模具材料及表面处理课件吴兆祥版(PPT)

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普通(pǔtōng)高等教育“十一五〞国家级规划教材高等职业教育机电类规划教材机械工业出版社精品教材模具(mújù)材料及外表处理〔第二版〕主编：吴兆祥第一页，共一百九十八页。

1一、模具(mújù)材料技术在模具(mújù)工业中的地位1、模具是重要的加工(jiāgōng)工艺装备绪论汽车(qìchē)、拖拉机零件：70%塑料制品：80%~90%日用五金：60%~70%2、模具材料技术对模具及被加工产品的影响模具材料技术影响到模具的制造本钱。模具材料技术影响到模具的寿命，从而影响产品本钱。模具材料技术影响模具的质量，从而影响产品的质量。第二页，共一百九十八页。

23、行业(hángyè)要求合理选用模具(mújù)材料。合理实施模具的热处理及外表处理。大力推广模具新材料、新工艺、新技术的应用。第三页，共一百九十八页。

3二、国内、外模具材料(cáiliào)技术水平概况1、国内概况(gàikuàng)模具钢系列化水平提高，现纳入(nàrù)GB有26只钢。研制出不少新型模具钢：①冷作模具钢有GD、CH-1、LD、65Nb、CG-2等。②热作模具钢有5Cr2NiMoVSi、HM1、012Al、HD等。③塑料模具钢有P20、718、8Cr2S、5NiSCa等。硬质合金和钢结硬质合金应用成熟。强韧化处理新工艺广泛采用。外表技术水平不断提高。第四页，共一百九十八页。

42、国外概况(gàikuàng)兴旺国家的模具钢系列化﹑标准化程度高。兴旺国家模具钢品种规格齐全，多以厚板﹑方料﹑扁料类型并经预处理状态供给市场。兴旺国家模具钢冶金技术先进，钢材(gāngcái)的纯洁度、均匀性高。兴旺国家重视模坯及模具使用的后处理。兴旺国家模具外表处理设备及工艺先进。三、课程性质(xìngzhì)与学习要求本门课程属于专业课程，学习要求如下：①掌握各类模具材料的特性、强韧化方法、使用范围。②正确选用模具材料热处理方法。③熟悉各类模具的外表处理及选用。第五页，共一百九十八页。

5第一章模具材料(cáiliào)概论第一节模具(mújù)及模具(mújù)材料分类一、模具(mújù)分类冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末冶金模等。按工作条件分：按材料、工艺、设备分：10类第六页，共一百九十八页。

6二、模具材料(cáiliào)分类模具(mújù)材料模具钢冷作(lěnɡzuò)模具钢热作模具钢塑料模具钢其他模具材料铸铁非铁金属及合金硬质、钢结硬质合金非金属材料第七页，共一百九十八页。

7第二节模具材料(cáiliào)的主要性能指标一、强度(qiángdù)强度是表征材料(cáiliào)变形抗力和断裂抗力的性能指标冷作模具材料的变形抗力指标是：σ0.2或σs热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度冷作模具的断裂抗力指标是：σb、σbb、抗压σ0.2和K1C影响强度的主要因素有：钢的化学成分金相组织内应力状态第八页，共一百九十八页。

8二、硬度(yìngdù)与热硬性硬度是衡量材料(cáiliào)软硬程度的性能指标。热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。模具(mújù)对硬度的要求一般是：冷作模具为：52~60HRC热作模具为：40~52HRC因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模具的性能要求在图样上只用硬度标注。影响硬度和热硬性的因素主要有：钢的化学成分热处理工艺外表处理工艺第九页，共一百九十八页。

9三、耐磨性表征(biǎozhēnɡ)材料抗磨损的性能。评价耐磨性指标(zhǐbiāo)：磨损量或相对磨损量磨损形式主要有：磨料磨损粘着磨损氧化(yǎnghuà)磨损疲劳磨损影响磨损的因素有：化学成分组织状态力学性能润滑条件四、韧性韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的能力。评介指标：冲击韧度ak、静弯曲挠度影响因素：钢的成分、组织和冶金质量例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越高；细晶粒组织、M板、B下、S回都具有高的韧性。第十页，共一百九十八页。

10三、耐热性表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正常工作的能力。评价(píngjià)指标：高温热稳定性、抗氧化性高温热稳定性常以材料在600~700℃时的屈服强度表示(biǎoshì)。影响因素：再结晶温度回火稳定性五、耐蚀性含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具有一定的腐蚀性。合金化和外表处理(chǔlǐ)是提高耐蚀性的主要方法。第十一页，共一百九十八页。

11第三节模具的失效形式(xíngshì)及分析一、模具(mújù)的失效形式冷冲压模具(mújù)过量塑性变形而失效：模具的失效形式：模具工作局部损坏而不能修复，称为失效。热锻模塌陷、磨损失效：第十二页，共一百九十八页。

12冷镦冲头磨损、折断(shéduàn)失效：二、模具失效(shīxiào)分析模具失效分析的步骤：生产现场调查(diàochá)模具用材和制造工艺调查对模具进行失效分析模具失效原因主要产生在制造过程：第十三页，共一百九十八页。

13结构设计不当材料选择和质量(zhìliàng)问题毛坯锻造不良机械加工缺陷热处理不当装配精度不高例：冷冲压冲头的失效(shīxiào)分析R处断裂冲击疲劳造成D处磨损超差外表(wàibiǎo)硬度缺乏造成改进措施：增加R处的过渡圆角D处采用外表强化处理第十四页，共一百九十八页。

14第二节影响模具(mújù)寿命的主要因素一、模具结构设计对模具寿命(shòumìng)的影响1、模腔结构(jiégòu)的影响组合式优于整体式塔形锻造凹模式螺栓冷镦凹模a)为整体式，易于开裂。b)为组合式，不易开裂，寿命长。第十五页，共一百九十八页。

152、模腔过渡圆角半径(bànjìng)R的影响冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：由图可见，金属入口处的形状和内圆角半径R对模具寿命影响(yǐngxiǎng)很大，增大圆角半径R，可提高模具寿命。根据经验(jīngyàn)：r=(2~3.5)R适宜3、模具工作部位角度的影响反挤压凸模结构与寿命：第十六页，共一百九十八页。

16a)、b)凸模顶部设有斜角，所受单位挤压力小，模具寿命较c)显著(xiǎnzhù)提高。模锻斜角β及圆角半径对应力(yìnglì)的影响：由图可见，模锻斜角β越大，圆角半径越大，底部所受最大比较(bǐjiào)应力越小。二、模具制造质量对模具寿命的影响零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。Ra低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。装配精度高，模具寿命高。第十七页，共一百九十八页。

17三、模具材料(cáiliào)对模具寿命的影响模具材料种类：同一(tóngyī)模具使用不同的模具材料，模具寿命不同。零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同，并非硬度越高模具的寿命越长。冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯洁度低，模具寿命短。新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命。四、热处理质量与外表强化对模具寿命(shòumìng)的影响正确的预先热处理标准对提高模具寿命起着很大作用。采用先进的强韧化方法〔淬火+回火〕可以提高模具的寿命。外表强化处理可以大幅度提高模具寿命。第十八页，共一百九十八页。

18五、模具的使用(shǐyòng)对模具寿命的影响1、锻压设备的精度、刚度差，将加速模具的磨损。2、被加工材料性质不符合要求，对模具寿命产生影响。3、模具的安装与使用条件。表达在安装精度、润滑油选择、冷却措施的合理性。4、模具的操作规程及维护。主要表达在模具使用过程中的后续处理(chǔlǐ)，中途保温、中间去应力回火。5、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产生影响。第十九页，共一百九十八页。

19第二章冷作模具(mújù)材料第一节冷作模具对材料(cáiliào)性能的要求一、使用性能要求(yāoqiú)冷作模具的受载形式拉伸、弯曲、压缩冲击、疲劳、摩擦冷作模具的失效形式磨损、开裂断裂、变形、咬合、使用性能的根本要求：良好的耐磨性模具硬度应高于工件的30%~50%模具组织应为M回或B下加细小碳化物高强度σS、σ压应满足模具受载要求足够的韧性〔受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具〕第二十页，共一百九十八页。

20良好的抗疲劳性：σ-1应满足模具的要求良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形(chénɡxínɡ)材料的性质二、工艺性能要求(yāoqiú)锻造(duànzào)性热锻变形抗力低、塑性好锻造温度范围宽锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小切削加工性切削力小、切削用量大刀具磨损小、加工外表光洁磨削加工性对砂轮质量及冷却条件不敏感不易发生磨伤与磨裂热处理工艺性①淬透性：获得淬硬层深度②回火稳定性：模具钢受热软化的能力③脱碳倾向、过热敏感性④淬火变形开裂倾向第二十一页，共一百九十八页。

21三、冷作模具材料(cáiliào)的成分特点1、钢的含量(hánliàng)对高耐磨的冷作(lěnɡzuò)模具：0.7%~2.3%C对高强韧性冷作模具：0.5%~0.7%C2、合金化特点参加强碳化物形成元素和增加淬透性的元素主要合金元素的作用：锰淬透性减小变形有回火脆硅淬透性回火稳定性屈服强度过热脱碳倾向大铬淬透性抗氧化性耐磨性有回火脆性镍强度和韧性淬透性耐蚀性有回火脆第二十二页，共一百九十八页。

22钼、钨、钒：属强碳化物形成元素(yuánsù)，具有二次硬化效果，对提高钢的回火稳定性、耐磨性、耐热性都具有显著作用。第二节冷作模具(mújù)材料及热处理标准冷作(lěnɡzuò)模具钢综合分类：①低淬透性冷作模具钢②低变形冷作模具钢③高耐磨微变形冷作模具钢④抗冲击冷作模具钢⑤高强韧性冷作模具钢⑥高耐磨、高韧性冷作模具钢⑦特殊用途冷作模具钢第二十三页，共一百九十八页。

23一、低淬透性冷作(lěnɡzuò)模具钢〔一〕碳素工具钢1、主要性能特点优点：价格廉价(liánjià)，来源方便，较高的硬度，一定的耐磨性，易于锻造，易于软化。缺点：淬透性差，淬火易于变形、开裂，模具寿命短。典型(diǎnxíng)钢种：T7A、T10A、T12A2、热加工工艺1〕锻造锻造工艺见表2~3。工艺要点：终锻温度不能过高，冷却速度不宜过缓〔锻后空冷〕，以防止析出二次网状渗碳体。第二十四页，共一百九十八页。

24无粗大或网状碳化物时，采用球化退火(tuìhuǒ)。出现粗大或网状碳化物时，先正火再球化退火。2〕退火(tuìhuǒ)与正火锻后模具(mújù)毛坯应经预备热处理：球化退火和正火工艺见表2-4、2-5。3〕淬火与回火碳素工具钢淬火和回火工艺标准见表2-6，但对于具体模具应进行选择。淬火温度的选择考虑的因素见图2-1、2-2。图2-1淬火温度对T10A钢强韧性的影响图2-2淬火温度对T8钢淬硬层深度的影响第二十五页，共一百九十八页。

25综合分析(fēnxī)如下：提高淬火温度，钢的强韧性下降(xiàjiàng)，变形、开裂的倾向增大。但提高淬火温度，可提高淬透性，增加硬化层深度，提高模具的承载能力。据此，碳素工具钢制模具的淬火(cuìhuǒ)温度选择原那么是：对于小型模具，可采用较低淬火温度〔760~780℃〕。对于较大型模具，适当提高淬火温度〔800~850℃〕。对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。淬火冷却方式的选择冷却方式水溶液、油冷水溶液—油、水溶液—硝盐分级淬火、等温淬火具体冷却方法及适用范围见表2-7。第二十六页，共一百九十八页。

26回火温度(wēndù)选择淬火后应及时回火(huíhuǒ)，回火(huíhuǒ)温度根据性能要求而定。图2-3所示为碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系。图2-3综合分析，回火温度确定(quèdìng)如下：硬度要求较高时，宜采用150~200℃回火。抗弯强度要求较高时，宜采用220~280℃回火回火时间1~2小时回火冷却油冷或硝盐浴3、应用范围碳素工具钢只适宜制作尺寸较小、形状简单受载轻、生产批量不大的模具。如：T7-轻载小型冷作模，T8-拉深模，T10-冷镦模，T12-拉丝、切边模第二十七页，共一百九十八页。

27〔二〕GCr15钢1、主要性能(xìngnéng)特点GCr15钢是专用(zhuānyòng)轴承钢，冶金质量较高，与碳工钢相比：硬度高，耐磨性好接触疲劳强度高淬透性高，淬、回火(huíhuǒ)变形开裂倾向小回火稳定性高，有较高的强韧性使用寿命大幅提高2、热加工工艺GCr15钢的锻造性能较好，工艺规程一般是：加热温度：1050~1100℃始锻温度：1020~1080℃终锻温度：850℃，锻后缓冷。锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。1)锻造第二十八页，共一百九十八页。

282)球化退火(tuìhuǒ)与正火锻后采用(cǎiyòng)等温球化退火：加热温度(wēndù)：770~790℃，保温2~4h。等温温度：690~720℃，等温4~6h。退火后硬度：217~255HBW。锻后假设出现网状、条状碳化物，在退火前必须正火。正火工艺：加热温度930~950℃。冷却方式小型模块，空冷；较大模块，鼓风或喷雾；大型模块，热油中冷却。3〕淬火与回火淬火加热温度：830~860℃，油冷。尺寸较大或分级淬火的模具，宜选840~860℃。尺寸较小模具，宜选830~850℃。箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。第二十九页，共一百九十八页。

293、应用适于制作精度(jīnɡdù)要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝板和成型模。二、低变形(biànxíng)冷作模具钢成分特点(tèdiǎn)：碳工钢+少量Gr、Mn、Si、W、V典型钢种：CrWMn、9Mn2V、MnCrWV〔一〕CrWMn1、主要性能特点淬透性良好〔φ40~φ50模具油中可淬透〕耐磨性良好〔W碳化物作用〕淬火变形小易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差2、热加工工艺1〕锻造加热：1100~1150℃，始锻：1050~1100℃第三十页，共一百九十八页。

30终锻：800~850℃，锻后空冷至650℃后缓冷2)退火(tuìhuǒ)与正火退火工艺：加热(jiārè)790~830℃，等温700~720℃，保温1~2h，炉冷至550℃出炉。锻造不良(bùliáng)，出现网状碳化物或粗大晶粒时，需正火。正火工艺：930~950℃保温后空冷3)淬、回火图2~6、2~7为CrWMn钢的力学性能与淬火温度的关系：第三十一页，共一百九十八页。

31综合两图分析：普通淬火(cuìhuǒ)温度820~840℃油冷适宜，硬度可达63~65HRC。图2~8为CrWMn钢普通淬火(cuìhuǒ)与等温淬火(cuìhuǒ)的力学性能比较。由图可见：要求高韧性的模具，采用等温淬火(cuìhuǒ)适宜。图2~8图2~9、2~10、2~11为CrWMn钢回火温度与力学性能的关系。由图可见CrWMn钢回火温度160~200℃适宜图2~9图2~10图2~11第三十二页，共一百九十八页。

323、应用(yìngyòng)范围主要用于制造(zhìzào)要求变形小、形状复杂的轻载冲裁模，轻载拉深、弯曲、翻边模。CrWMn钢碳化物易产生(chǎnshēng)偏析的问题，生产中往往难以解决，造成模具使用中脆断损坏比较严重，建议选用MnCrWV或9CrWMn钢替代。〔二〕9Mn2V钢1、主要性能特点与CrWMn钢相比，二者耐磨性相近，9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比CrWMn钢小，但淬透性低，回火稳定稍差。2、热加工工艺1〕锻造始锻：1130~1160℃，终锻：800~850℃，空冷至650~700℃转入炉灰中冷却。第三十三页，共一百九十八页。

