常用模具材料及熱處理

1、第二章常用模具材料及熱處理，1常用模具材料，2模具熱處理，3模具表面強化處理，1常用模具材料，主要滿足鋼材的特殊要求。還有一些其他類型的材料。鋼：碳鋼(普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼)合金鋼(合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、不銹鋼)、級，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的等級用其屈服強度表示，即“Q”。如Q235(相當于老品牌A3)。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的等級是用其每萬個碳原子的平均含量來表示的，如20鋼、45鋼、40鋼等。碳素工具鋼的品牌以其千分之幾的平均碳含量來表示，如T8和T10(A)。合金鋼的編號原則，“數(shù)字合金元素符號編號”。前面的數(shù)字表示平均碳含量：百分之一萬的結(jié)構(gòu)鋼，兩位數(shù)；工具鋼的千分之一，一位數(shù)

2、。高碳含量并不意味著。合金元素符號后的數(shù)字表示平均百分含量，小于1.5時不得標注。1.5-2.5的合金元素含量標為“2”，2.5-3.5標為“3”，依此類推。常用模具材料有很多種材料可以用來制造模具，包括各種碳素工具鋼、合金鋼、硬質(zhì)合金、鑄鐵、有色金屬和合金、非金屬材料等。碳合金工具鋼的碳含量：0.7-1.4。主要等級：T7(A)、T8(A)、T10(A)、T12(A)。特點：價格低廉，切割性能好。淬火后硬度和耐磨性高，淬透性低，必須淬火，變形和開裂傾向大，回火穩(wěn)定性差，紅色硬度(250)低。適用范圍：尺寸小，形狀簡單，載荷小，冷加工模具。低合金工具鋼CrWMn、9Mn2V、5CrNiMo、9

3、SiCr、GCr15、5CrMnMO合金含量：1-3。耐磨性和紅色硬度較高?；鼗鸱€(wěn)定性好，熱處理變形小。CrWMn鋼：(各種中小型冷加工模具)鎢形成的碳化物具有高硬度，可細化晶粒，提高韌性。淬火后殘余奧氏體較多，所以變形較小。9Mn2V鋼：(沖裁模，彎曲模)，釩(v)的加入能顯著細化晶粒，提高韌性。錳含量一般控制在2。9SiCr鋼：(滾絲板，滾絲模)在250回火時具有回火脆性。更高的硬化能力和更好的回火穩(wěn)定性。淬透性優(yōu)于9Mn2V。GCr15鋼：常用軸承鋼，具有高淬透性和耐磨性。鉻的加入可以提高淬透性，細化碳化物并使其均勻分布。5CrMnMO鋼：(彎曲熱模，切邊模)5CrNiMo中碳低合金鋼，

4、典型的熱作模具鋼。強度高，韌性好。良好的淬透性、耐回火性、導熱性、抗熱疲勞性和耐磨性。高合金工具鋼：Cr12型鋼包括Cr12和Cr12MoV高碳高合金鋼、工具鋼和萊氏體鋼，具有高淬透性、極高的淬火硬度和小的熱變形。與cr12mov相比，Cr12鋼含碳量高，碳化物多，但分布不均勻。Cr12鋼的強度和韌性低于Cr12MoV。D2鋼是近年來用來替代Cr12MoV鋼的一種新型鋼。D2鋼中碳化物的數(shù)量增加，顆粒變細。3Cr2W8V鋼，H13鋼(4Cr5MoV1Si)，H11鋼(4Cr5MoVSi)，鎢系列低碳高合金鋼。H13鋼的力學性能優(yōu)于3Cr2W8V鋼，只是強度略低于3Cr2W8V鋼，是一種替代鋼。

