、鍛模模具鋼等。

3）按模具鋼的化學(xué)成分（合金化）來分：非合金模具鋼、高碳高鉻型模具鋼、低合金模具鋼、中合金空氣淬硬鋼、高合金模具鋼等。4）按模具鋼的工藝特點(diǎn)分水淬模具鋼、油淬模具鋼、空冷模具鋼、易切削模具鋼、火焰淬火模具鋼、滲碳型模具鋼、預(yù)硬型模具鋼、時(shí)效硬化型模具鋼等。3.2模具鋼的生產(chǎn)加工工藝3.2.1模具鋼的冶金生產(chǎn)工藝1.電爐冶煉電爐煉鋼的鋼水化學(xué)成分容易控制，因而鋼材質(zhì)量好，可冶煉高級(jí)優(yōu)質(zhì)特殊鋼材。2.電渣重熔電渣重熔生產(chǎn)的模具鋼，其內(nèi)部組織均勻，等向性能好，碳化物分布均勻細(xì)小，提高了模具鋼材的質(zhì)量。3.爐外精煉

表3-14Cr5MoSiV1重熔鋼和電爐鋼鍛材性能的比較3.2模具鋼的生產(chǎn)加工工藝3.2.2模具鋼的熱加工工藝

1.鋼錠鍛軋經(jīng)不同方法冶煉的模具鋼澆注成所需鋼錠，經(jīng)過鍛造或軋制生產(chǎn)出所需要的毛坯。

2.鋼坯改鍛由于模具鋼含碳量及合金量很高，經(jīng)鋼廠鍛軋后，鋼坯中共晶碳化物不均勻度仍較大，偏析嚴(yán)重。使用單位從冶金廠購進(jìn)的鋼材首先應(yīng)檢驗(yàn)共晶碳化物的分布，如果不均勻度大于3級(jí)，則應(yīng)進(jìn)行改鍛。3.鍛軋工藝常用合金模具鋼的鍛造工藝，見表3-2。鍛軋工藝的關(guān)鍵是鍛造溫度范圍的選擇，包括加熱溫度、始鍛溫度和終鍛溫度。此外，消除疏松、枝狀晶和碳化物等缺陷必須要保證一定的鍛造比。鍛造比的確定與模具類型有關(guān)。表3-2常用合金模具鋼的鍛造工藝3.2模具鋼的生產(chǎn)加工工藝3.2模具鋼的生產(chǎn)加工工藝3.2.2模具鋼的熱加工工藝

4.鍛軋工藝應(yīng)用Cr12型冷模鋼的塑性很差，共晶碳化物的分布對(duì)使用性能影響極大。通常，為進(jìn)一步降低共晶碳化物級(jí)別，冶金廠供給的模具坯料需經(jīng)使用單位多次反復(fù)徽拔改鍛后才能使用。5.鍛造缺陷及預(yù)防模具鋼鍛造中產(chǎn)生的主要缺陷是裂紋和開裂。（1）由于加熱不當(dāng)而引起的鍛造開裂（2）由于鍛打變形不當(dāng)而引起的裂紋（3）終鍛溫度不當(dāng)影響鍛件質(zhì)量（4）鍛后冷卻不當(dāng)對(duì)鍛件質(zhì)量的影響（5）鍛后出現(xiàn)白點(diǎn)（發(fā)裂）3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.1模具材料的性能要求

模具材料的使用性能要求1）強(qiáng)度2）韌性3）硬度和熱硬性4）耐磨性5）抗疲勞性3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.1模具材料的性能要求

2.模具鋼的常規(guī)力學(xué)性能1）強(qiáng)度2）硬度

（1）洛氏硬度（HR）（2）布氏硬度（HB）（3）維氏硬度（HV）3）耐磨性4）塑性5）韌性6）抗熱性能：（1）熱穩(wěn)定性，（2）耐回火性7）耐蝕性3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.1模具材料的性能要求

3.模具材料的工藝性能要求1）冷加工工藝性能

：冷加工工藝性能包括切削、磨削、拋光、冷擠壓和冷拉等工藝性能。2）熱加工工藝性能：熱加工工藝性能包括熱塑性和熱加工溫度范圍等。（1）可鍛性（2）鑄造工藝性能（3）焊接性3）熱處理工藝性能：熱處理工藝性能實(shí)際上也是一種熱加工工藝性能。（1）淬硬性和淬透性（2）淬火變形和開裂傾向（3）氧化脫碳敏感性3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.1模具材料的性能要求