332〕退火(tuìhuǒ)加热750~770℃/3~5h，等温0~700℃/4~6h。3〕淬、回火(huíhuǒ)图2~11、图2~12为9Mn2V钢的力学性能与淬火温度(wēndù)的关系。图2~11图2~12由图分析可知：9Mn2V钢的淬火温度范围较宽，在840℃以下淬火，力学性能根本不变，840℃以上淬火，综合力学性能将会下降。因此适宜的淬火温度为780~840℃，根据模具的性能要求在此范围可适当调整。淬火一般采用油冷，形状复杂的模具可用100℃热油冷却或硝盐浴分级淬火。第三十四页，共一百九十八页。

34图2~14是回火温度对9Mn2V钢的硬度(yìngdù)和冲击韧性的影响，分析可知：因此，9Mn2V钢适宜(shìyí)的回火温度为160~180℃。在200~250℃回火，出现明显的回火脆。在200℃以上回火，硬度下降(xiàjiàng)速率增大，说明回火稳定性差。3、应用范围9Mn2V钢适用于制作钢板厚度小于4mm的冷冲模，还适合制作精密量具。图2~14〔三〕其他低变形冷作模具钢应用较多的低变形冷作模具钢还有9CrWMn、MnCrWnV、SiMnMo等。往往作为CrWMn和9Mn2V的替代钢种，使用效果良好。第三十五页，共一百九十八页。

35Cr12型钢包括Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1。其中Cr12Mo1V1属于新型(xīnxíng)钢种。此类钢从成分特点看属于高碳高铬钢，从组织特点看属于莱氏体钢，从应用上看，应用广，用量大。既有传统钢种，也有新型(xīnxíng)钢种，典型钢号有：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr4W2MoV.〔一〕Cr12型钢(xínggāng)三、高耐磨微变形冷作模具钢1、主要性能特点应用状态，组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性很高。具有高硬度、高抗压强度和高承载能力。淬火变形小，通过淬火温度的调整可达微变形程度。Cr12型钢特点比较：Cr12碳量高达2.3%，碳化物不均匀性严重，脆性大；Cr12MoV碳量减少至1.5%，Mo、V参加碳化物细化，韧性增加；Cr12Mo1V1钢Mo、V进一步增加，碳化物更加细化，韧性更好，但锻造性稍差，难退火。第三十六页，共一百九十八页。

362、热加工工艺(gōngyì)1〕锻造Cr12型钢因是莱氏体钢，轧制(zházhì)后仍残留明显的带状和网状碳化物，将造成模具淬火开裂，严重损害钢的力学性能，必须严格锻造，使碳化物级别(jíbié)符合要求。〔P24：表2~11为碳化物级别(jíbié)与力学性能的关系〕锻造工艺预热750~850℃，加热1050~1100℃始锻1000~1050℃，终锻850~900℃Cr12型钢锻造性能差，必须坚持多向、屡次镦拔才能使碳化物碎化并分布合理。2〕退火锻后应及时退火。等温退火工艺加热850870℃/2~4h等温740~760℃/4~6h炉冷至550℃以下出炉空冷退火后的硬度为207~255HBW，便于切削加工。第三十七页，共一百九十八页。

373〕淬火与回火图2~15、2~16是淬火温度(wēndù)对Cr12MoV钢的组织和性能的影响。图2~15图2~16由图分析(fēnxī)可知：随着淬火温度(wēndù)升高，淬火硬度相应增加。淬火温度大于1050℃假设再提高淬火温度，残留奥氏体大幅增加导致硬度急剧下降。淬火温度大于1050℃淬火，奥氏体变粗，抗弯强度、冲击韧度明显降低。第三十八页，共一百九十八页。

38图2~17、2~18、2~19是回火(huíhuǒ)温度对Cr12MoV钢力学性能的影响。图2~17图2~18图2~19由图分析(fēnxī)可见：钢在520℃左右回火(huíhuǒ)出现明显的二次硬化。在200℃左右回火，其抗弯、抗压强度最高。在400℃左右回火，断裂韧度最高。第三十九页，共一百九十八页。

39因此(yīncǐ)，Cr12型钢的淬火、回火温度应根据模具的性能要求而定，一般可选用三种淬回火工艺。①低温淬火及低温回火(huíhuǒ)淬火温度分别为Cr12钢950~980℃，Cr12MoV钢为1000~1020℃，Cr12Mo1V1钢为980~1040℃，回火都为180~200℃。性能特点(tèdiǎn)：具有高的硬度、耐磨性及韧性，但抗压强度较低②高温淬火及高温回火淬火温度分别为：Cr12钢为1000~1100℃，Cr12MoV钢为1115~1130℃，Cr12Mo1V1钢为1060~1100℃，回火都为500~520℃。性能特点：具有高耐磨性、热硬性及较高抗压强度。③中温淬火及中温回火主要用于Cr12MoV钢，淬火温度为1020~1040℃，回火400~425℃。性能特点：最好的韧性，较高的断裂韧度。Cr12型钢淬火可采用空冷、油冷、分级淬火，回火可采用油冷或空冷，回火次数1~3次。第四十页，共一百九十八页。

403、应用(yìngyòng)范围Cr12钢：只适用于制造冲击负荷(fùhè)小、耐磨性要求高的冲切薄硬钢板的冲裁模。Cr12MoV和Cr12Mo1V1钢：广泛用于制造大截面(jiémiàn)、形状复杂的重载模具，如切边模、落料模、滚边模、拉丝模。Cr12Mo1V1脆断倾向最小，模具寿命是Cr12MoV的几倍。〔二〕Cr4W2MoV钢Cr4W2MoV钢是新型中合金冷作模具钢，Cr量比Cr12型钢减少2/3，性能相近，主要特点如下：1、主要性能特点①共晶碳化物颗粒细小，分布均匀。②具有较高的淬透性和淬硬性。③具有较好的耐磨性和尺寸稳定性。〔具体性能指标见教材表2~12、2~13〕第四十一页，共一百九十八页。

411、热加工工艺(gōngyì)Cr4W2MoV钢锻造温度较窄，变形抗力较大(jiàodà)，锻造时应注意这点。加热(jiārè)：1130~1150℃，始锻：1040~1060℃终锻：≥850℃，坑冷或热砂缓冷。2〕退火采用等温退火。1〕锻造加热：860℃/3h，炉冷至760℃等温4~6h出炉缓冷。〔球化效果良好，硬度小于241HBW〕3〕淬火与回火根据模具工作条件可采用两种淬回火工艺：①要求耐磨性和热硬性高的模具：1020~1040℃淬火，520~540℃三次回火。②要求韧性好、变形小的模具：960~980℃分级淬火，270~290℃回火二次。第四十二页，共一百九十八页。

42Cr4W2MoV钢主要用于制造各种(ɡèzhǒnɡ)冲模、冷镦模、落料模、冷挤凹模及搓丝板，可替代Cr12型钢。3、应用(yìngyòng)范围三、其他(qítā)高耐磨微变形冷作模具钢中合金冷作模具钢Cr6WV：具有较好的耐磨性和韧性的配合，碳化物分布均匀，淬火变形小。主要用于制造高强度、高耐磨和承受一定冲击载荷的模具，如钻套、冷冲模及冲头等。中合金空冷模具钢Cr5Mo1V：引自美国的A2开发的新钢种，具有良好的空冷硬化性能，这对制造形状复杂的冷冲模是极为有利，特别适于制造要求高耐性又要求好的韧性的模具，如下料模、冲头、滚丝模、剪刀片等。〔以上两只钢的热处理工艺见教材表2~14〕第四十三页，共一百九十八页。

43四、高强度高耐磨冷作(lěnɡzuò)模具钢典型(diǎnxíng)钢种：即高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V21、主要(zhǔyào)性能特点成分特点：Wc：0.7%~0.9%性能特点：具有高屈服强度、高抗压强度、高抗弯强度，高耐磨性，同时具有很高的回火稳定性和热硬性。承载能力位于各传统冷作模具钢之首。〔与Cr12MoV的性能比较见教材表2~15〕主要缺陷：轧材中存在大量的合金碳化物，并且成带状、网状、块状分布，只能用改锻的方法使之细化。其次，导热性差、韧性缺乏，易脱碳氧化。耐磨性比较见图2~20图2~20第四十四页，共一百九十八页。

442、热加工工艺(gōngyì)1〕锻造(duànzào)钨系高速钢：加热(jiārè)1120~1150℃，始锻1040~1050℃，终锻900~950℃，锻后坑冷、砂冷或炉冷。钼系高速钢：始锻1000~1020℃，终锻≥850℃工艺要点：应反复镦粗与拔长，锻造比一般为10左右2〕退火常采用等温退火W18Cr4V钢：加热870~880℃/2~4h，等温720~750℃/4~6h，随炉冷至600~650℃出炉空冷。W6Mo5Cr4V2钢：加热850~860℃，其余工艺参数同上。3〕淬回火高速钢传统的用途主要用制造高速切削的各类刀具，为了满足刀具的热硬性和耐磨性的要求，常采用高淬高回的热处理工艺，这种处理对于刀具虽然满足了热硬性和耐磨性的要求，但韧性缺乏。第四十五页，共一百九十八页。

45W6Mo5Cr4V2钢经不同淬火温度和回火温度的处理，其硬度和韧性(rènxìnɡ)的变化见图2~21。图2~21由图可见(kějiàn)，如要求较高的韧性，采用低温淬火工艺较合理。因此，高速钢用于重载模具(mújù)常采用低淬低回或低淬高回的工艺。具体工艺如下：W18Cr4V钢：1100~1250℃加热淬火，560℃回火三次或150~250℃回火一次。W6Mo5Cr4V2钢：1050~1200℃加热淬火，560℃回火三次或150~250℃回火一次。经此处理硬度约为58~64HRC，韧性良好。第四十六页，共一百九十八页。

463、应用(yìngyòng)范围高速钢主要用来制作重负荷冲头，如冷挤压钢铁材料的凸模，冷镦冲头，中厚钢板冲孔冲头〔φ10~25〕，直径<5~6mm的小凸模以及(yǐjí)用于冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强度钢板的中、小凸模和粉末冶金压模等。W6Mo5Cr4V2钢的综合性能优于W18Cr4V钢，制作(zhìzuò)重载冲头的使用效果更好。五、抗冲击冷作模具钢这类钢化学成分接近合金调质钢，主加元素Mn、Si、Cr、W、Mo〔见教材表2~17〕。〔一〕铬钨硅系钢典型钢种：4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si〔均已纳入国标〕1、主要性能特点淬透性良好，碳化物少，组织均匀，淬火组织以板条状马氏体为主。第四十七页，共一百九十八页。

47具有高抗弯强度，高冲击疲劳(píláo)抗力高韧性和一的耐磨性。抗压强度(kànɡyāqiánɡdù)低，热稳定性差。淬火(cuìhuǒ)变形难以控制，脱碳敏感性较大。2、热加工工艺1〕锻造始锻：1150~1180℃，终锻：800~850℃，锻后缓冷。2〕退火普通退火：加热800~820℃/3~5h，炉冷至550℃出炉空冷。为了改善切削加工性可采用软化退火〔高温回火〕。工艺：加热710~740℃/3~6h，炉冷或空冷。3〕淬火与回火第四十八页，共一百九十八页。

48图2~22为铬钨硅系钢的热处理特性(tèxìng)：a〕淬火(cuìhuǒ)温度对6CrW2Si钢的硬度和冲击韧度的影响b〕5CrW2Si钢的淬火工艺、回火温度对硬度的影响c〕5CrW2Si钢的淬硬层曲线d〕回火温度对6CrW2Si钢硬度、冲击韧度的影响综合分析可知：①铬钨硅系钢具有较好的淬透性及明显的强韧性峰值。淬硬性低的4CrW2Si钢进行(jìnxíng)渗碳淬火，可以获得良好的综合力学性能。②铬钨硅系钢在300~350℃回火有轻微的回火脆，450℃左右回火可以获得较高的冲击韧度。因此回火工艺有两种选择，即20~250℃低回和430~470℃中回。第四十九页，共一百九十八页。

49铬钨硅系钢适宜(shìyí)的淬回火工艺为：淬火(cuìhuǒ)加热：860~900℃油冷，淬火硬度53~57HRC回火(huíhuǒ)加热消除应力，稳定组织：200~250℃，53~58HRC良好韧性：430~470℃，45~50HRC3、应用范围4CrW2Si钢：主要制造大中型重载冷镦冲头及精压模5CrW2Si钢：主要制造重载冷剪刀片、中厚钢板穿孔冲头及风开工具等。6CrW2Si钢：常用于耐磨和强度要求较高的重载冲模、压模。〔二〕9SiCr该钢是传统的低合金工具钢，广泛用于制造薄刃具，也多用于制造形状复杂的轻载冷冲模。第五十页，共一百九十八页。

50主要性能(xìngnéng)特点：具有(jùyǒu)较好的淬透性和回火稳定性。碳化物颗粒细小(xìxiǎo)，组织均匀。淬火变形较小。脱碳倾向大。淬回火工艺：图2~23为淬、回火温度对9SiCr钢的力学性能的影响综合分析可知，适宜的淬回火工艺为：第五十一页，共一百九十八页。

51淬火工艺：加热(jiārè)860~880℃油冷、分级。回火(huíhuǒ)工艺：①硬度(yìngdù)要求为62~64HRC时，取180~220℃回火。②硬度要求为56~58HRC时，取280~320℃回火。③硬度要求为54~56HRC时，取350~400℃回火。应用范围：主要用于制造形状复杂、变形小，耐磨性要求较高的冷作模具，如冲模、打印模、搓丝板、冷轧辊等。〔三〕其他抗冲击冷作模具钢典型的合金弹簧钢60Si2Mn常作为抗冲击工具、模具使用，如标准件行业中的冷镦模冲头、螺母冷镦模具等。〔抗冲击冷作模具钢的常规热处理工艺见教材表2~18〕第五十二页，共一百九十八页。

52六、高强(gāoqiáng)韧性冷作模具钢低合金钢、不锈钢和轴承钢冷挤压技术的开展对冷作模具钢担出了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且还要有高韧性。能够满足这些性能要求的只有近年来研制的降碳高速钢、基体(jītǐ)钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。其典型钢种的牌号及成分见教材表2~29。〔一〕降碳高速钢6W6Mo5Cr4V〔6W6〕1、主要性能(xìngnéng)特点与高速钢比较碳、钒含量减少较多，使得碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善。淬火硬化状态的抗弯强度和塑性提高了30%~50%，冲击韧度提高了50%~100%，硬度降低了2~3HC。易脱碳，耐磨性稍差。第五十三页，共一百九十八页。

532、热加工工艺(gōngyì)1〕锻造(duànzào)始锻温度：1050~1100℃，终锻温度：850~900℃，锻后缓冷。2〕退火(tuìhuǒ)可按高速钢进行。3〕淬回火图2~24是淬、回火温度对6W6钢的力学性能的影响：图2~24由图分析可知：为了获得良好的韧性和较高的耐磨性，可采用较低温度淬火和较高的回火温度，即：加热1180~1200℃油淬，560~580℃/1.5h回火三次。第五十四页，共一百九十八页。

543、应用(yìngyòng)范围6W6钢主要用于取代高速钢或Cr12型钢制作易于脆断或开裂(kāiliè)的冷挤压凸模或冷镦模，寿命可提高2~10倍；用于大规格的圆钢下料剪刀寿命可提高10倍。〔二〕基体(jītǐ)钢是指具有高速钢正常淬火时基体成分的钢。典型钢种：65Cr4W3Mo2VNb〔65Nb〕7Cr7Mo2V2Si〔LD〕5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)1、65Nb钢〔1〕主要性能特点具有高速钢的强度、硬度和耐磨性，又有较好的韧性。钢的工艺性能得到很大改善，直径小于50mm的钢轧材坯料不需改锻，仍可获得满意的性能和寿命。第五十五页，共一百九十八页。