5、良好的氮化性能。熱膨脹系數(shù)小，耐磨性和紅色硬度好，導熱性好。熱處理變形小，但高溫韌性差。3Cr3MoW2V鋼：HM1代碼適用于在快速冷卻和加熱條件下工作。5Cr4W5Mo2V鋼：代號RM2 4Cr3Mo3W4VNb鋼：代號GR，高溫性能好的熱作模具鋼。8Cr2MnWMoVS鋼：適用于精密塑料模具?？諝饫鋮s微變形，易于切割。調(diào)質(zhì)態(tài)HRC40-50的硬度。淬火和回火后，切割可以直接應(yīng)用，沒有熱處理變形。7CrSiMnMoV鋼：強度高，韌性好，焊接性好。適用于制造結(jié)構(gòu)和形狀復雜的模具零件。鋼中碳含量為0.7-0.9，合金元素含量超過15，屬于萊氏體鋼。高淬透性，可通過空氣冷卻進行硬化。高速鋼中含有大

6、量分布不均勻的粗碳化物，不能通過熱處理消除。交叉鐓粗必須重復進行，以打破粗碳化物并使其均勻分布。經(jīng)過多次回火，大部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，彌散的碳化物從馬氏體中析出。(300左右回火脆性區(qū))、硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金，是一種用難熔金屬碳化物(碳化鎢、碳化鈦等)粉末冶金生產(chǎn)的多相復合材料。)作為硬相，鐵族金屬(鈷或鎳)作為粘結(jié)相。鎢鈷(YG):具有高強度和韌性，主要用于制造模具。鎢鈷鈦(YT):高紅色硬度和耐氧性。通用硬質(zhì)合金(YW):高強度和高硬度。(成分和性能見P244表4-2。)，鋼結(jié)硬質(zhì)合金是一種以合金鋼為基體，以TiCiWC為硬質(zhì)相的新型粉末冶金模具材料。許多細小的硬質(zhì)顆粒分散在具有一

7、定強度和硬度的合金鋼基體上。功能：它具有鋼的延展性、可加工性、熱處理等性能，在熱處理過程中變形很小。淬火后，它具有硬質(zhì)合金的硬度和硬度。兩種：硬質(zhì)相碳化鈦；碳化鎢用作硬質(zhì)相。由于基質(zhì)(粘合劑)的種類不同，許多性質(zhì)也不同。鉻鉬鋼、不銹鋼、高速鋼等可用作硬質(zhì)合金基體。(性能和一般化學成分見P245表A-3和表A-4)，2。模具鋼的選擇及其鍛造或熱處理是模具制造技術(shù)的關(guān)鍵之一。這對提高模具質(zhì)量和延長模具壽命有很大影響。選擇模具材料時，要綜合考慮工作條件、性能要求、形狀尺寸、結(jié)構(gòu)特點等。有時，模具材料的性能要求存在矛盾，需要正確選擇和平衡。模具材料的一般要求，包括機械性能、高溫性能、表面性能、工藝性能

8、和經(jīng)濟性等。機械性能：硬度、強度、韌性、高溫性能：高溫強度、抗氧化性、抗熱疲勞性、回火穩(wěn)定性、小熱膨脹系數(shù)、表面性能：耐磨性、耐腐蝕性、工藝性能：可加工性、電加工性、拋光性、可鍛性、淬透性、熱處理性能、可焊性、經(jīng)濟性：資源條件、市場供應(yīng)、價格、各種模具的工作條件。例如，冷沖壓模具：高強度和高硬度。冷擠壓模具：高強度(抗壓強度、斷裂強度和疲勞強度)、高韌性和高硬度。熱鍛模：高溫強度、硬度、耐腐蝕性、高溫回火穩(wěn)定性、高溫抗氧化性、抗熱疲勞性、熱膨脹系數(shù)小、導熱系數(shù)高。塑料模具：高強度和硬度，高耐腐蝕性，良好的機械加工性，良好的拋光性，高導熱性，焊接性和機械加工性。橡膠模具：耐腐蝕性、耐熱性、拋光性

