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(qiáng)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(jí)，普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的等級(jí)用其屈服強(qiáng)度表示，即“Q”。如Q235(相當(dāng)于老品牌A3)。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的等級(jí)是用其每萬(wàn)個(gè)碳原子的平均含量來(lái)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(lái)表示，如T8和T10(A)。合金鋼的編號(hào)原則，“數(shù)字合金元素符號(hào)編號(hào)”。前面的數(shù)字表示平均碳含量：百分之一萬(wàn)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(hào)后的數(shù)字表示平均百分含量，小于1.5時(shí)不得標(biāo)注。1.5-2.5的合金元素含量標(biāo)為“2”，2.5-3.5標(biāo)為“3”，依此類推。常用模具材料有很多種材料可以用來(lái)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(jí)：T7(A)、T8(A)、T10(A)、T12(A)。特點(diǎn)：價(jià)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(kāi)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(jiǎn)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(xì)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(xì)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(shí)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(xì)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(qiáng)度高，韌性好。良好的淬透性、耐回火性、導(dǎo)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(qiáng)度和韌性低于Cr12MoV。D2鋼是近年來(lái)用來(lái)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(xì)。3Cr2W8V鋼，H13鋼(4Cr5MoV1Si)，H11鋼(4Cr5MoVSi)，鎢系列低碳高合金鋼。H13鋼的力學(xué)性能優(yōu)于3Cr2W8V鋼，只是強(qiáng)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(dǎo)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(hào)RM2 4Cr3Mo3W4VNb鋼：代號(hào)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(méi)有熱處理變形。7CrSiMnMoV鋼：強(qiáng)度高，韌性好，焊接性好。適用于制造結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的模具零件。鋼中碳含量為0.7-0.9，合金元素含量超過(guò)15，屬于萊氏體鋼。高淬透性，可通過(guò)空氣冷卻進(jìn)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(guò)熱處理消除。交叉鐓粗必須重復(fù)進(jìn)行，以打破粗碳化物并使其均勻分布。經(jīng)過(guò)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(fù)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(qiáng)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(qiáng)度和高硬度。(成分和性能見(jiàn)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(xì)小的硬質(zhì)顆粒分散在具有一

7、定強(qiáng)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(guò)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(xué)成分見(jiàn)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(duì)提高模具質(zhì)量和延長(zhǎng)模具壽命有很大影響。選擇模具材料時(shí)，要綜合考慮工作條件、性能要求、形狀尺寸、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。有時(shí)，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(jī)械性能、高溫性能、表面性能、工藝性能

8、和經(jīng)濟(jì)性等。機(jī)械性能：硬度、強(qiáng)度、韌性、高溫性能：高溫強(qiáng)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(jì)性：資源條件、市場(chǎng)供應(yīng)、價(jià)格、各種模具的工作條件。例如，冷沖壓模具：高強(qiáng)度和高硬度。冷擠壓模具：高強(qiáng)度(抗壓強(qiáng)度、斷裂強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度)、高韌性和高硬度。熱鍛模：高溫強(qiáng)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(dǎo)熱系數(shù)高。塑料模具：高強(qiáng)度和硬度，高耐腐蝕性，良好的機(jī)械加工性，良好的拋光性，高導(dǎo)熱性，焊接性和機(jī)械加工性。橡膠模具：耐腐蝕性、耐熱性、拋光性

9、、一定的強(qiáng)度和硬度。陶瓷模具：高硬度、耐熱性、拋光性、一定的強(qiáng)度和韌性。玻璃模具：耐熱、耐腐蝕、耐磨、導(dǎo)熱，具有一定的強(qiáng)度和韌性。表A-6常用模具鋼的性能特點(diǎn)和用途(續(xù))，表A-6常用模具鋼的性能特點(diǎn)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(duì)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(jìn)行分析。形狀復(fù)雜，精度高，變形小，導(dǎo)熱性好，膨脹系數(shù)小，載荷大，摩擦、磨損強(qiáng)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(bào)尺寸和形狀復(fù)雜的小淬火變形往往包含精細(xì)結(jié)構(gòu)、高切削性、高精度、小熱處理變形、易磨削產(chǎn)品、復(fù)雜生產(chǎn)工藝條件、易磨削和可焊性。經(jīng)濟(jì)(制造成本):盡量考慮便宜的價(jià)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(guó)，塑料模具用鋼還沒(méi)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(fù)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(fù)它們。為了滿足塑料模具日益增長(zhǎng)的需求。國(guó)外塑料模具用鋼通常是根據(jù)我國(guó)的具體情況來(lái)參考和選擇的。塑料模具用鋼的選擇原則是有足夠的強(qiáng)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)??；良好的表面熱處理性能。45、40Cr、T10A、低熔點(diǎn)合金和鋅基合金被選擇用于簡(jiǎn)單形狀。形狀復(fù)雜，選用9Mn2V、GCr15、CrWMn、Cr12MoV、H11(H13)鋅基合金和鈹青銅?？蛇x用高精度、長(zhǎng)壽命、低表面粗糙度的進(jìn)口鋼材：美國(guó)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(jī)械性能，機(jī)械性能，加工性能等滿足特定的要求。熱處理的三個(gè)階段：加熱：使工件以一定的加熱速度達(dá)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(dāng)?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(diǎn)以上的某一溫度，然后保持一段時(shí)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(zhǔn)備(均勻組織)。退火完全退火(再結(jié)晶退火)，球化退火，擴(kuò)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(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對(duì)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(shí)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(jī)械性能。回火：加熱到低于A1的某一溫度一段時(shí)間，然后冷卻。功能：消除淬火應(yīng)力，改變淬火組織，適當(dāng)提高強(qiáng)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(qiáng)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(xué)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(xué)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(qiáng)化處理技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用(1)滲氮處理的特點(diǎn)(1)滲氮后模具的性能特點(diǎn)。高表面硬度、高紅色硬度、顯著提高的疲勞強(qiáng)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(gè)基本過(guò)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(kuò)散。工藝參數(shù)滲氮的主要工藝參數(shù)是滲氮溫度、滲氮時(shí)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(jī)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(duì)模具進(jìn)行脫脂、除銹、清洗和保護(hù)。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(guó)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(duì)于要求較低的型芯，滲硼后可空冷，對(duì)于具有足夠內(nèi)部強(qiáng)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(duì)熱態(tài)工作或承受強(qiáng)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(xué)沉積原理通過(guò)氣相沉積涂覆碳化鈦表面的方法稱為化學(xué)氣相沉積，簡(jiǎn)稱化學(xué)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(fù)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(diǎn)，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?yàn)槟撤N性能打下基礎(chǔ)；后續(xù)治療通常補(bǔ)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