55〔2〕热加工工艺(gōngyì)1〕锻造(duànzào)始锻：1080~1120℃，终锻：900~850℃，锻后缓冷。2〕退火(tuìhuǒ)加热860℃/730~740℃等温。该钢退火易软化，延长等温时间，硬度可降至180HBW，为模具的冷挤压成型提供了条件。3〕淬火与回火图2~25是淬火温度对65Nb钢力学性能的影响由图可见，当淬火温度大于1180℃，晶粒粗化，剩余奥氏体增加，硬度、强度下降。适宜淬火温度为：1080~1180℃回火温度与力学性能的关系见教材表2~20。由于有二次硬化现象，65Nb钢一般采用高温回火，回火温度为520~580℃/1~2h，二次。图2~25第五十六页，共一百九十八页。

56生产中常根据模具的不同用途，采用不同的淬、回火工艺(gōngyì)，具体工艺(gōngyì)方案及性能见教材表2~21。〔3〕应用(yìngyòng)范围65Nb钢适于制作形状复杂的非铁金属(jīnshǔ)挤压模、冷冲模、冷剪模及单位压力为2500MPa左右的钢铁材料冷挤压模具，也可用于轴承、标准件、汽车行业中的锻模、冲模及剪切模具可获得高的使用寿命。2、7Cr7Mo2V2Si〔LD〕该钢不含钨，铬、钼、钒含量都高于高速钢基体，二次硬化强烈，淬透性提高，晶粒细化。所以，该钢性能优于Cr12型钢、高速钢、，具有高强度、高韧性和高耐磨性。其次是冷热加工工艺性良好，通用性强。〔1〕主要性能特点第五十七页，共一百九十八页。

57〔2〕热加工工艺(gōngyì)1〕锻造(duànzào)宜缓慢加热，锻造(duànzào)温度严格控制在1130~1150℃，终锻温度为850℃，锻后砂冷。2〕退火采用球化退火。加热(jiārè)840~860℃/2h，等温700~720℃/4~6h，缓冷至400℃以下出炉空冷。3〕淬火与回火LD钢淬火温度与硬度、晶粒度、残留奥氏体量的关系及回火硬度见教材表2~22、2~23。综合分析：淬火温度为1100~1150℃。淬后有34%的残留奥氏体。回火温度540~570℃/1~2h，回火2~3次。高韧性要求的模具，也可以采用低淬低回工艺。〔3〕应用范围广泛用于冷挤、冷镦、冲压和弯曲等冷作模具的制造，其寿命可比高铬钢、高速钢提高几倍到几十倍。第五十八页，共一百九十八页。

583、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)〔1〕主要(zhǔyào)性能特点碳量较低，为0.47%~0.57%。强韧性(rènxìnɡ)高，热疲劳性好。是冷、热兼用型模具钢。渗碳性能良好，可通过渗氮进一步提高耐磨性。〔2〕热加工工艺(gōngyì)该钢导热性差，变形抗力大，锻造较为困难。锻造工艺：加热1100~1140℃，始锻1050~1100℃终锻850℃以上，锻后砂冷。退火工艺：加热850~870℃/4h，炉冷至710~720℃/6h，保温结束炉冷至550℃出炉空冷。淬火工艺：用于冷作模具最正确工艺为500℃和800℃二次预热，盐浴加热1090~1120℃油淬。第五十九页，共一百九十八页。

59回火(huíhuǒ)工艺：510℃回火二次，每次2h油冷。回火硬度为60~62HRC。〔3〕应用(yìngyòng)范围012Al用于冷作模具，主要替代(tìdài)Cr12MoV钢制作冷镦模、中厚钢板凸模、搓丝板、内六角凸模、切边模等，使用寿命比Cr12MoV钢大幅提高。〔三〕6CrNiSiMnMoV〔GD〕基体钢的缺陷是：合金化程度高，钢材本钱较大。淬火温度区间都较窄，一般不能用箱式电阻炉加热，限制了该项钢在中小企业的推广使用。GD钢就是针对上述缺陷研制的新钢种。主要性能特点：①钢的韧性、抗压强度等性能显著优于CrWMn和Cr12MoV钢，但耐磨性略低于Cr12MoV。②碳化物偏析小，可以不改锻，下料后直接使用。第六十页，共一百九十八页。

60③淬透性良好，空冷可以(kěyǐ)淬硬，淬火变形小。④淬火加热温度低，区间宽，可采用油淬、风冷及火焰加热淬火，回火温度也低，利于节能。⑤淬硬性良好　，油淬硬度可达64~65HRC，空淬硬度可达60~61HRC最正确(zhèngquè)热处理工艺：淬火加热(jiārè)870~930℃，回火175~230℃/2h一次。应用范围：GD钢主要替代CrWMn、Cr12型钢、9Mn2V、6CrW2Si钢制造各种异形、细长薄片冷冲凸模，形状复杂的大型凸凹模，中厚钢板冲裁模、剪刀片及精密淬硬型塑料模具等。〔四〕7CrSiMnMoV〔CH-1〕CH-1钢又称火焰淬火钢，也称低合金空淬模具钢。是为适应大型、特大型模具的热处理要求、缩短制造周期、节约生产本钱而研制的新钢种。第六十一页，共一百九十八页。

61主要性能(xìngnéng)特点：①具有高强韧性〔参见(cānjiàn)教材表2~26〕。②耐磨性良好(liánghǎo)〔见以下图〕。CH-1钢耐磨性比较③淬火温度范围很宽，在860~960℃范围内变化，利于火焰加热淬火。④淬透性好，淬硬性高，热处理变形小，空冷后硬度可达60HRC以上。⑤碳化物偏析小，塑性变形抗力低，锻造性能良好。⑥焊接工艺性好，能满足冲模的焊补要求。应用范围：主要用于大型、形状复杂的多孔位薄板冷冲模，如汽车覆盖件冷冲模，也可以替代Cr12MoV钢制造强韧性要求高的冷作模具。第六十二页，共一百九十八页。

62〔五〕8Cr2MnWMoVS〔8Cr2S〕8Cr2S钢又称易切削精密冷作模具钢，主要性能特点(tèdiǎn)如下：①淬透性、淬硬性良好，100mm的圆钢(yuánɡānɡ)空淬或硝盐分级淬火，硬度可达61~64HRC。②热处理工艺简单(jiǎndān)，作为预硬钢的热处理工艺为：〔860~880〕℃×2min/mm空冷，〔550~620〕℃×2h回火。作为高硬态模具的热处理工艺为：860~900℃空淬，160~250℃回火。③具有较高的强韧性〔见教材表2~28〕。④切削加工性良好，退火态可比一般工模具钢缩短加工工时30%以上，硬度为40~45HRC的调质状态仍可采用高速钢刀具顺利地进行车、铣、刨、钻、镗攻螺纹等常规加工。⑤热处理变形小。⑥具有良好的外表热处理性能。第六十三页，共一百九十八页。

63应用(yìngyòng)范围：①作为预硬钢，适于制作精密的塑料模、胶木模和印刷(yìnshuā)电路板冲孔模，与其他模具钢相比，配合精度提高，使用寿命提高。②作为高硬态钢，主要制作(zhìzuò)精密零件的冲裁模，如手表零件、电子零件的冲裁模，寿命较传统模具钢都有大幅提高。〔高强韧性冷作模具钢的热处理标准见教材表2~29〕七、高耐磨高韧性冷静作模具钢高强韧性冷作模具钢由于钢中含碳量的减少，耐磨性不如高铬钢和高速钢，高耐磨、高强韧性冷作模具钢弥补了这类钢缺乏。典型钢种：9Cr6W3Mo2V2〔GM〕Cr8MoWV3〔ER5〕第六十四页，共一百九十八页。

64〔一〕GM钢1、主要性能(xìngnéng)特点与高铬钢、高速钢相比，碳化物不均匀程度大大降低，晶粒细化，强度、韧性提高，具有最正确的耐磨性和强韧性配合(pèihé)。〔见教材表2~31〕2、热加工工艺(gōngyì)〔1〕锻造加热1100~1150℃，始锻1100℃，终锻850~900℃，锻后缓冷并及时退火。〔加热要缓，锤击时应按轻—重—轻法那么操作〕〔2〕退火采用球化退火。加热850~870℃/3h，炉冷至730~750℃/4~6h，炉冷至500℃出炉。〔3〕淬火与回火图2~27淬火温度对GM钢硬度的影响见图2~27。第六十五页，共一百九十八页。

65淬火温度(wēndù)对GM钢残留奥氏体量的影响见图2~28。淬火温度(wēndù)对GM钢奥氏体晶粒尺寸的影响见图2~29。图2~28图2~29由图分析可知：GM钢有较宽的淬火温度，淬火后晶粒细小(xìxiǎo)，残留奥氏体量少。通常淬火温度为：1080~1120℃，油淬。淬火硬度为：64~66HRC。回火温度对GM钢硬度的影响见图2~30。第六十六页，共一百九十八页。

66图2~30由图可见，GM钢二次硬化能力显著(xiǎnzhù)高于Cr12型钢，接近高速钢水平，硬化峰值范围宽，说明回火稳定性高。GM钢适宜的回火(huíhuǒ)温度为：520~540℃/2h，回火(huíhuǒ)2次.3、应用范围主要用于多工位级进模、高强度螺栓滚丝模和电机转子片复式冲模等，其寿命比65Nb钢和Cr12MoV钢提高2~6倍以上。〔二〕ER5钢1、主要性能特点与基体钢相比，ER5钢提高了C、V、Cr、Mo、W等碳化物元素的含量，因此，在保持高韧性的同时，耐磨性比基体钢、GM钢好，远远超过Cr12MoV〔见教材表2~32、2~33〕。第六十七页，共一百九十八页。

672、热加工工艺(gōngyì)锻造(duànzào)：锻造性能良好，始锻1150℃，终锻≥900℃。退火(tuìhuǒ)：860℃/2h，冷至760℃/4h，炉冷至500℃以下出炉空冷，硬度为220~240HBW。淬火与回火：淬火温度宽，二次硬化效果好，热处理变形小。一般工工艺为1120℃加热，550℃三次回火。应用范围：适于制作大型重载冷镦模、精密冷冲模等。如用ER5制作的电动机硅钢片冲模，总寿命达500万次。八、特殊用途冷作模具钢耐蚀冷作模钢：9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo等。这类钢的成分特点是高碳高铬，淬火后马氏体中含铬量高达12%，所以，既有高的耐磨性又有良好的耐蚀性能，主要用来制作耐蚀塑料模具。无磁模具钢：7Mn15Cr2Al3V2WMo第六十八页，共一百九十八页。

68该钢锰含量高，在使用状态呈稳定的奥氏体组织(zǔzhī)，所以导磁率非常低，在磁场中不被磁化，主要用来制造磁性材料的成型模具和无磁轴承。热处理工艺：1170℃固溶淬火，650~750℃时效15h，可获得较高强度、硬度(yìngdù)和耐磨性，但切削加工性较差。九、硬质合金(yìnɡzhìhéjīn)种类：金属陶瓷硬质合金、钢结硬质合金1、金属陶瓷硬质合金成分：碳化物粉末〔WC、TiC)+粘结剂〔Co、Ni〕性能特点：具有高硬度、高抗压强度和高耐磨性，脆性大，不能进行锻造、热处理及切削加工。应用：用于冷冲模的硬质合金一般是钨钴类〔Co+WC〕，主要用于制作多工位级进模、大直径拉深凹模的镶块。〔钨钴类硬质合金的力学性能见教材表2~34〕第六十九页，共一百九十八页。

692、钢结硬质合金(yìnɡzhìhéjīn)钢结硬质合金与金属陶瓷(jīnshǔtáocí)硬质合金比较：①粘结剂为合金钢粉末。②力学性能特点相同，但钢结硬质合金(yìnɡzhìhéjīn)具有可加工性和热处理性。典型牌号：GT35、TLMW50、DT其中DT合金是较理想的有代表性的工模具材料〔1〕DT合金的力学性能〔见教材表2~35〕具有高硬度、高耐磨性和高强度，又有一定的韧性，还具有较好的抗热裂能力，不易出现崩刃、碎裂等。〔2〕DT合金的热加工特性等温球化退火工艺：860~880℃/2~3h，炉冷，700~720℃/6h，炉冷至550℃以下出炉空冷。淬火、回火工艺：预热800~850℃，加热1000~1020℃油淬。第七十页，共一百九十八页。

70回火温度取决于合金钢基体的成分，一般采用低温回火或高温(gāowēn)回火，回火时间为2h。锻造(duànzào)工艺：经烧结态的合金必须经过锻造成形，提高合金密度，降低碳化物偏析。DT合金导热性差，预热要充分，加热(jiārè)要缓慢均匀，要防止氧化脱碳，变形量控制在5%，采用轻锤快打，防止锻裂。锻后要缓冷，严禁水冷、空冷。工艺为：预热700~800℃，始锻1150~1200℃，终锻880~900℃。〔3〕DT合金的切削加工①DT合金退火后能够进行各种切削加工，但加工难易与加工工艺参数有很大的关系。②磨削加工时，应采用高转速，小磨削量，并供给充足的冷却液，磨削退火工件，采用干磨适宜。③电加工后，一般要采用二次回火来消除硬化层，并仔细研磨电加工面。第七十一页，共一百九十八页。

71〔4〕DT合金(héjīn)的应用DT合金性能优越，现已越来越多地用于制造冷镦模具(mújù)、冷挤压模具(mújù)、冲裁模具(mújù)、拉深模具(mújù)等，使用寿命比高速钢和高铬钢提高几倍到几十倍。DT合金价格比合金钢贵几倍，小批量生产时，技术经济效益不明显。为了节约材料，制作模具时，一般采用镶套、焊接、粘结和机械组合连接(liánjiē)的方法。第三节冷作模具的选材一、冷作模具的选材原那么1、满足模具的使用性能要求根据模具的工作条件、结构尺寸和生产批量确定所选材料应具备的主要性能指标。2、满足模具的工艺性能要求根据模具的制造工艺方法、尺寸大小、精度要求等，要考虑所选用的模具材料是否能满足模具制造的各种工艺性能要求。第七十二页，共一百九十八页。

72如：可锻性、可加工性、焊接性、淬透性、氧化脱碳倾向、淬火变形(biànxíng)和开裂倾向等。3、经济性尽可能选用价格低廉、货源丰富(fēngfù)、供给方便的材料。二、常用冷作模具的材料(cáiliào)选用〔一〕冷冲裁模1、工作条件及失效形式冲裁模工作部位受力情况如图2~31图2~31由图分析可知：冲裁模刃口在侧向压力F的作用下，刃口部位受到很大的弯曲应力，其次刃口部位受到冲击和强烈的磨擦。工作条件：失效形式：①磨损刃口磨损到一定的程度会使冲裁件产生毛剌，为使刃口锋利，需磨削，屡次刃磨，导致失效。第七十三页，共一百九十八页。

73②崩刃、凸模折断安装(ānzhuāng)不良、冲裁工艺执行不严或热处理不当导致这类非正常失效。性能(xìngnéng)要求：①高硬度、高耐磨性。②足够的抗弯、抗压强度和适当(shìdàng)的韧性。板料厚度不同，要求不同。薄板以高精度、高耐磨为主；厚板以高耐磨、高强韧性为主。凸凹模要求也有差异，对凹模来说，抗压强度和韧性比凸模高。2、冷冲裁模材料选用选材考虑的因素：产品的形状和尺寸、被冲材料特性、工作载荷大小、失效形式、生产批量、模具本钱等。第七十四页，共一百九十八页。