9、、一定的強度和硬度。陶瓷模具：高硬度、耐熱性、拋光性、一定的強度和韌性。玻璃模具：耐熱、耐腐蝕、耐磨、導熱，具有一定的強度和韌性。表A-6常用模具鋼的性能特點和用途(續(xù))，表A-6常用模具鋼的性能特點和用途(續(xù))，模具材料的一般選擇原則，模具材料的選擇，主要是成型件和工藝件，一般在某些方面要求較高的性能，這方面的材料選擇對模具的質(zhì)量、使用壽命、制造和成本有很大的影響。一般原則：滿足性能要求。主要從工作條件、模具結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形狀和尺寸、生產(chǎn)批量等方面進行分析。形狀復雜，精度高，變形小，導熱性好，膨脹系數(shù)小，載荷大，摩擦、磨損強度高，硬度高，沖擊載荷大，韌性高，表面光滑拋光，制造工藝性能好。易于制造

10、、加工和修改。情報尺寸和形狀復雜的小淬火變形往往包含精細結(jié)構(gòu)、高切削性、高精度、小熱處理變形、易磨削產(chǎn)品、復雜生產(chǎn)工藝條件、易磨削和可焊性。經(jīng)濟(制造成本):盡量考慮便宜的價格、豐富的資源和方便的供應(yīng)。塑料模具材料的選擇在中國，塑料模具用鋼還沒有形成特殊的鋼系列，通常使用普通工具鋼。例如T10A、CrWMn、Cr12MoV鋼等。這些鋼的可加工性差，因此很難制造具有復雜型腔的塑料模具，并且一旦熱處理后變形超出公差范圍，就很難修復它們。為了滿足塑料模具日益增長的需求。國外塑料模具用鋼通常是根據(jù)我國的具體情況來參考和選擇的。塑料模具用鋼的選擇原則是有足夠的強度和硬度；良好的可加工性；良好的拋光性能；

11、良好的電氣可加工性；良好的耐腐蝕性；良好的淬透性；良好的照相腐蝕加工性能；良好的焊接性能；熱處理變形小，熱膨脹系數(shù)小；良好的表面熱處理性能。45、40Cr、T10A、低熔點合金和鋅基合金被選擇用于簡單形狀。形狀復雜，選用9Mn2V、GCr15、CrWMn、Cr12MoV、H11(H13)鋅基合金和鈹青銅?？蛇x用高精度、長壽命、低表面粗糙度的進口鋼材：美國P6、P20和PPT；每日高功率微波1，釔鋁石榴石；睿S136 (H)，2模具熱處理，熱處理的目的：有目的地改變鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使機械性能，機械性能，加工性能等滿足特定的要求。熱處理的三個階段：加熱：使工件以一定的加熱速度達到特定的溫度；保溫：使

12、工件內(nèi)外溫度均勻；冷卻：將工件放在適當?shù)睦鋮s劑中，以一定的冷卻速度冷卻到特定的溫度。常用的工藝方法：退火、正火、淬火、回火、退火：將工件加熱到臨界點以上的某一溫度，然后保持一段時間，然后用爐子慢慢冷卻；功能：獲得穩(wěn)定的組織，消除鍛造應(yīng)力和加工硬化，為最終熱處理做組織準備(均勻組織)。退火完全退火(再結(jié)晶退火)，球化退火，擴散退火，應(yīng)力消除退火，低溫退火，正火，加熱到Ac3或Accm以上30-50C，然后在空氣中冷卻。功能：可消除冷加工、鍛造或快速冷卻過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對于含碳量低于0.45的碳鋼，可以用正火代替退火。退火和正火的溫度范圍：淬火：加熱到淬火溫度以上一定溫度后，保持一段時間，然后