4.模具鋼的冶金質(zhì)量要求1）化學(xué)成分的均勻性：模具鋼通常是含有多元素的合金鋼，鋼在錠模中從液態(tài)凝固時(shí)，由于選向結(jié)晶的緣故，鋼液中各種元素在凝固的結(jié)構(gòu)中分布不均勻而形成偏析，這種化學(xué)成分的偏析將造成組織和性能的差異，它是影響鋼材質(zhì)量的重要因素之一。2）有害元素的含量：硫和磷在鋼凝固過程中形成磷化物和硫化物而在晶界沉淀，因而產(chǎn)生晶間脆性，使鋼的塑性降低，過高的S、P含量，會(huì)使鋼錠在軋制時(shí)易產(chǎn)生裂紋，而且會(huì)大大降低鋼的力學(xué)性能。3）鋼中的非金屬夾雜物

：質(zhì)量良好的鋼材不僅化學(xué)成分要符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并且鋼中的非金屬夾雜物的含量要盡可能地少，因?yàn)榉墙饘賷A雜物在鋼中所占的體積雖然很小，但對(duì)鋼材的性能影響卻很大。3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.1模具材料的性能要求

4.模具鋼的冶金質(zhì)量要求4）白點(diǎn)：白點(diǎn)是熱軋鋼坯和大型鍛件中比較常見的缺陷，是鋼的內(nèi)部破裂的一種。白點(diǎn)的存在對(duì)鋼的性能有極為不利的影響，這種影響主要表現(xiàn)在使鋼的力學(xué)性能降低，熱處理時(shí)使鍛件淬火開裂，或使用時(shí)發(fā)展成更為嚴(yán)重的破壞事故，所以，在任何情況下，都不能使用有白點(diǎn)的鍛件。不同的鋼對(duì)白點(diǎn)的敏感程度是不同的，一般認(rèn)為容易發(fā)生白點(diǎn)的鋼有鉻鋼、鉻鋁鋼、錳鋼、錳鋁鋼、鉻鎳鋁鋼、鉻鎢鋼等。5）氧含量：對(duì)模具鋼一般都未規(guī)定鋼中的允許的氣體含量。隨著氧含量的增加，氧化物的顆粒和數(shù)量都隨之增加，鋼的疲勞性能降低，熱裂紋也容易產(chǎn)生。6）碳化物的不均勻度：碳化物是絕大多數(shù)模具鋼的必需組分，除可溶于奧氏體的碳化物外，還會(huì)有部分不能溶于奧氏體的殘留碳化物。碳化物的尺寸、形態(tài)、分布對(duì)模具鋼的使用性能等有十分重要的影響。3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.1模具材料的性能要求

4.模具鋼的冶金質(zhì)量要求7）偏析：偏析即鋼的成分與組織不均勻性的表現(xiàn)，這是在模具鋼的低倍組織的檢驗(yàn)中常存在的一種缺陷。是鋼錠在凝固過程中形成的，與鋼的化學(xué)成分和澆注溫度等有關(guān)。一般分為樹枝狀的偏析、方形偏析、點(diǎn)狀偏析等。8）疏松：疏松是鋼的不致密性的表現(xiàn)。疏松多數(shù)出現(xiàn)在鋼錠的上部及中部，在這些地方因?yàn)榧辛溯^多的雜質(zhì)和氣體造成的。由于疏松缺陷的存在，降低了鋼的強(qiáng)度和韌性，也嚴(yán)重地影響了加工后的表面的粗糙度，在一般的模具鋼中的影響不是特別大，但如冷軋輥、大型的模塊、沖頭和塑料成型模具零件等都有較嚴(yán)格的要求。3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.2模具材料的質(zhì)量檢驗(yàn)1.宏觀檢驗(yàn)：模具鋼的宏觀檢驗(yàn)是用肉眼或在不大于10倍的放大鏡下檢查鋼材表面或斷面，以確定鋼材組織缺陷及質(zhì)量的方法。