74一般(yībān)选用概况：对于形状(xíngzhuàn)简单、载荷轻的冲裁模:选用碳素工具钢，如T10A。对于形状复杂、尺寸较大(jiàodà)、载荷较轻、精度较高：选用低合金工具钢，如9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV等。对于大中型模具：可选用高耐磨、高淬透性、变形小的高碳中铬钢、高铬钢、高速钢、基体钢和高强韧性低合金冷作模具钢。对于大量生产的冷冲裁模：选用硬质合金、钢结硬质合金。选材时应重视新型冷作模具材料的使用，选用时可参照教材表2~38。冷作模具的材料选用实例可参考教材表2~37。第七十五页，共一百九十八页。

75冲裁模辅助零件的选材及热处理要求参见教材(jiàocái)表2~39，不同的冷冲裁模具，差异性不大。〔二〕冷镦模具(mújù)的选材1、工作(gōngzuò)条件和失效形式工作条件：①冲击力大，单位冲击压力可达2000~2500MPa并且冲击频率高。②凹模型腔外表和凸模工作外表受强烈的冲击摩擦，工作温度可达300℃左右。③材料的不均、坯料端面不平、镦机调整精度不够，冲头还受到弯曲应力。失效形式：①擦伤冲头和凹模工作外表出现沟痕或磨损。②崩落坯料金属粘附在凹模上，致使凸模偏载，使局部区域成块崩落。第七十六页，共一百九十八页。

76③脆性(cuìxìng)开裂常见冷镦凹模，一是擦伤和崩落处，二是整个截面淬硬或非金属夹杂物偏析造成脆性(cuìxìng)开裂。④硬度缺乏，或硬化层过浅而凹陷，或因尺寸(chǐcun)超差而过早报废。主要失效(shīxiào)形式：擦伤和脆性开裂性能要求：足够的抗压强度和耐磨性。尤其是冷镦凹模，需要良好的强韧性配合，硬化层控制在1.5~4mm，硬度58~62HRC，心部需韧性较好的索氏体组织，不能整个截面淬硬。2、冷镦模材料选用选材考虑因素：模具零件受力情况、截面大小、硬化层要求、批量大小等。一般选材情况：①对于轻载小型凹模，硬化层要求不深时可选用T10A钢；硬化层要求较深时，选用低合金工具钢。第七十七页，共一百九十八页。

77②对于受载较重、形状复杂(fùzá)的凹模，可选用高铬中碳钢或高速钢、基体钢制作的嵌镶块嵌入模套内，模套那么采用韧性较好的材料。③产量(chǎnliàng)超过20万件以上时，可选用钨钴类硬质合金或钢结硬质合金制成的嵌镶模块。冷镦凸模的材料(cáiliào)：轻载时，大多采用T10A或低合金工具钢；重载时，采用与凹模相同的材料制成模块式镶拼模具。冷镦模具的选材实例和辅助零件的选材可参考教材表2~40。〔三〕冷挤压模具的选材1、冷挤压模的工作条件和失效形式工作条件：①变形抗力大。挤压非铁金属时，模具截面上的平均压应力可达1000MPa以上；正挤压钢材时，可达2000~2500MPa；反挤压时可达3000~3500MPa。第七十八页，共一百九十八页。

78①模具外表反复受到剧烈摩擦，使接触面磨损(mósǔn)大，并且模具温升最低温度可达160~180℃，最高可达300~400℃。②凸模比凹模工作(gōngzuò)条件更繁重，往往受到偏心载荷，致使冲头受到很大的弯曲应力作用。③冲头在脱模时还受到拉应力(yìnglì)的作用。失效形式：擦伤磨损或氧化磨损。凸模断裂装配不良导致折断模所受应力超过材料的屈服极限产生“劈裂〞〔见以下图a〕脱模时，拉应力使模端部折断，产生“脱帽〞断裂〔见以下图b〕第七十九页，共一百九十八页。

79性能(xìngnéng)要求：必须具有高强韧性(rènxìnɡ)、良好的耐磨性、足够的回火稳定性和耐热疲劳性。1、冷挤压模具的材料(cáiliào)选用①挤压力较小、批量不大的正挤压模具，可选用碳素工具钢和低合金工具钢。②挤压力较大的正挤压模具，普遍采用Cr12型钢，但锻造、热处理不良时，脆断倾向大，模具寿命短。③承受高负荷的反挤压凸模，可选用高速钢，但也有脆断问题，可用低温淬火来提高脆断抗力。④挤压力较大、批量也较大的冷挤压凸模，选用降碳高速钢和基体钢使用效果良好。⑤对于大批量生产的冷挤压模具，应采用硬质全金、钢结硬质合金。〔选材例如可参考教材表2~41〕第八十页，共一百九十八页。

80〔四〕冷拉深、拉丝模具1、拉深模具(mújù)工作(gōngzuò)条件：凹模承受强烈摩擦和径向拉应力；凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。工作外表(wàibiǎo)温度可达400~500℃。失效形式：被拉深材料撕落粘附在模具外表，形成凹凸不平的伤痕或粘结成瘤，使拉深产品外表质量降低或成废品。性能要求：具有高的强度和耐磨性。材料选用：对中小模具，可选用T10A和低合金工具钢；对大中型模具，可采用球墨铸铁或合金铸铁，批量大时，磨损部位采用较好合金钢镶块硬质合金。第八十一页，共一百九十八页。

81防止粘附(zhānfù)措施：拉深铝、铜合金和碳素钢时，凸、凹模应渗氮或镀铬。拉深奥氏体不锈钢时，凹模应采用(cǎiyòng)铝青铜材料。高碳中铬钢(ɡèɡānɡ)和高碳高铬钢(ɡèɡānɡ)作拉深凹模时，应进行渗氮和抛光。〔拉深模材料选用参照表2~42〕2、拉丝模拉丝变形量小，主要是刃口局部承受强烈的摩擦和径向弯曲力。失效形式主要是磨损和崩刃，要求高硬度和耐磨性以及良好的抗粘附性能。材料选用，主要根据被加工材料的类型、线径大小生产批量等选用常用合金模具钢、硬质合金、人造金刚石等。〔具体选用可参照表2~43〕第八十二页，共一百九十八页。

82第四节冷作模具(mújù)的锻造与热处理一、冷作模具(mújù)材料的锻造锻造目的(mùdì)：提高材料的致密度和均匀性、细化组织、获得合理的流线分布等。1、高碳高合金钢的锻造工艺操作要点：①加热和冷却应均匀缓慢，大尺寸坯料应先预热再加热。②严格控制锻造温度范围，力争一火锻成。③锻造工具圆角要大些，锤头与锤砧要预热200~300℃。④操作要领应遵循“二轻一重〞和“两均匀〞的原那么。⑤尽量防止冲孔和扩孔。为了控制锻造质量，还应重视锻造方法、锻造比和锻锤吨位的选择。第八十三页，共一百九十八页。

832、钢结硬质合金(yìnɡzhìhéjīn)的锻造工艺(gōngyì)要点：钢结硬质合金(yìnɡzhìhéjīn)坯料在锻前应进行球化退火，坯料上的尖角、棱角应磨圆。锻锤吨位选择要适宜，参照表2-44。锤头、锤砧、工具和胎模锻前需预热。锻造比不宜过大，一般大于2，注意采用“二轻一重〞的操作要领。1~3火一般进行镦粗和拔长，拔长宜在V形铁砧或胎模中进行。二、冷作模具的热处理技术1、冷作模具的制造工艺路线一般冷作模具：锻造球化退火机械粗加工淬火与回火钳修装配。第八十四页，共一百九十八页。

84成形磨削(móxiāo)及电加工冷作模具：锻造球化退火机械粗加工淬火与回火机械加工或电加工成形钳修装配。高精度冷作模具(mújù)：锻造球化退火机械粗加工去应力退火或调质加工成形淬火与回火钳工修配。热处理工序安排(ānpái)应注意以下几点：①对于高精度要求的模具为减少热处理变形，常在机械加工之后安排高温回火或调质处理。②对于线切割加工模具，为防止线切割时变形开裂，其淬回火常采用分级淬火或屡次回火和高温回火。③为了保持模具尺寸的稳定性，线切割之后应及时再回火2、冷作模具的淬火第八十五页，共一百九十八页。

85〔1〕合理(hélǐ)选择淬火加热温度对于具体模具，在加热工艺标准的根底上要作精细选择，选择的依据主要(zhǔyào)是模具的使用性能要求。如保证淬透、淬硬或较高的热硬性，应选择较高的淬火加热温度；如要求(yāoqiú)较高的韧性和耐磨性，应选择较低的淬加热温度。〔2〕合理选择淬火保温时间生产中常采用到温入炉的方法加热，淬火保温时间可按以下经验公式确定：t=αDt淬火保温时间〔min或s〕α加热系数〔min/mm或s/mm〕，见表2-45。D工件有效厚度〔mm〕第八十六页，共一百九十八页。

86经验公式仅作为参考，生产中必须具体情况具体分析，对于形状复杂的模具(mújù)有时要通过实验来确定淬火保温时间。〔3〕合理选择(xuǎnzé)淬火介质一般(yībān)：高合金冷作模具钢，采用较缓的淬火冷却介质；碳素工具钢和低合金工具钢模具采用双介质淬火。市场上有不少新型的淬火冷却介质，如三硝水溶液、氯化锌碱溶液、氯化钙水溶液等，选择适当可以提高淬火质量。〔4〕采用适宜的淬火加热保护措施主要是防止氧化、脱碳，常用的方法有：①盐浴加热法②装箱保护法③涂料保护法④包装保护法3、冷作模具的强韧化处理工艺〔1〕低温淬火工艺第八十七页，共一百九十八页。

87相对(xiāngduì)于于传统淬火工艺进行的淬火操作。工艺特点：相对传统(chuántǒng)淬火加热温度低20~30℃。性能特点：提高韧性和冲击疲劳抗力，降低(jiàngdī)冷作模具脆断、脆裂倾向性。典型冷作模具钢低淬低回工艺见表2-46〔2〕高温淬火工艺对于某些冷模钢，如T7A~TI0A、GCr15等，采用高于传统工艺淬火温度淬火，可使模具获得较高断裂韧性和耐磨性，从而提高模具寿命。〔3〕微细化处理工艺即细化基体组织和碳化物，提高模具寿命的方法四步热处理法：高温淬火+高温回火+低温淬火+低温回火如9Mn2V:820℃油冷+650℃回火+750℃油冷+200℃回火。第八十八页，共一百九十八页。

88循环(xúnhuán)超细化处理加热(jiārè)Ac1〔Acm〕+10~20℃加热(jiārè)Ac1〔Acm〕+10~20℃……如Cr12MoV钢：1150℃加热(jiārè)油淬+650℃回火+1000℃加热油淬+650℃回火+1030℃加热油淬+170℃等温30min空冷+170℃回火.〔4〕分级淬火和等温淬火是模具最重要的强韧性化方法，可以减少模具的变形和开裂.冷作模具钢的分级淬火和等温淬火工艺及应用范围见表2—47.〔5〕其他强韧化处理方法主要是：形变热处理、喷液淬火、快速加热淬火、消除链状碳化物组织的预处理工艺等。第八十九页，共一百九十八页。

894、主要冷作(lěnɡzuò)模具的热处理特点〔1〕冲裁模对于(duìyú)薄板冲裁模在工艺上应保证热处理变形小、不开裂和高硬度。通常根据模材类型采用不同的减少(jiǎnshǎo)变形的热处理方法。如，双液淬火工艺、碱浴淬火工艺、低温淬火工艺、快速加热分级淬火、恒温预冷工艺、等温淬火等。以上工艺方法的具体应用参考表2-48。对于重载冷冲模由于失效形式是崩刃和折断，热处理工艺上应保证模具获得高强韧性。通常采用的热处理方法有：细化奥氏体晶粒处理、细化碳化物处理、贝氏体等温淬火、循环超细化处理、低温淬火等方法。第九十页，共一百九十八页。

90对于(duìyú)冷剪刀冷剪刀由于工作(gōngzuò)条件的差异，工作(gōngzuò)硬度范围较宽，但都要求刀刃抗冲击能力好。为了(wèile)减小淬火内应力，通常采用的淬火方法是：热浴淬火。即碱浴、盐浴和热油，温度一般在100~180℃范围。间断淬火。即加热保温后先油冷至上200~250℃，再转入空冷至80~140℃，立即进行预回火，最后根据硬度要求正式回火。对成形冷剪刀，根据受载情况可用表2~49中的常规热处理工艺。为了提高冲裁模的耐磨性和使用寿命，生产中常采用外表强化处理，如碳氮共渗、渗硼、盐浴渗钒、渗铌等。第九十一页，共一百九十八页。

91〔2〕冷镦模热处理特点(tèdiǎn)如下：①碳工钢冷镦凹模采用喷水淬火(cuìhuǒ)法可使硬化层沿凹模型腔轮廓均匀分布，以防止过早开裂；采用片状珠光体预处理〔即完全退火〕提高模具强度和断裂韧度和寿命。②冷镦模必须充分回火(huíhuǒ)，2次或2次以上。③采用中温淬火、中温回火工艺，获得最正确强韧性配合。④采用快速加热工艺，提高模具的韧性。⑤采用外表处理，提高模具的耐磨性和抗咬合性。典型冷镦模的热处理可参照表2~50。〔3〕冷挤压模热处理特点是：①易断裂或易胀裂、回火抗力和耐磨性要求不高的冷挤压模具，一般采用淬火温度的下限淬火，以获得高的强韧性。第九十二页，共一百九十八页。

92②高碳高合金冷挤压模具，一般采用较长时间的回火或屡次回火，以控制奥氏体含量，稳定尺寸(chǐcun)，消除应力，提高韧性。③以脆断为主的模具，常采用(cǎiyòng)等温淬火后再二次回火的工艺，以减少淬火内应力。④采用外表(wàibiǎo)处理。如渗氮、氮碳共渗、镀硬铬和渗硼等工艺，以提高抗咬合能力、耐磨性和改变外表(wàibiǎo)应力状态。⑤使用一段时间后，进行低温去应力回火，消除工作过程中积累的应力和疲劳。表达式2~51为典型冷挤压模材料的热处理工艺，以供参考。拉深模热处理特点是：第九十三页，共一百九十八页。

93①做好加热保护，防止(fángzhǐ)氧化脱碳，以防止(fángzhǐ)外表出现软点，外表硬度不得低于500HV。②采用(cǎiyòng)外表处理，提高外表的抗磨损和抗粘附的能力。如渗氮、渗硼、镀硬铬、渗钒是主要的方法。拉深模的典型(diǎnxíng)热处理标准见表2~52。三、冷作模具的热处理实例1、CrWMn钢光栏片的热处理右图为光栏片上冲模简图技术要求端面Ra0.8μｍα=125°10ˊ±8ˊ硬度61~64HRC材料选择碳工钢易变形超差，Cr12型钢加工困难，故CrWMn较适宜。第九十四页，共一百九十八页。

94制造(zhìzào)工艺路线毛坯→球化退火→粗加工→调质(diàozhì)→半精加工→去应力退火→精加工→淬火回火→精磨。热处理工艺(gōngyì)①球化退火：800℃×3~4h，炉冷至720℃×2~3h，炉冷至500℃以下出炉空冷。②调质：830℃×15min，油淬，700~720℃×1~2h回火。③去应力退火：640℃×4h，炉冷至300℃以下出炉。④淬回火：〔见右以下图〕2、T10A钢冲裁凹模的热处理模具尺寸如以下图第九十五页，共一百九十八页。

95技术(jìshù)要求①硬度(yìngdù)60~64HRC②15mm处为配合尺寸，要求(yāoqiú)变形小淬火工艺因孔型多，尺寸较大，采用的又是T10钢，淬火变形开裂的可能性大，为防止变形、开裂，常采用碱浴分级淬火，并采取适当的防变形措施。采用延迟淬火法。刃口采用局部淬火法。模具直角处包扎铁皮。M10螺钉孔用石棉绳堵塞。〔T10钢组合凹模的淬火工艺见右上图〕3、65Nb十字槽光冲模的热处理性能要求：极高的强韧性，高耐磨性。第九十六页，共一百九十八页。

