模具选材及热处理工艺

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1、第八章模具材料及热处理第一节模具材料概述一、模具的分类根据模具的工作条件，可将模具分为以下三大类：1.冷作模具：包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉深模、拉丝模、滚丝模、剪切模等。2.热作模具：包括热锻压模（热锻模、高速锤锻模、精密锻造模）、热挤压模、热冲裁模、压铸模等。3.成形模具：包括塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末冶金模具等。汽车模具系列保险杠注射模轮毂压铸模轮胎橡胶模密封圈挤出模大型覆盖件模反光镜玻璃模绝缘陶瓷模举例:二、模具失效的概念1.模具的服役：模具经安装、调试后，正常生产合格产品的过程称为模具的服役。2.模具的损伤：模

2、具在使用过程中，虽然出现尺寸变化（变形、磨损等）、微裂纹等缺陷，但没有丧失服役能力的状态。—称为有病状态，要及时维修。3.模具的失效：模具损坏到不可修复，且不能生产出合格产品的状态；模具的失效按照发生时间的早晚可分为正常失效和早期失效。三、常见的失效形式塑性断裂1.断裂失效脆性断裂疲劳断裂过量弹性变形2.过量变形失效过量塑性变形（局部塌陷、局部镦粗、型腔胀大）蠕变(金属在高温环境下，即使所受的力小于屈服点，也会随时间的增长发生缓慢的永久变形的现象）超限表面磨损（粘着、磨粒、氧化、疲劳磨损等）3.表面损伤表面腐蚀（冲蚀、浸蚀、熔蚀等）4

3、.疲劳及热疲劳失效—疲劳裂纹四、模具材料五、模具材料的性能要求模具的工作条件复杂，工作温度高低不一，失效形式多样，对各类模具性能要求不同。模具的服役条件比较恶劣，一般承受高压、冲击、振动、摩擦、弯扭、拉伸等载荷；工作温度有的很高；精度要求很高；磨损、变形、疲劳、断裂时有发生。模具材料的性能相对一般零件为高，一般从使用性能和工艺性能二大方面考虑。（一）使用性能要求1.硬度和热硬性☆成形模具应具有足够高的硬度，才能确保使用寿命。冷作模具一般要求硬度在60HRC以上；热作模具一般在40～52HRC范围内，塑料模具通常在45～60HRC内考虑

4、。☆硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标，是指材料抵抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的能力。它是强度、塑性、韧性、耐磨性等指标的综合反映，因此在零件图上常常标注硬度值，作为技术要求。☆热硬性是指模具在受热或高温条件下保持高硬度的能力；如热作模具和部分冷作模具要求具有一定的热硬性。☆材料的硬度和热硬性主要取决于材料的成分、热处理工艺及表面处理工艺。(1)布氏硬度HB适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻软的轴承合金。布氏硬度计适用范围:＜450HBS;＜650HBW;(2)洛氏硬度定义：每0.002mm相当于洛氏1度。洛氏硬度

5、常用标尺有：B、C、A三种①HRB轻金属，未淬火钢②HRC较硬，淬硬钢制品③HRA硬、薄试件h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度计10HRC≈HBS(3)维氏硬度维氏硬度的压力一般可选5，10，20，30，50，100，120kg等，小于10kg的压力可以测定显微组织硬度。适用范围:测量薄板类;HV≈HBS;图8-1硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响1-W6Mo5Cr4V2钢;2-Cr12MoV钢;3-Cr5Mo1V钢2.耐磨性—材料抵抗磨损的能力，它是衡量模具使用寿命的重要指标。☆磨损形式不同，影响耐磨性的因素也不同，主要因素是

6、硬度和组织。如：冲击载荷较小时，耐磨性和硬度成正比关系；钢的组织中，马氏体和下贝氏体耐磨性较好；钢中碳化物的性质、数量、形态、分布对钢的耐磨性有显著的影响。图8-2所示为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行冲孔的试验结果，可反映各钢种的耐磨水平；试验以Cr12MoV钢为基准（ε=1.0）。图8-3所示是标准模具进行耐磨性试验的结果，较好地反映了工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性。图8-2五种模具钢模拟冲裁试验其耐磨性图8-3工模具钢的磨粒磨损抗力1-高碳高钒高速钢;2-高碳高钒钢;3-低合金模具钢及碳素工具钢3.强度和韧性☆强度—

7、材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力，是衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标；如：冷作模具:变形抗力—屈服强度，断裂抗力—抗拉强度、抗弯强度等；热作模具:变形抗力—高温屈服强度，断裂抗力—抗拉强度、断裂韧性等；☆韧性—在冲击载荷下抵抗产生裂纹的特性，反映了材料的脆断抗力，常用冲击韧性（αK）表示。☆材料的强度和韧性主要取决于材料的成分、冶金质量、热处理工艺，碳化物的性质、数量、形态、分布对其也有显著的影响。圆形截面的拉伸试样4.疲劳抗力--反映材料在交变载荷作用下，抵抗疲劳破坏的性能指标。热作模具常常是在急冷急热的条件下工作，必

8、定发生不同程度的冷热疲劳现象，出现龟裂，因此希望有高的冷热疲劳抗力，以免早期失效。Titanic沉没原因Titanic——含硫高的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样