1）酸浸檢驗(yàn)：酸浸檢驗(yàn)是常用的、最簡單的宏觀質(zhì)量檢驗(yàn)方法。

2）斷口檢驗(yàn)：斷口檢驗(yàn)也是一種重要的宏觀分析手段，可以提供某些損壞的直觀證據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)鋼材本身和模具制造中的問題。2.顯微組織檢驗(yàn)：顯微組織檢驗(yàn)是控制模具鋼質(zhì)量必要手段之一。通過在光學(xué)顯微鏡或其他顯微鏡下觀察鋼材組織，根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定判斷質(zhì)量和生產(chǎn)工藝是否合格或完善，并分析產(chǎn)生某些缺陷的原因。3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.3我國模具鋼的技術(shù)要求1.鋼號(hào)系列：在GB/T1299——2000標(biāo)準(zhǔn)中，共納入合金工具鋼37個(gè)鋼號(hào)，其中量具刃具用鋼6個(gè)，耐沖擊用鋼5個(gè)，冷作模具鋼11個(gè)，熱作模具鋼12個(gè)，無磁模具鋼1個(gè)，塑料模具鋼2個(gè)。2.化學(xué)成分：對(duì)鋼的有害元素的規(guī)定，日本的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定較嚴(yán)，我國與美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定相類似，比德國的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定嚴(yán)格。對(duì)成品的化學(xué)成分的偏差只有我國與日本的標(biāo)準(zhǔn)有規(guī)定。尤其規(guī)定殘余w(Cu）含量應(yīng)不大于0.30%,w(Cu+Ni）含量應(yīng)不大于0.55%。3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.3我國模具鋼的技術(shù)要求3.低倍組織：在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，鋼材應(yīng)檢驗(yàn)低倍組織，在酸浸低倍試片上不得有目視可見的縮孔、夾雜、分層、裂紋、氣泡和白點(diǎn)。表3-8GB/T1299——2000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的低倍組織合格級(jí)別3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.3我國模具鋼的技術(shù)要求4.交貨狀態(tài)：除了美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定交貨狀態(tài)為退火、淬火或回火外，其他工業(yè)先進(jìn)國家的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以退火狀態(tài)交貨。但是，在塑料模具鋼方面用戶己經(jīng)要求以預(yù)硬化狀態(tài)交貨。模塊要求六面進(jìn)行機(jī)加工狀態(tài)交貨。我國一般規(guī)定退火狀態(tài)交貨。5.硬度：交貨狀態(tài)鋼材和試樣淬火后的硬度值，必須按表3-9的規(guī)定。表3-9GB/T1299——2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼材的退火硬度和淬、回火硬度表3-9GB/T1299——2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼材的退火硬度和淬、回火硬度3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.3我國模具鋼的技術(shù)要求6.脫碳：我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)脫碳層深度采用線性公式，美國標(biāo)準(zhǔn)和日本標(biāo)準(zhǔn)都是按鋼材截面尺寸分組距作出不同規(guī)定，顯然我國所用線性公式較為科學(xué)合理。表3-10GB/T1299——2000對(duì)脫碳層規(guī)定3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.3我國模具鋼的技術(shù)要求7.高倍組織：我國GB/T1299——2000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了珠光體組織、網(wǎng)狀碳化物和共晶碳化物不均勻度3套金相評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與合格級(jí)別。1）珠光體組織（1）退火狀態(tài)交貨的9SiCr、Cr2、CrWMn、9CrWMn、CrO6、W和9Cr2鋼應(yīng)檢驗(yàn)珠光體組織，并按本標(biāo)準(zhǔn)所附第一級(jí)別評(píng)定，合格級(jí)別為1～5級(jí)。制造螺紋刃具用的9SiCr退火鋼材，其珠光體組織合格級(jí)別為2～4級(jí)。（2）退火狀態(tài)交貨的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr鋼應(yīng)檢驗(yàn)網(wǎng)狀碳化物，并按本標(biāo)準(zhǔn)所附第二級(jí)別圖評(píng)定。截面尺寸不大于60mm2的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr鋼材，其合格級(jí)別不大于3級(jí)。制造螺紋刃具用的不大于600的9SiCr退火鋼材，其網(wǎng)狀碳化物的合格級(jí)別為不大于2級(jí)。3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.3我國模具鋼的技術(shù)要求7.高倍組織：我國GB/T1299——2000標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了珠光體組織、網(wǎng)狀碳化物和共晶碳化物不均勻度3套金相評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與合格級(jí)別。2）共晶碳化物不均勻度表3-35GB/T1299——2000標(biāo)準(zhǔn)對(duì)共晶碳化物合格級(jí)別的規(guī)定3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.3我國模具鋼的技術(shù)要求8.鋼材的表面質(zhì)量：1）供壓力加工用的熱軋和鍛制鋼材：供壓力加工用的熱軋和鍛制鋼材，表面不得有目視可見的裂紋、折疊、結(jié)疤和夾雜表3-36GB/T1299——2000標(biāo)準(zhǔn)中熱軋和鍛制鋼材表面缺陷允許清除的深度

3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)3.3.3我國模具鋼的技術(shù)要求8.鋼材的表面質(zhì)量：2）供切削加工用的熱軋和鍛制鋼材：供切削加工用的熱軋和鍛制鋼材，表面允許有從鋼材公稱尺寸算起深度不大于表3-13的規(guī)定缺陷。3）冷拉鋼材：冷拉鋼材表面應(yīng)潔凈、光滑、不應(yīng)有裂紋、折疊、結(jié)疤、夾雜和氧化鐵皮。經(jīng)熱處理的冷拉鋼材表面允許有氧化色或輕微氧化層。表3-37GB/T1299——2000標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定切削用鋼材表面局部缺陷允許深度3.3模具材料的性能要求與質(zhì)量檢驗(yàn)

3.3.3我國模具鋼的技術(shù)要求9.特殊要求：根據(jù)需方的要求，供需雙方協(xié)議，合金模具鋼可以增加其他的檢驗(yàn)項(xiàng)目，評(píng)級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)方法和合格的標(biāo)準(zhǔn)由雙方協(xié)商。主要有非金屬夾雜物、晶粒度、淬透性等。3.4模具材料的選用原則3.4.1滿足模具的使用