96选材(xuǎncái)分析高碳高铬钢、高速钢光冲寿命低，冲芯易折断(shéduàn)；60Si2Mn钢光冲，寿命有所提高，但冲尖仍折断失效。现采用65Nb钢制造(zhìzào)，经低温淬火、高温二次回火，寿命相比传统材料常规热处理工艺提高5~6倍。热处理工艺〔见右以下图〕热处理后硬度为50~59HRC图2~384、W6Mo5Cr4V2钢冷挤压凹模的热处理冷挤压凹模和热处理见以下图图2~39图2~40第九十七页，共一百九十八页。

97技术(jìshù)要求硬度(yìngdù)62~64HRC型腔外表(wàibiǎo)粗糙度Ra0.1μｍ淬火时要保证外表粗糙度不受破坏热处理工艺为保证外表粗糙度要求，采用低温分级淬火，淬火温度为1180℃，分级温度为300℃。〔见图2~40〕5、大型拉深凹模的热处理模具的外形尺寸见以下图：失效形式：R处的磨损硬度要求：55~60HRC选材：原采用Cr12钢，拉深发生粘料现象，后改用QT500-7的铸态高强度球墨铸铁。第九十八页，共一百九十八页。

98热处理工艺(gōngyì)采用双介质淬火(cuìhuǒ)和马氏体等温处理工艺〔见以下图〕图2~42由于是铸铁，加热(jiārè)时要预热，冷却时需预冷。为了防止淬火开裂，采用了盐水和油双介质冷却及马氏体等温淬火。淬火后硬度54~58HRC，由于铸铁中含有游离态石墨，提高了润滑性能，使模具的耐磨性大大提高。使用效果与Cr12钢相比，模具寿命提高了10倍以上。冷作模的选材、强韧化处理与使用寿命关系的实例参见表2~53第九十九页，共一百九十八页。

99第三章热作模具(mújù)材料第一节热作模具性能(xìngnéng)要求及成分特点一、性能(xìngnéng)要求较高的高温强度和韧性良好的耐磨性高的热稳定性优良的耐热疲劳性高淬透性良好的导热性良好的成形加工工艺性能二、成分特点碳质量分数：一般小于0.5%〔个别达0.6~0.7%〕主加元素：Cr、Mn、Ni、Si具有强化铁素体提高淬透性的作用。辅加元素：W、Mo、V。作用是防止回火脆、产生二次硬化、提高耐热疲劳抗力。第一百页，共一百九十八页。

100第二节热作模具钢及热处理热作模具钢分类(fēnlèi)：按用途(yòngtú)分类锤锻模(duànmó)和大型机锻模(duànmó)用钢中、小机锻模和热挤压和钢压铸模用钢热冲裁模用钢按工作温度分低耐热钢〔350~370℃〕中耐热钢〔550~600℃〕高耐热钢〔580~650℃〕按性能分高韧性热作模具钢高热强热作模具钢高耐磨热作模具钢以上分类之间的关系及典型钢种见表3~1第一百零一页，共一百九十八页。

101一、锤锻模(duànmó)及大型机锻模(duànmó)用钢及热处理1、工作条件及性能(xìngnéng)要求锤锻模：受到高温〔400~600℃〕、高压、高冲击负荷的作用，模腔外表(wàibiǎo)与赤热金属产生强烈的摩擦，锻件出模后，要对模腔实施强烈冷却，如此反复加热与冷却，使模具外表(wàibiǎo)产生较大的热应力。大型机锻模：工作条件与锤锻模相近，所不同的是成形速度慢，单件滞模时间长，模腔外表温升比锤锻模高。失效形式：主要是氧化磨损、断裂、热疲劳裂纹等。性能要求：具有良好的耐磨性，较高的高温强度和韧性。具有良好的耐热性和耐热疲劳性。具有高的淬透性。对于锤锻模要求燕尾处的硬度比模面低。第一百零二页，共一百九十八页。

1022、锤锻模(duànmó)及大型机锻模(duànmó)用钢〔1〕常用(chánɡyònɡ)钢种及化学成分常用(chánɡyònɡ)钢种传统钢5CrNiMo、5CrMnMo新研制4CrMoSiMoV、5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi〔典型钢种的化学成分见表3-2〕〔2〕典型钢种的特点及应用5CrNiMo性能特点：优良的综合力学性能，高淬透性，第二类回火脆性不敏感；但工作温度较低，锻坯易产生白点。应用特点：主要用于制作形状复杂、冲击负荷大、要求高强度和较高韧性的中大型锤锻模。5CrMnMo性能特点：硬度、强度与5CrNiMo相当；但冲击韧度低、淬透性、耐热疲劳性也稍差，并且过热倾向较大。第一百零三页，共一百九十八页。

103应用(yìngyòng)特点：适于制造受力较轻的中小锤锻模。4CrMoSiMoV性能特点(tèdiǎn)：强度、热稳定性、淬透性均高于5CrNiMo，冲击韧度与5CrNiMo相近。应用特点：可用于制造(zhìzào)中、大型或特大型锤锻模及机锻模。45Cr2NiMoVSi性能特点：综合力学性能优于5CrNiMo，热、锻工艺性良好，但切削加工性略差。应用特点：适用于制造高强韧性大截面锤锻模和机锻模。寿命较目前国内外使用的传统锤锻模钢均有提高。〔3〕锤锻模与大型机锻模的选材选材的一般情况是：中小型〔<3t〕锤锻模选用5CrMnMo第一百零四页，共一百九十八页。

104大型〔>3t〕及复杂锤锻模(duànmó)选用5CrNiMo、4CrMoSiMoV大型、重载(zhònɡzǎi)锤锻模及机锻模选用5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi、4Cr5MoSiV1〔该钢后续介绍〕〔锤锻模及大型机锻模的选材(xuǎncái)情况可参考表3-3。〕3、锤锻模及大型机锻模的热处理该类模具制造工艺路线：下料→锻造→退火→机械粗加工→探伤→机械或电火花加工成形→淬、回火→钳修→抛光。〔1〕锻造选用钢材假设是轧材，必须进行锻造。锻造工艺：加热1100~1150℃，始锻1050~1100℃，终锻800~850℃，锻后缓冷至150~200℃空冷。〔2〕退火消除锻造内应力和组织不均匀性退火工艺：见表3~4，退火硬度一般为197~241HBW。第一百零五页，共一百九十八页。

105锤锻模因磨损造成尺寸超差，可以翻新。翻新时需退火进行(jìnxíng)软化，退火时应注意对燕尾的保护。〔3〕淬火(cuìhuǒ)与回火锻模尺寸(chǐcun)大，一般采用箱式电阻炉加热，为防止模面氧化脱碳，需装箱加保护剂保护，箱口要用耐火泥密封。大型或形状复杂的锻模淬火加热需预热，预热温度一般为550~600℃。①锻模的淬火加热温度选择推荐如下：5CrMnMo830~850℃5CrNiMo830~860℃4CrMoSiMoV860~880℃45Cr2NiMoVSi960~980℃5Cr2NiMoVSi960~1010℃第一百零六页，共一百九十八页。

106③淬火冷却方式(fāngshì)油冷为主，其次是分级或等温油冷：油温为40~70℃，入油前需在空气(kōngqì)中预冷至750~780℃，油冷时间根据模具大小为15~70min。②淬火加热保温(bǎowēn)时间箱式炉：加热系数2~3min/mm盐浴炉：加热系数1min/mm分级：将工件预冷后淬入160~180℃的硝盐浴，停留时间按0.3~0.5min/mm计算，取出后立刻回火。锻模的回火分模腔和燕尾两局部，燕尾的硬度不应高于锤头而且要低于模面，具体选择参考表3~5。④锻模回火温度根据硬度要求确定，局部锤锻模的回火温度和硬度的关系见表3~6。回火次数一般为二次，第二次回火温度应低于第一次。采用油冷，100℃出油。燕尾采用单独回火和自回火。第一百零七页，共一百九十八页。

107二、热挤压模及中、小机锻模(duànmó)用钢及热处理1、工作(gōngzuò)条件与性能要求热挤压模工作条件：受到压应力(yìnglì)、弯曲应力(yìnglì)和脱模拉应力(yìnglì)的作用，所受冲击载荷比锤锻模小，但工作温度比锤锻模高，最高可达800~850℃，热应力和摩擦都大于锤锻模。失效形式：模腔过量塑性变形、热疲劳破坏、热磨损及外表氧化腐蚀。性能要求：良好的耐热疲劳性、热稳定性和耐磨性，以及较高的高温强度和足够的韧性。中、小型机锻模工作条件与热挤压模相近，所不同的是受到的冲击载荷比挤压模大。因此失效形式和性能要求也与热挤压模相近。第一百零八页，共一百九十八页。

1082、热挤压模及中、小机锻模(duànmó)用钢〔1〕钨系热作模具钢典型(diǎnxíng)钢种：3Cr2W8V由于其耐热疲劳(píláo)性较差，在热挤压模方面的应用已逐渐减少。但在压铸模方面还广泛应用。〔2〕铬系热作模具钢代表性钢种：4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1和4Cr5W2VSi性能特点：含铬量较多，具有较高淬透性，适合分级淬火。耐热疲劳性较好，较能适应急冷急热的工作条件。回火稳定性较高，具有二次硬化〔见以下图〕。与钨系相比，韧性较高，高温强度较低，耐热性稍差，工作温度小于600℃。第一百零九页，共一百九十八页。

109热塑性较高，变形(biànxíng)抗力小，锻造开裂倾向性小，但锻造温度范围窄。〔3〕铬钼系及铬钨钼系钢主要(zhǔyào)钢种：4Cr3Mo3SiV〔H10〕、3Cr3Mo3VNb〔HM3〕3Cr3Mo3W2V〔HM1〕、5Cr4W5Mo2V〔RM2〕4Cr3Mo3W4VNb〔GR〕4Cr3Mo2NiVNbB〔HD〕局部(júbù)钢种介绍：1〕3Cr3Mo3VNb〔HM3〕性能特点：较高的耐热疲劳性和强韧性，回火稳定性好，冷热加工性良好。应用特点：适于制造强烈水冷的压力机成形模、辊锻模、小型锤锻模，寿命明显高于传统热作模具钢。2〕5Cr4W5Mo2V〔RM2〕第一百一十页，共一百九十八页。

110性能特点(tèdiǎn)：具有较高的回火抗力及热稳定性，在50HRC时热稳定性可达700℃，碳化物较多，抗磨损性能好。应用特点：适于制作小截面(jiémiàn)热挤压模、高速锻模及辊锻模具。3〕4Cr3Mo3W4VNb〔GR〕性能(xìngnéng)特点：热强性、热硬度、热硬度、冷热疲劳抗力及冷、热加工性均高于3Cr2W8V。应用特点：适于制造热镦、精锻、高速锻等热锻模具。〔4〕基体钢基体钢中有多只冷热兼用的模具钢，如6W8Cr4VTi〔LM1〕、6Cr5Mo3W2VSiTi〔LM2〕、6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2)及前面介绍的0Cr12Al。其中0Cr12Al具有代表性，用于热作模具较多，如热挤压冲头、传动杆热锻模等，寿命明显高于3Cr2W8V。〔局部基体钢和热作模具钢的力学性能见表3-8〕第一百一十一页，共一百九十八页。

1113、热挤压模及中、小机锻模的材料(cáiliào)选用热挤压模选材(xuǎncái)依据：被挤压金属种类挤压温度(wēndù)挤压比、挤压速度和润滑条件等选用情况：参考表3-9。中、小机锻模的选材依据：锻压材料种类生产批量模具尺寸、变形速度和润滑条件等选用情况：参考表3-104、热挤压模及中、小机锻模的热处理该类模具制造工艺路线一般为：下料→锻造→预先热处理→机械加工成形→淬、回火→精加工。第一百一十二页，共一百九十八页。

112热加工工序目的(mùdì)及工艺：〔1〕锻造(duànzào)轧材需锻造成型并改善组织，锻造工艺见表3-11。含钼的热模钢要注意加热温度和保温(bǎowēn)时间的控制，以防止严重脱碳。〔2〕预备热处理根据模具的具体性能要求，预备热处理工艺有：1〕退火大多数模具采用等温退火或普通退火，以便于切削加工和获得较合理的碳化物形状。常用热模钢的退火工艺参考表3-12。2〕高温调质高温淬火+700~750℃回火，以获得细而圆的碳化物，提高模具的抗裂性。3〕锻后正火锻后出现明显链状碳化物的模坯，须正火予以消除。第一百一十三页，共一百九十八页。

113〔3〕淬、回火(huíhuǒ)淬火温度(wēndù)的选择主要考虑奥氏体晶粒大小，及模具的具体性能要求，可参照表3-13进行选择。淬火保温时间的选择要使碳及合金元素充分固溶，以保证获得高回火(huíhuǒ)抗力及热硬性。〔盐浴炉取0·5~1min/mm)淬火冷却采用油冷、空冷、等温淬火或分级淬火。回火温度的选择，在模具不脆断的情况下，尽可能提高硬度，可参考表3-13。回火要及时，加热和冷却要缓慢。回火次数为两次，回火时间3min/mm计算，但不应低于2h.第二次回火比头次低10~20℃三、压铸模用钢及热处理1、压铸模工作条件及性能要求压铸模分类按被压铸材料的性质可分为：锌合金压铸模铝合金压铸模铜合金压铸模第一百一十四页，共一百九十八页。

114受热温度比热锻模高〔非铁金属400~600℃，钢铁材料1000℃以上(yǐshàng)〕，受热时间长。压铸模工作(gōngzuò)条件承受(chéngshòu)压力大，在20~120MPa之间。受反复加热和冷却的作用。金属液流高速冲刷的作用。常见失效形式：热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀。压铸模性能要求：具有良好的耐热性和高温力学性能。具有优良的耐热疲劳性和导热性。具有良好的抗氧化性和耐蚀性。具有高淬透性。2、压铸模用钢及处理工艺第一百一十五页，共一百九十八页。

115钨系：3Cr2W8V铬系：4Cr5MoSiV1铬钼钨系：3Cr3Mo3W2V铬钼系：4Cr3Mo3SiV新钢种(gāngzhǒng)：Y10、Y4典型(diǎnxíng)钢种介绍：〔1〕3Cr2W8V成分及性能(xìngnéng)特点：低碳，但铬、钨含量较高。属于过共析钢组织。因回火稳定性高，具有较高的热硬性和热强性。韧性和导热性较好。锻造工艺：因碳化物粗大需反复镦粗与拔长始锻温度：1080~1120℃终锻温度：900~850℃，空冷至700℃缓冷。第一百一十六页，共一百九十八页。

116预备(yùbèi)热处理采用(cǎiyòng)不完全退火或等温退火。不完全退火工艺：830~850℃加热，保温(bǎowēn)3~4h，炉冷〔40℃/h〕至400℃出炉空冷。等温退火工艺：710~740℃等温3~4h，然后炉冷至500℃出炉空冷。淬火与回火3Cr2W8V钢的淬火温度、回火温度与主要力学性能的关系见表3~15和表3~16，综合分析可知：钢的常规淬火温度应采用1050~1150℃。如果模具要求较好的塑性和韧性，那么采用下限加热温度；压铸较高熔点的合金，模具需要较高的热硬性和热稳定性，那么采用上限温度加热淬火。淬火冷却：油淬、分级淬火或等温淬火第一百一十七页，共一百九十八页。

117回火温度主要根据(gēnjù)模具性能要求来选择，回火次数为2~3次，采用油冷。表3~17为3Cr2W8V钢制压铸模常用(chánɡyònɡ)的几种热处理工艺，以供参考。①②③第一百一十八页，共一百九十八页。