13、將工件放入冷卻介質(zhì)(水、油、鹽溶液)中，以很快的速度冷卻，得到馬氏體組織。冷卻速度大于臨界速度。淬火是容易發(fā)生的：它產(chǎn)生結(jié)構(gòu)應(yīng)力和熱應(yīng)力，裂紋或增加變形量和不均勻的所有方向。淬火可以提高硬度、耐磨性等機械性能?；鼗穑杭訜岬降陀贏1的某一溫度一段時間，然后冷卻。功能：消除淬火應(yīng)力，改變淬火組織，適當提高強度和韌性。由滲碳體(Fe3C)和溶解在鐵中的碳形成的固溶體稱為奧氏體(用A表示)，溶解在鐵中的碳形成鐵素體。和3模具的表面得到強化。物理表面處理方法：高頻淬火、火焰淬火、激光熱處理、加工硬化化學表面處理方法：滲碳、滲氮、低溫氮碳共滲、滲硫、金屬化、碳化物鹽浴涂層表面處理方法：電鍍、化學氣相沉積、

14、真空鍍膜、離子噴涂、噴涂、熱噴涂、表面合金化，以改變表面層的成分、結(jié)構(gòu)和性能，匹配合適的核心性能。模具表面強化處理技術(shù)的特點及應(yīng)用(1)滲氮處理的特點(1)滲氮后模具的性能特點。高表面硬度、高紅色硬度、顯著提高的疲勞強度、提高的模具耐腐蝕性、低氮化溫度、氮化后模具變形最小、降低的模具表面粗糙度和提高的抗咬合能力。2.模具的滲氮方法包括氣體滲氮、氣體低溫氮碳共滲和離子滲氮。氣體滲氮的基本原理類似于滲碳，滲碳包括三個基本過程：活性原子的產(chǎn)生、活性原子在零件表面的吸收以及活性原子從模具表面向內(nèi)部的擴散。工藝參數(shù)滲氮的主要工藝參數(shù)是滲氮溫度、滲氮時間和氨分解率。氣體低溫氮碳共滲的常用方法有：尿素氣體低

15、溫氮碳共滲；有機液體滴注氣體低溫氮碳共滲；氨加熱氣體低溫氮碳共滲；在氮碳共滲前，應(yīng)對模具進行脫脂、除銹、清洗和保護。離子滲氮、(2)模具滲硼和滲鉻。滲硼滲硼方法包括固體滲硼、氣體滲硼和鹽浴滲硼。鹽浴滲硼和固體滲硼在我國應(yīng)用廣泛。滲硼前后的熱處理：滲硼前，應(yīng)修整模具并消除應(yīng)力，以避免滲硼后不均勻的滲層和變形，并清潔模具表面。對于要求較低的型芯，滲硼后可空冷，對于具有足夠內(nèi)部強度的型芯，滲硼后應(yīng)淬火回火。滲鉻方法有很多，常用的有固體滲鉻、液體滲鉻、氣體滲鉻、粉末滲鉻和真空密封滲鉻。模具滲鉻的應(yīng)用：滲鉻對熱態(tài)工作或承受強磨損的模具有顯著效果，適用于冷加工和熱加工模具，如錘鍛模具、壓力鍛模具、塑料模具

16、和深沖模具。(3)鹽浴涂覆(4)模具表面的涂覆處理(1)根據(jù)化學沉積原理通過氣相沉積涂覆碳化鈦表面的方法稱為化學氣相沉積，簡稱化學氣相沉積。該工藝適用于各種深沖模具、冷擠壓模具、落料模具、粉末冶金模具和陶瓷模具等。碳化鈦氣相沉積后，Cr12鋼拉伸模的使用壽命可提高8-30倍。(5)復合熱處理是一種很有前途的工藝方法，它合理地結(jié)合了傳統(tǒng)的熱處理方法，充分發(fā)揮了各自的特點，取得了比單一熱處理更好的效果。一般組合原則：第一種處理一般是賦予工件某種性能或為某種性能打下基礎(chǔ)；后續(xù)治療通常補充和改善先前治療的效果，或提供新的表現(xiàn)。后續(xù)治療的溫度不應(yīng)改變第一次治療獲得的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，至少不應(yīng)改變心臟的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。后續(xù)處理不