118〔2〕3Cr3Mo3W2V〔HM1〕性能(xìngnéng)特点：使用实践说明，这种钢的回火稳定性、抗磨损性能均高于3Cr2W8V钢，尤其(yóuqí)是耐热疲劳性比3Cr2W8V高得多。锻造(duànzào)工艺：加热1150~1180℃，始锻1120~1150℃。锻后应及时退火。退火工艺：860~880℃加热保温2~4h，炉冷至720~740℃等温4~6h，炉冷至550℃以下出炉空冷。退火后的硬度≤252HBW。淬回火工艺：淬火加热1060~1130℃，油淬或分级淬火，淬后硬度为50~56HRC。回火至600~630℃时硬度为50~55HRC，回火至630~650℃时硬度为45~50HRC。第一百一十九页，共一百九十八页。

119〔3〕Y4、Y10钢〔新型(xīnxíng)模具钢〕Y4适宜(shìyí)作铜合金压铸模Y10适宜作铝合金压铸模主要特性：与3Cr2W8V钢相比，冷热疲劳抗力、抗溶蚀能力、冲击韧性、断裂韧性均比较高，但耐热性稍差。Y10可在610℃以下长期工作(gōngzuò)，Y4工作(gōngzuò)温度更高些。用于压铸模寿命普遍提高1~10倍。热加工特性：锻造与退火工艺性良好，工艺参数与3Cr2W8V钢相近。淬火温度为1020~1120℃，回火温度为600~630℃。3、压铸模材料选择选材依据：压铸金属种类、压铸温度上下。生产批量大小。压铸件的形状、重量及精度要求。第一百二十页，共一百九十八页。

120锌合金压铸模常用(chánɡyònɡ)材料合金(héjīn)结构钢：40Cr、30CrMnSi等模具钢：5CrNiMo、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V等。合金(héjīn)结构钢压铸模寿命为20~30万次，模具钢可达100万次。铝合金压铸模常用材料新型模具钢：H13、H11、Y10、HM3等。传统热模钢：3Cr2W8V新型模具钢使用效果、寿命均高于传统钢。铜合金压铸模常用材料HM1、Y4、3Cr2W8V。后者用量最大，但效果不如前两只钢。钢铁压铸模材料第一百二十一页，共一百九十八页。

121常用仍为3Cr2W8V，但热疲劳抗力(kànɡlì)差，寿命低。高熔点(róngdiǎn)钼基合金〔TZM〕及钨基合金〔Anviloy1150〕但价格昂贵。铍青铜合金、铬锆钒铜合金等，使用效果良好(liánghǎo)，价格贵。〔压铸模成形局部零件材料选用可参考表3~18〕4、压铸模热处理特点压铸模工艺路线①一般压铸模：锻造→退火→机械粗加工→稳定化处理→精加工成形→淬火及回火→钳工修配。②形状复杂、精度要求高的模具：锻造→退火→粗加工→调质→电加工或精加工成形→钳工修磨→渗氮〔或软氮化〕→研磨抛光。热处理工艺目的及特点：第一百二十二页，共一百九十八页。

122①稳定化处理〔也称去应力退火〕目的是，消除机加工应力和电火花变质层应力。去应力退火工艺(gōngyì)为加热650~680℃，保温3~5h。②预处理一般采用球化退火或调质处理。调质处理对改善模具(mújù)强韧性的效果优于球化退火，所以调质在高强韧性要求的压铸模上应用较多。③压铸模的热处理应缓慢(huǎnmàn)加热，屡次预热。较低温度〔400~650℃〕的预热在空气炉中进行，较高温度的预热应在盐浴炉中进行。④压铸模淬火加热温度。要求较高韧性时采用较低淬火温度，要求较高高温强度时采用较高温度淬火。淬火保温时间较长，一般在盐浴炉中加热保温系数取0.8~1.0min/mm.⑤淬火冷却。压铸模一般采用油冷，形状复杂的采用分级淬火。无论是何种冷却方法都不允许冷却到室温，一般冷至150~180℃均热后立即回火。第一百二十三页，共一百九十八页。

123⑥压铸模回火必须(bìxū)充分。一般回火3次，第一次选在二次硬化的温度范围，第二次选在使模具到达硬度要求的温度范围，第三次回火温度应低于第二次10~20℃。⑦为了防止熔融金属粘模、侵蚀，压铸模常采用外表强化(qiánghuà)处理，如渗氮、氮碳共渗、渗铬、渗铝、渗硼等。四、热冲裁模用钢推荐使用(shǐyòng)的钢种：5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、8Cr3。8Cr3是使用最多的钢种。制作凹模使用硬度为43~45HRC，不宜大于50HRC；制作凸模使用硬度为35~45HRC。8Cr3钢的锻后退火一般采用等温退火工艺，淬火温度为820~840℃，油冷，入油前应预冷。回火温度为480~520℃，硬度为41~45HRC。回火温度不应低于460℃。〔冲裁模材料选用可参考表3~19〕第一百二十四页，共一百九十八页。

124第三节其他(qítā)热作模具材料一、硬质合金(yìnɡzhìhéjīn)钨钴类：YG20—制作(zhìzuò)成镶块，用于热切边凹模、压铸模、热挤压凸模或凹模。钢结硬质合金：ST60〔奥氏体不锈钢基〕—用于热挤压模、热冲孔模、热平锻模等。●与通用热作模具钢相比，硬质合金用于热作模具，寿命都大幅提高。二、高温合金主要有铁基、镍基、钴基，工作温度高达650~1000℃，典型牌号有A-286、S-816，制造热挤压模可获得较高使用寿命〔成分见表3-20〕三、难熔金属合金主要是TZM和Anviloy，用于压铸模和耐热钢热挤压模,使用效果良好。第一百二十五页，共一百九十八页。

125四、压铸模用铜合金常用(chánɡyònɡ)铜合金：铍青铜合金、铬锆钒铜合金铜合金压铸模特点(tèdiǎn)：●铜合金导热性好，使得模具内外(nèiwài)温差小，从而降低了模具的应变和应力。●耐热疲劳性好。●模具在工作过程中性能和尺寸稳定。●铜合金压铸模制造周期短、本钱低。●用于钢铁件压铸，模具寿命常常高于各种热作模具钢。第四节热作模具的强韧化处理一、热作模具的高温淬火■对某些热作模具和某种热作模具钢采用高温淬火，以获得板条状为主的的组织，可以提高模具的强度、塑性和断裂韧度，这对于防止模具过早断裂、减缓磨损和热疲劳有益。第一百二十六页，共一百九十八页。

126例如(lìrú)：●5CrNiMo、5CrMnMo热锻模(duànmó)采用950℃和900℃淬火。●3Cr2W8V热挤压模采用(cǎiyòng)1150℃淬火。●4Cr5MoSiV1热挤压模采用1130~1160℃淬火。二、热作模具的复合热处理1、双重淬火工艺过程：终锻后的锻件→返炉加热→油淬→高温回火→常规淬回火工艺。优点：①双重淬火可以获得高度弥散的合金碳化物，提高模具的强韧性，对克服模具的早期断裂有作用。②利用锻造余热淬火，节约了能源，缩短了生产周期。第一百二十七页，共一百九十八页。

1272、复合(fùhé)等温处理工艺：淬火+等温处理(chǔlǐ)+回火目的：主要防止热锻模因淬火时出(shíchū)油温度过高，在及时回火过程中形成上贝氏体组织。例：5CrNiMo、5CrMnMo钢制热锻模复合等温处理工艺见以下图。三、热作模具热处理实例1、4Cr5MoSiV1钢制汽车凸轮轴锻模的热处理第一百二十八页，共一百九十八页。

128锻模(duànmó)尺寸：950mm×200mm×160mm工作(gōngzuò)硬度：37~41HRC锻压设备：40MN机械锻压(duànyā)机床锻件材料：45钢锻造温度：1220~1240℃原锻模材料：5CrNiMo平均寿命：8000件现锻模改用材料：4Cr5MoSiV1热处理工艺：见图3~3图3~3使用效果：磨损和热疲劳情况比5CrNiMo钢模具显著改善，平均寿命提高至于1.1万件。2、3Cr2W8V钢制大力钳热锻模的淬火不回火处理第一百二十九页，共一百九十八页。

129实验(shíyàn)证明：3Cr2W8V淬火态的断裂韧度比回火态的高一倍；淬火态或低于400℃回火后的冲击韧度高于500~600℃回火的冲击韧度。据此，对某些3Cr2W8V钢热锻模淬火后不回火或经低温回火使用，反而(fǎnér)能提高模具的使用寿命。例：3Cr2W8V钢制大力钳热锻模，尺寸为110mm×110mm×160mm，经1150℃加热，风冷不回火的工艺处理后，模具硬度为44~45HRC，平均(píngjūn)使用寿命达1万次以上，超过了经传统工艺处理的模具寿命。注意：对抗磨损和耐热疲劳性要求高的热锻模，不能不回火。3、3Cr2W8V钢制压铸模的离子渗氮处理渗氮目的：提高压铸模的耐蚀性、耐磨性、抗热疲劳性和抗粘附性能。适用对象：形状简单的压铸模第一百三十页，共一百九十八页。

130预处理工艺(gōngyì)：淬火态或调质态离子渗氮工艺(gōngyì)：渗氮温度为450~520℃，渗氮时间为6~9h。渗氮层深：0.2~0.3mm●磨损(mósǔn)后的离子渗氮模，经修复和再次离子渗氮后重新投入使用，可极大地提高模具总的使用寿命。4、综合实例热作模具选材、外表强化处理使用寿命的关系实例见表3~21。第四章塑料模具用钢第一节塑料模工作条件、失效形式及性能要求一、塑料模的工作条件●热固性塑料压缩模1、工作条件第一百三十一页，共一百九十八页。

131工作温度一般为160~250℃，模腔工作压力为160~200MPa，型腔面易磨损(mósǔn)、易腐蚀，脱模、合模受到较大的冲击。2、工作(gōngzuò)特点压制各种胶木制件，在热压状态下成形，热负荷和机械负荷都较大，参加的填充(tiánchōng)剂使模腔磨损严重。●热塑性塑料注射模1、工作条件工作温度小于150℃，工作压力较压缩模轻；有局部塑料在熔融状态下分解出氯化氢或氟化氢气体，对模具型腔有较大的腐蚀性。2、工作特点这类塑料在加热成形时一般不含固体填料，所以对模腔磨损小。如果含有玻璃纤维填料，那么大大加剧对流道和型腔面的磨损。第一百三十二页，共一百九十八页。

132二、塑料模常见(chánɡjiàn)的失效形式1、磨损(mósǔn)及腐蚀磨损失效：热固性塑料(sùliào)中的固体填充剂造成模具型腔磨损超差而失效。腐蚀失效：局部热塑性塑料加热至熔融状态分解出HCl、HF等腐蚀性气体使模具型腔外表受到腐蚀，从而增加外表粗糙度，加剧磨损而失效。2、塑性变形模具持续受热、受压发生局部塑性变形而失效，造成模具外表出现起皱、凹陷、麻点等缺陷。3、断裂塑料模具结构上的凹槽、薄边等应力集中处，当韧性缺乏时会导致开裂。三、对塑料模具材料的性能要求第一百三十三页，共一百九十八页。

1331、使用性能要求(yāoqiú)●足够的强度(qiángdù)和硬度，通常在38~55HRC●良好的耐磨性和耐蚀性●足够的韧性(rènxìnɡ)●较好的耐热性和尺寸稳定性●良好的导热性2、工艺性能要求◆机械加工性能，主要是具有良好的切削加工性能和磨削加工性能。◆良好的焊接性。模腔受到损伤时，往往采用堆焊的方法修复。◆良好的热处理工艺性。具有足够的淬透性、淬硬性，变形开裂的倾向小，热处理质量稳定等。◆镜面抛光性。透明塑料制品，需模具外表粗糙度小于Ra0.5μm，须对模具外表进行抛光加工。不同的模具钢第一百三十四页，共一百九十八页。

134镜面(jìnɡmiàn)抛光性能不同〔见图4~1〕。图4~1不同(bùtónɡ)模具钢的可抛光性◆良好的电加工性。包括(bāokuò)电火花加工性能和线切割性能。◆良好的饰纹加工性能。很多塑料制品要求设置各种花纹图案。第二节塑料模具用钢及选用塑料模具钢标准主要有国标和行业标准，行业标准比较繁杂，国标仅十余个钢种，即：SM45、SM48、SM50、SM53、SM55、SM3Cr2Mo、SM3Cr2Ni1Mo、SM2CrNi3MoAl1SSM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1、SM2Cr13、SMCr12Mo1V1、SM4Cr13、SM3Cr17Mo等。■这些专门钢与原钢种相比杂质含量低，纯洁度高，性能稳定。第一百三十五页，共一百九十八页。

135除了已纳入标准的塑料模具专用(zhuānyòng)钢之外，在实际应用中，还有新研制的塑料模具钢和引进的国外塑料模具专用(zhuānyòng)钢。一、塑料模具钢的成分(chéngfèn)、性能特点1、非合金(héjīn)塑料模具用钢〔1〕碳素结构钢〔国标〕：SM45、SM48、SM50、SM53、SM55性能特点：●精炼而成，与传统优质碳素结构钢相比，S、P含量低，碳量范围小，纯洁度高，材质均匀。应用特点：用于中小型低档的塑料模具零件。●可加工性良好，经调质综合力学性能良好。●价格廉价，市场性好。●热处理变形开裂倾向大。供货状态：正火状态的扁钢、厚钢板、模块。热处理：调质或淬火＋中、低温回火〔见表4~1〕。第一百三十六页，共一百九十八页。

136〔2〕微合金(héjīn)非调质塑料模具〔宝钢专利产品〕主要(zhǔyào)钢种：B20、B20H、B30、B30H、B3OM主要(zhǔyào)特点：①低碳、参加微量Cu、Ni、Mo、V等通过精炼而成。②可加工性、抛光性、焊接性、耐蚀性均比日本的S45C~S55C好。③采用非调质预硬化状态供给，模具制造过程中无须进行热处理，可渗氮。主要应用：●B20、B20H用于要求不太高塑的料模具零件和模架，如家电外壳，外壳、仪表板等。●B30、B30H、B30M：具有极佳的抛光性、耐蚀性和外表渗氮性能。可以制造高质量要求、大批量生产的塑料模具型腔。第一百三十七页，共一百九十八页。

1372、渗碳(shèntàn)型塑料模具用钢▲这类钢主要(zhǔyào)用于冷挤压成型的塑料模具。为了便于冷挤压成形，这类钢的特点是：①具有高的塑性和低的变形抗力，成形复杂型腔时，其退火(tuìhuǒ)硬度应≤100HBW，成形浅型腔时，退火硬度应≤160HBW。②低碳或超低碳，参加铬、镍元素提高淬透性。③最终热处理为渗碳、淬火加低回。典型用钢：国外专用钢瑞典8416美国P2、P4、P6日本CH1、CH2德国WE5、CNS2H国产专用钢：工业纯铁DT1、DT2，渗碳钢20、20Cr、SM1CrNi3〔相当12CrNi3A〕、0Cr4NiMoV。第一百三十八页，共一百九十八页。

138〔1〕0Cr4NiMoV〔LJ〕性能(xìngnéng)特点：●低碳、参加(cānjiā)铬、镍、钼、钒〔见表4~2〕。●退火(tuìhuǒ)硬度100~105HBW，冷成形性好。●渗碳能力强，同样工艺条件下，渗层比20钢深一倍。渗碳工艺：加热〔900~930〕℃×〔6~8〕h，罐冷，850~870℃油淬，160~180℃回火。应用：主要替代10、20钢和工业纯铁.由于渗层深，基体硬度高，模腔不出现塌陷和内壁咬伤，使用效果良好。〔2〕SM1CrNi3〔行标〕性能特点：●化学成分与12CrNi3A相近，但该钢是精炼而成。●具有高淬透性和良好的抛光性。●软化退火后，硬度＜160HBW，适于冷挤压成形。第一百三十九页，共一百九十八页。

139●锻后经去应力退火或正火处理,也适用(shìyòng)于切削加工的方法来制造塑料模具.●经渗碳、淬回火处理，模具零件外表具有很高的硬度(yìngdù)和耐磨性，心部具有良好的塑韧性。渗碳工艺：一般采用直接(zhíjiē)淬火，即渗碳后预冷至810~830℃油淬；回火温度为160~180℃，回火后外表硬度为58~62HRC，心部硬度为20~40HRC。应用特点：▲冷挤压成形——形状复杂的浅型腔塑料模具。▲切削加工成形——大、中型塑料模具。3、淬硬型塑料模具用钢◆主要用来制造负荷较大的热固性塑料模和注射模。纳入标准的有：SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1和SMCr12Mo1V1。第一百四十页，共一百九十八页。

140SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1适于制作聚缩醛、聚胺树脂制品的注射(zhùshè)成形模。SMCr12Mo1V1适于制造高耐磨性的大型复杂(fùzá)的精密塑料模。常用传统的淬硬型塑料(sùliào)模具钢有：碳素工具钢、低合金冷作模具钢、Cr12型钢、高速钢等。4、预硬型塑料模具钢预硬型模具钢概念：此类钢在供给状态时已预先进行了热处理，使之到达模具的使用态硬度，在此硬度条件下把模具加工成形不再进行热处理而直接使用，防止了模具在热处理时的变形，从而保证了模具的制造精度。预硬硬度：较低25~35HRC，较高40~50HRC成分特点：中碳；参加硫、钙、铅、硒等元素以改善高硬度条件下的切削加工性。第一百四十一页，共一百九十八页。

141典型(diǎnxíng)钢种介绍：〔1〕3Cr2Mo〔P20〕系列(xìliè)钢1〕SM3Cr2Mo〔最早纳入(nàrù)国标〕性能特点：①具有高洁净度，抛光性好，力学性能均匀。②淬透性好，采用调质预硬处理，预硬度为30~36HRC③可进行镀铬和渗氮等外表处理。主要应用：用于中、小型或大型的复杂、精密塑料模成形零件和低熔点合金压铸模。同类型钢号：美国P20；瑞典618、618H；日本HPM2、HPM7；德国GS711等。2〕SM3Cr2Ni1Mo〔P20改进型〕性能特点：①洁净度更高，组织致密，镜面抛光性好，Ra可达0.01~0.005μm。第一百四十二页，共一百九十八页。

142②调质预硬化硬度为32~36HRC，具有良好(liánghǎo)的车、铣、磨削加工性能。③适合火焰加热外表淬火，淬火硬度可达56~62HRC可以以此增加(zēngjiā)模具的使用寿命。④该钢镀铬后，镀层与基体金属结合(jiéhé)良好，外表硬度可达1000HV。应用特点：应用最广，适合制造预硬型截面厚度≥250mm的塑胶模具，如电视机外壳、洗衣机面板等。〔该钢的力学性能可参看表4~5〕3〕SM3Cr2MnNiMo〔718〕718是瑞典的通用型塑料模具钢，它是美国P20的改进型，而SM3Cr2Ni1Mo实际上是国内仿718的研制品。因此，该钢的成分、特性与SM3Cr2Ni1Mo相近。主要用于截面厚度≥400mm的大型、精密塑料模具。第一百四十三页，共一百九十八页。

143其它(qítā)预硬型塑料模具钢号：瑞典的718H；日本的PX4、PX5；德国的GS711、GS738；中国(zhōnɡɡuó)长城的CS718；上海宝钢的B30H、B30M；上海五钢的SWP20等。〔2〕5CrNiMnMoVSCa〔5CrSCa〕▲该钢属于硫、钙复合系易切削预硬化(yìnghuà)模具钢，成分见表4~6，尚未纳标。主要特点：①采用喷射冶金技术炼制，消除了硫化物不均的有害影响，有效的提高了钢的韧性、均匀性和等方向性。②该钢预硬化硬度为35~45HRC，在此硬度下可顺利地进行各种加工，镜面抛光后Ra可达0.05~0.025μm，蚀刻性良好。③可镀铬，可渗氮。淬透性高，强韧性好〔见表4~7〕。主要应用：用于制造型腔复杂、精密的大、中小型注射模、橡胶模和胶木模等。质量和寿命超过P20。第一百四十四页，共一百九十八页。

144▲在国内模具行业中，实际应用(yìngyòng)上还有一支类似5CrSCa预硬钢5CrNiMnMoVS〔SM1〕，在印刷电路板凸凹模、胶木线路板孔模、精密冲压导向板及热固性塑料模具方面的应用取得了良好的收益。〔3〕8Cr2S钢该钢不仅(bùjǐn)用来制作精密的冷作模具，而且经预硬化后可用来制作精密塑料和胶木模型腔零件，因为该钢预硬化后同样具有良好的切削加工性、镜面抛光性和外表处理性能。其应用效果见表4~8。5、时效(shíxiào)硬化型塑料模具用钢这类钢共同特点是：●含碳量低，合金度高。●固溶处理后经时效处理预硬化。●钢的纯洁度高，适用多种外表处理。〔1〕18Ni类钢〔成分和力学性能见表4~9〕第一百四十五页，共一百九十八页。

14518Ni类钢按屈服(qūfú)强度级别可分为三级，分别为18Ni140、18Ni170、18Ni250。主要(zhǔyào)特性：▲固溶处理后形成(xíngchéng)超低碳的马氏体，硬度为30~32HRC，具有良好的冷变形加工性和切削加工性。▲时效处理后，硬度提高到50HRC以上，具有高的强度和良好的塑性、韧性及高断裂韧度。▲锻造性能和焊接性能均较好，但焊接应采用气体保护焊，焊后应热处理。▲含Ni、Co量高，价格昂贵。主要应用：▲用于制作高精度、超镜面、型腔复杂、大截面、大批量生产的塑料模具和压铸模零件。第一百四十六页，共一百九十八页。

146〔2〕06Ni钢该钢属于(shǔyú)低镍马氏体时效钢，价格比18Ni类低得多，尚未纳标。主要(zhǔyào)特性：▲时效处理后的变形量仅为0.02%~0.05%，并且纵、横方向上的变形量相近，这是许多预硬化(yìnghuà)钢所不及的。▲固溶处理后，硬度为25~28HRC，在此硬度条件下切削和抛光性能都很好。▲时效处理后的硬度为43~48HRC，变形在0.05%之内，具有良好的综合力学性能和一定的耐蚀性能，可渗氮、镀铬。主要应用：▲适宜于制造高精度的塑料模具和轻金属压铸模。〔3〕PMS钢该钢国内研制，尚未纳标。第一百四十七页，共一百九十八页。

147主要(zhǔyào)特性：▲属电渣重熔精炼钢，纯洁度高，组织致密，抛光(pāoguāng)性好，研磨抛光(pāoguāng)后Ra=0.05~0.12μm，俗称镜面塑料模具钢。▲经840~850℃空淬固溶处理后，再经不同温度时效(shíxiào)，可获得良好的综合力学性能〔见表4~10〕。▲固溶处理后，硬度在28~35HRC之间时，机加工性能良好，好焊补易刻蚀。▲渗氮能力强，并且可与时效处理同时进行。主要应用：▲PMS钢适用于制作光学镜片和外观光洁光亮的家电塑料壳体的注射模具成形零件。〔3〕25CrNi3MoAl钢该钢属低镍无钴时效硬化钢，主要特性如下：①880℃水淬固溶处理后，硬度很高，不利于切削加工，需经680℃的回火，可将硬度降至22~23HRC以便于切削加工。第一百四十八页，共一百九十八页。

148②经520~540℃时效处理，硬度(yìngdù)为39~42HRC，变形率为-0.04，所以变形很小。③可渗氮，并与时效可同时进行(jìnxíng)。经软化处理，可用于冷挤压法制模。④主要适于制作变形(biànxíng)率在-0.05以下，外表要求光刻蚀花纹工艺的精密塑料模具。SM2CrNi3MoAl1S〔SM2〕钢SM2与25CrNi3MoAl钢都是在美国P21根底上研制的所不同的是SM2是含S的易切削钢，除此，两钢的特性相近，但SM2综合力学性能强于25CrNi3MoAl。SM2已纳入行业标准，市场有供给，供给状态的硬度为38~42HRC，主要用于照相机等光学制品以及玩具、文具、牙刷、线路板等塑料模具的成形零件。第一百四十九页，共一百九十八页。

1496、耐蚀塑料(sùliào)模具钢〔1〕马氏体类型(lèixíng)耐蚀塑料模具钢典型(diǎnxíng)钢号：SM2Cr13、SM4Cr13、SM3Cr17Mo这三钢均已纳标，与传统的马氏体不锈钢不同这，它们是精炼而成，因此具有高洁净度、超镜面性、强耐蚀的特性。但国内应用不多。如其相似的国外钢种在国内模具市场上却不少，如美国的420、德国的X36CM17和GS-346ESR、日本的HPM77等。这类钢主要用于高负荷并在腐蚀介质作用下工作的塑料模具和透明制品塑料模具。〔2〕0Cr16Ni4Cu3Nb〔PCR〕主要特性：①含碳量低，耐蚀性和焊接性都优于马氏体不锈钢而接近奥氏体不锈钢。第一百五十页，共一百九十八页。

150②固溶处理后可获得单一的板条状马氏体组织(zǔzhī)，硬度为32~35HRC，具有良好的可加工性。③经460~480℃时效处理后，可获得较好的综合(zōnghé)力学性能〔见表4~11〕，并且，变形小，抛光性好。④适于制造(zhìzào)高耐磨、高精度和高耐蚀的塑料模具，如氟塑料或聚氯乙烯成形模等。◆耐蚀的塑料模具钢中还有传统的AFC-77钢，属于马氏体沉淀硬化型不锈钢，经时效处理后，强度和硬度比PCR高，耐蚀性稍差，相对本钱也较高，应用已受到限制。7、其他塑料模具用钢〔1〕铜合金主要是铍青铜，如ZCuBe2、ZCuBe2.4主要特性：●适于用铸造的方法制模，也可用机加工的方法制模，制模周期短，可制出形状复杂的模具。第一百五十一页，共一百九十八页。

151●具有(jùyǒu)高导热性、高强度和高耐蚀性，花纹刻蚀性好。●适于制作(zhìzuò)吹塑模和注射模。〔2〕铝合金如ZL101主要(zhǔyào)特性：适于铸造的方法制模，周期短，本钱低。主要用于制造要求高导热性、形状复杂和制造周期短的塑料模具。〔3〕锌合金典型牌号Zn-4Al-3Cu主要特性：熔点低，用铸造的方法制模，易修饰加工，模具复制性好，并具有独特的润滑性和抗粘附性，制模本钱相当于钢模的1/4~1/8。但易于老化，模具寿命短。锌合金主要用于制作热塑性塑料模。二、塑料模具钢的选用塑料模具的材料选用是个综合技术问题，既要考虑模具对材料的使用性能要求，又要考虑模具对材料的工艺性能要求，还要考虑模具的综合本钱。第一百五十二页，共一百九十八页。

1521、塑料模成形(chénɡxínɡ)件的材料选用〔1〕根据塑料制品种类和质量(zhìliàng)要求选用对于型腔外表要求耐磨、心部韧性(rènxìnɡ)较高，但形状并不复杂的塑料注射模，可选用SM45~SM55钢。对于型腔复杂、采用冷挤成形的模具，可选用LJ钢和SM1CrNi3钢。对聚氯乙烯、氟塑料、ABS塑料制品，可选用SM2Cr13、SM4Cr13、PCR、18Ni等耐蚀塑料模具钢。对添加玻璃纤维的热塑性塑料制品的注射模或热固性塑料制品的压缩模，可选用淬硬型模具钢，如SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1、SMCr12Mo1V1钢以及传统的工具钢。对制造透明塑料模具，应选用预硬型塑料模具钢P20系列、SM2CrNi3MoAl1S、18Ni、PMS、8Cr2S、5NiSCa等。〔根据塑料制品种类选用模具材料的例举见表4~13〕第一百五十三页，共一百九十八页。

153〔2〕根据(gēnjù)塑件生产批量选用塑件批量小，应选用普通塑料模具钢；塑件批量大，应选用高级(gāojí)优质模具钢。〔按塑件生产批量选用(xuǎnyòng)塑料模具钢例举可参照表4~14〕〔3〕根据塑件尺寸大小及精度要求选用对大型高精度的注射模和型腔大，模壁厚，热处理要求变形小的模具都可选用预硬化钢。3C2M、PMS、SM1、P4410等。〔4〕根据塑件形状的复杂程度选用对复杂型腔的塑料注射模，如果塑件批量较大，应选用加工性好热处理变形小的钢材，如40Cr、3Cr2Mo、SM2、4Cr5MoSiV等。如果批量小，可选用碳素结构钢经调质处理，使用效果也好。2、塑料模具的其他零件选用一般选用普通钢材，经合理的热处理完全可到达使用要求〔使用例举见表4~15〕。第一百五十四页，共一百九十八页。

154第三节塑料模具的热处理一、热处理根本(gēnběn)要求1、适宜的工作硬度(yìngdù)和足够的韧性不同种类(zhǒnglèi)的塑料模，其工作硬度要求不同，如：添加玻璃纤维的塑料制品模具，硬度为56~60HRC形状复杂，精度高的塑料模具，硬度为45~50HRC软质塑料注射模，硬度为280~320HBW2、确保淬火微小变形根据钢材的热处理工艺性，对局部模具钢塑料模的淬火变形量作了限制，见表4~17。3、外表无缺陷易于抛光塑料模型腔外表粗糙度要求低，在热处理时一定要注意型腔的保护，以防止外表产生各种热处理缺陷，造成后续抛光困难。4、有足够的变形抗力热处理后模具应具有足够高的抗压塌和抗起皱的能力。第一百五十五页，共一百九十八页。

155二、塑料模具的制造(zhìzào)工艺路线〔1〕低碳钢及低碳合金钢制模具(mújù)下料→锻成模坯→退火(tuìhuǒ)→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火(tuìhuǒ)→机械半精加工→渗碳→淬火、回火→机械精加工→抛光→镀铬→装配。〔2〕高合金渗碳钢制模具下料→锻成模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬、回火→抛光→镀铬→装配。〔3〕调质钢制模具下料→锻成模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→镀铬→装配。〔4〕碳工钢及合金工具钢制模具下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→半精加工→淬回火→机械精加工→抛光→镀铬→抛光→装配。第一百五十六页，共一百九十八页。

156〔5〕预硬钢制模具(mújù)●对于已经预硬处理的商品模坯，可直接加工成形(chénɡxínɡ)，再抛光装配。●对于需改锻的坯料，其工艺(gōngyì)路线为：下料→改锻→球化退火→机械粗加工〔铣六面〕→预硬处理〔34~42HRC〕→成型加工〔机或电加工〕→去应力退火→抛光→镀铬→抛光→装配。三、塑料模具的热处理1、渗碳钢塑料模的热处理〔1〕渗碳技术要求①压制硬质填料的塑料时，渗层深为1.3~1.5mm渗层深度：②压制软质塑料时,渗层深为0.8~1.2mm③有尖齿、薄边的模具，渗层深为0.2~0.6mm渗层含碳量:0.7%~1.0%第一百五十七页，共一百九十八页。

157〔2〕渗碳工艺(gōngyì)方法采用分级渗碳工艺，即：高温(gāowēn)阶段加热900~920℃，保温1~1.5h,中温阶段加热820~840℃,保温2~3h。分级渗碳工艺能获得合理(hélǐ)的碳浓度分布，便于直接淬火。图4-2、4-3分别为20Cr钢恒温渗碳和分级渗碳后的碳浓度分布情况，由图可见，分级渗碳的碳浓度分布平缓。图4-2恒温渗碳图4-3分级渗碳渗碳介质采用5%碳酸钡的低活性固体渗碳剂装箱渗碳后空冷，然后重新加热淬火。第一百五十八页，共一百九十八页。

158对于优质渗碳钢模具，采用气体分级渗碳，渗碳后直接空冷淬火(cuìhuǒ)，为防止空冷过程中模腔外表氧化，常在通入压缩氨气的〞冷井〞中空冷。对于20Cr钢、DT1、DT2制作的小型精密模具(mújù)采用中温碳氮共渗，耐磨性更好。2、淬硬钢塑料模具的热处理主要(zhǔyào)考虑两点：①保证热处理时只有最小限度的变形，对于精密模具，最小变形应小于0.05%。②保证模腔的外表粗糙度不增加。为到达要求，应采取适当的工艺措施：①淬火加热应在保护气氛炉中或严格脱氧后的盐浴炉中加热，假设在箱式电阻炉中加热，应在模面上涂敷保护剂。②淬火加热时，为减小热应力，要控制加热速度，对于高合金钢和形状复杂、断面变化大的模具零件一般要经过2~3级的升温阶段。第一百五十九页，共一百九十八页。

159③淬火(cuìhuǒ)冷却时，在淬透的前提下应尽量缓冷，如等温淬火(cuìhuǒ)，预冷淬火(cuìhuǒ)等工艺。〔表4-18、表4-19分别是传统塑料模具钢推荐的淬火(cuìhuǒ)工艺与淬火(cuìhuǒ)介质，供参考。〕④淬火后应及时回火，回火温度(wēndù)应高于模具工作温度(wēndù)，并尽可能避开回火脆性区。⑤回火应充分，一般每次回火应在40~60min。3、预硬钢塑料模的热处理●以预硬态供货的不需热处理，直接加工使用。分两种情况：●对供材进行改锻的，需进行预先热处理和预硬化处理。预先热处理采用球化退火，预硬化处理多数采用调质处理。〔局部预硬钢的退火工艺和预硬处理工艺分别见表4-20、4-21〕第一百六十页，共一百九十八页。

1604、时效(shíxiào)硬化钢塑料模的热处理工艺(gōngyì)步骤：第一步：进行固溶处理(chǔlǐ)，完成奥氏体化后淬火获得单一马氏体组织。第二步：进行时效处理，将获得的单一马氏体组织重新加热到一定的温度进行较长时间的保温，以产生时效强化，获得所需的力学性能。固溶处理加热一般在盐浴炉或箱式炉中进行，淬火多采用油冷。时效处理多在真空炉中进行，假设在箱式炉中进行必须采防氧化措施。〔18Ni类钢的固溶处理温度和时效处理工艺可参考表4-22、其他时效硬化钢的热处理工艺可参考表4-23。〕第一百六十一页，共一百九十八页。

161四、塑料模的外表(wàibiǎo)处理为了提高塑料模外表的耐磨性和耐蚀性，常采用(cǎiyòng)适当的外表处理方法来到达目的。例如：镀铬能提高模具外表(wàibiǎo)的耐磨性、耐蚀性和耐热性，能使金属长久保持光泽性；渗氮处理能大大提高模具外表(wàibiǎo)的耐磨性，而且变形甚微。〔适用塑料模外表处理的方法很多，将在第六章介绍〕五、塑料模具选材与热处理实例实例1：12CrNi3A钢制对开胶木模的热处理模具形状和最终热处理工艺见图4-4第一百六十二页，共一百九十八页。

162胶木模成型时受力较大，要求高耐磨，高精度(jīnɡdù)。采用传统的合金渗碳钢制造，渗碳后模具能否到达精度(jīnɡdù)要求是关键。该例采用低温渗碳工艺，从而到达了目的。工艺选材(xuǎncái)分析：渗碳工艺：加热910℃恒温渗碳，渗碳结束随炉预冷至800~850℃出炉(chūlú)风淬〔该钢淬透性好〕，经200~250℃回火2~4h。●回火后硬度为53~56HRC，变形轻微，对合面间隙小于0.05mm。实例2：CrWMn钢模套热浴淬火模套形状及热处理工艺见图4-5工艺选材分析：模套要求耐磨，尺寸精度较高，选用淬火变形小的CrWMn钢较合理。但采用传统的淬火+低回第一百六十三页，共一百九十八页。

163变形还是难以(nányǐ)控制。热处理工艺(gōngyì)特点：电炉预热(yùrè)〔400℃〕，高于Ms点分级淬火，350℃中温回火。●经此处理，回火后硬度为51~55HRC，变形量在允许之内。实例3：5NiSCa钢制精密密封橡胶模的热处理选材及工艺分析：精密密封橡胶模具，要求尺寸精度高，切削加工性和抛光性能好，以及较高的硬度和耐磨性。选用易切削的5NiSCa适宜。热加工特点：①模坯采用圆钢改锻，锻造工艺按常规进行。②锻后采用等温球化退火工艺来改善切削性和为淬火作组织准备。③采用调质预硬化处理，切削加工性和抛光性良好，使用寿命比45钢高。第一百六十四页，共一百九十八页。

164实例4：PMS钢制磁带(cídài)内盒模及其热处理工艺选材(xuǎncái)分析：磁带内盒模要求较高的镜面性能〔Ra﹤0.05um〕，当初用瑞典718或日本NAK55钢制作。经使用比较(bǐjiào)，国产PMS钢完全满足精密塑料模具的特殊要求。热处理及加工特点：●采用固溶时效处理，固溶加热温度为840~860℃，时效温度为490~500℃。●固溶状态下进行机加工，刨削和铣削采用常规的加工速度和切削量，进给量和背吃刀量不宜过大，铣削采用高速钢立铣刀。磨加工和电加工性能均好。主要性能特点：●时效处理后硬度为38~45HRC，变形率小于0.05%，人工研磨抛光后外表粗糙度为Ra0.025~0.012um,寿命达80万次。第一百六十五页，共一百九十八页。

165第五章模具外表(wàibiǎo)强化技术通过对模具外表进行处理，改变表层化学成分和组织，以提高(tígāo)模具外表的耐磨性、抗粘附性、疲劳抗力和耐蚀性等。外表(wàibiǎo)处理的方法很多，常用的是化学热处理和外表(wàibiǎo)覆层技术，具体方法见表5-1。第一节外表化学热处理技术一、渗碳、渗氮、渗硫、渗硼1、渗碳〔1〕渗碳特点可以使模具外表获得高硬度、高耐磨和较好的耐疲劳性，而心部仍保持较高的强度和良好的韧性。〔渗层碳含量为0.85%~1.05%，淬回火后的硬度为60~62HRC〕〔2〕渗碳方法常用的方法是气体渗碳法和固体渗碳法。主要工艺事项如下：第一百六十六页，共一百九十八页。

1661〕渗碳剂固体渗碳采用(cǎiyòng)木炭加催渗剂〔碳酸钡或碳酸钠〕，气体渗碳采用(cǎiyòng)煤油或丙酮等。2〕渗碳加热(jiārè)温度常用920~930℃，但对高合金钢渗碳，渗碳温度可提高至1000~1150℃。3〕渗碳保温时间根据渗层厚度要求，固体渗碳可按0.10~0.15mm/h估算(ɡūsuàn)；气体渗碳可按0.15~0.17mm/h估算(ɡūsuàn)。4〕渗碳后的淬火合金钢渗碳后可以直接淬火，但碳素钢渗碳和高温渗碳应采用一次加热淬火。▲模具渗碳后的回火，与模具的服役条件有关，一般冷作模具采用低温回火，热作模具采用高温回火。模具渗碳的应用效果见表5~2。2、渗氮〔1〕渗氮特点●高硬度、高耐磨、高热硬性。第一百六十七页，共一百九十八页。

167●高疲劳(píláo)抗力和高耐蚀性●处理温度(wēndù)低，工件变形小●渗层浅，脆性(cuìxìng)大，只适合含铬、钼等的合金钢〔2〕渗氮方法1〕气体渗氮渗氮设备井式渗氮炉渗氮剂NH3渗氮工艺一段法、二段法、三段法①一段法：加热480~530℃，保温20~30h.②二段法：加热490~530℃/15~20h,再升温至530~560℃/15~20/h。③三段法：加热490~520℃/10~15h，在560~600℃/10~20h，在520~540℃/15~20h.●氨分解率：一般控制在15%~50%，视工艺方法而定。第一百六十八页，共一百九十八页。

168局部模具的渗氮工艺标准(biāozhǔn)可参照表5-3。2〕辉光(huīɡuānɡ)离子渗氮法渗氮设备(shèbèi)离子渗氮炉〔图5-1〕渗氮气体氨气或氮、氢混合气体。主要工艺参数①加热温度350~570℃②真空度2.6Pa③两极电压400~1000V直流电压〔工件为阴极，炉体为阳极〕。④电流密度0.5~3mA/cm2离子渗氮原理渗氮气体在高压电场作用下发生电离，产生高能离子，并以极高的速度轰击工件外表，使氮子转换为氮原子而渗入工件形成氮化层。第一百六十九页，共一百九十八页。

169与气体渗氮相比，离子(lízǐ)渗氮的优点是：●渗速大大提高。●韧性和疲劳强度显著(xiǎnzhù)提高。●工件(gōngjiàn)变形小，对材料的适应性强。渗氮在模具中的应用常用于受冲击作用较小的压铸模、塑料模、热挤压模和冷拉深模等。〔局部模具材料的离子渗氮工艺与使用效果见表5-4〕3、渗硫渗硫可以在钢铁外表生成很薄的FeS薄膜，以降低摩擦因素，提高模具的抗咬合性能。低温电解渗硫工艺方法：设备：坩埚炉渗硫盐浴配方：KSCN75%+NaSCN25%电解盐浴温度：180~190℃工作电压：直流0.8~4V〔坩埚接正极，工件接负极〕。第一百七十页，共一百九十八页。

170保温(bǎowēn)时间：10~30min▲经此处理(chǔlǐ)，可使钢件外表获得0.006~0.08mm的渗层。▲渗硫后的性能(xìngnéng)特点：外表硬度达70~100HV，但渗层具有良好的减摩性和抗咬合能力，用于Cr12冷作模具，使用寿命大幅提高。14、渗硼渗硼是将工件置于含硼的介质中，经过加热与保温，使硼元素渗入工件外表，形成FeB和Fe2B的工艺过程。渗硼的优异特性：①高硬度、高耐磨，FeB层硬度为1700~2000HV，Fe2B层为1200~1500HV，合金钢渗硼层硬度可达3000HV，耐磨性超过了渗氮。②耐热性好，600℃不氧化，800℃氧化极微。③热硬性好，加热到600~800℃硬度仍不降低。第一百七十一页，共一百九十八页。

171④耐蚀性高，耐酸、碱、盐的腐蚀，但不耐(bùnai)硝酸的腐蚀。渗硼的缺陷(quēxiàn)：①渗硼层的脆性大，用于较大冲击(chōngjī)载荷的模具，渗层易剥落或开裂。②渗硼温度偏高，工件变形较大。③工件渗硼后，一般要进行淬回火处理，淬火时硼化物层也易开裂。渗硼工艺方法：目前，应用较多的工艺方法是固体渗硼法和液体渗硼法。1〕固体渗硼法固体渗硼剂：硼铁20%~30%，Al2O360%~70%，KBF45%，NH4HCO35%。加热温度：900~1000℃〔箱式炉〕保温时间：1~5h第一百七十二页，共一百九十八页。

1722〕液体(yètǐ)渗硼法盐浴渗硼：盐浴配方(pèifāng)：硼砂+少量脱氢剂加热(jiārè)温度：900~1000℃，保温2~6h.电解盐浴渗硼：渗硼剂：硼砂设备：石墨坩埚电流密度：0.15~0.2A/cm2〔坩埚为阳极，工件为阴极〕加热温度：930~950℃，保温2~6h▲以上渗硼方法都存在变形较大的问题，为减少变形，人们研究了很多低温渗硼的方法，如低温固体渗硼、低温电解渗硼等都取得了较好的应用效果。▲渗硼应用：用于各种钢制模具，效果显著〔参见表5~5〕第一百七十三页，共一百九十八页。

173二、多元(duōyuán)共渗1、碳氮共渗碳氮共渗是向工件外表同时渗入(shènrù)碳和氮，并以渗碳为主的化学热处理工艺。碳氮共渗的方法很多，生产上常用(chánɡyònɡ)的是气体碳氮共渗法。〔1〕气体碳氮共渗工艺设备：井式渗碳炉共渗剂：煤油+氨气共渗温度：820~870℃〔2〕气体碳氮共渗特点1〕与单一渗碳相比，硬度更高，耐磨性更好，疲劳强度更高，同时还具有一定的耐蚀性；与单一渗氮相比，渗层深，脆性小。2〕共渗温度低，工件心部的晶粒细小，强韧性较好，并减少了工件的淬火变形。第一百七十四页，共一百九十八页。

1743〕由于氮的渗入(shènrù)，渗层的淬透性提高，为碳素钢代替合金钢制造某些模具成为可能。4〕共渗速度显著大于单一渗碳和单一渗氮，从而缩短(suōduǎn)生产周期。〔3〕碳氮共渗的应用(yìngyòng)碳氮共渗的适用于基体具有良好韧性，而外表硬度高，耐磨性好的零件上。如塑料模、陶瓷模中的凸模、凹模和型芯、型腔等部位零件以及冲裁模中的凸模、凹模等零件。2、氮碳共渗氮碳共渗〔又称软氮化〕是向钢件外表同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺。生产中应用的大多是气体氮碳共渗，具有以下特点：1〕处理温度低〔一般为530~570℃〕，时间短〔一般为1~6h〕，工件变形小。2〕不受钢种限制，铁基材料一般均可进行处理。第一百七十五页，共一百九十八页。

1753〕可以(kěyǐ)获得较高的外表硬度、疲劳抗力、耐磨性和耐蚀性。在干摩擦条件下，还具有抗咬合性。4〕渗层脆性(cuìxìng)小，不易剥落。5〕渗层较薄，不适合重载(zhònɡzǎi)模具。●气体氮碳共渗剂一般使用尿素，氨气加酒精等。●氮碳共渗主要用于热态下工作的压铸模、塑料模、挤压模及轻载的冷作模具，使用寿命明显提高〔见表5~6〕。3、硼硫复合渗模具经硼硫复合渗后，由于具有减摩润滑性能，模具的抗粘着磨损能力和抗擦伤能力大为提高，增加了模具寿命。即先渗硼再渗硫的外表处理工艺。渗硫工艺：渗硫介质96%的硫加4%的硫化铜加热温度180~200℃保温6h▲渗硫后可获得5~8μm的渗层。第一百七十六页，共一百九十八页。

1764、硫氮碳共渗硫氮碳共渗是将工件置于有活性S、N、C原子的介质中，在500~600℃中保温一定时间，使工件外表(wàibiǎo)同时渗入这三种元素的化学热处理工艺。经三元共渗，工件(gōngjiàn)外表获得硫化物的薄表层，氮碳化合物的次表层和扩散层。主要(zhǔyào)性能特点：硫氮碳共渗层具有优良的减摩、抗咬合、耐疲劳性能和较好的耐蚀性能。应用范围：用于非铁金属挤压模、压铸模、塑料成形模及高精度冷作模具等。三、盐浴渗钒、渗铌和渗铬盐浴渗金属可以获得极高耐磨性的碳化物型渗层。因工艺和设备简便易行，已进入工业应用阶段。盐浴渗金属有三种工艺方法，即硼砂盐浴法、粉末法和气体法。其中以硼砂为基的盐浴渗金属并形成碳化物的方法又称“反响浸镀法〞〔TD法〕。第一百七十七页，共一百九十八页。

177TD法是在熔融的硼砂中参加欲渗的元素(yuánsù)或其合金的粉粒，然后将工件浸入其中，靠欲渗元素(yuánsù)原子向工件外表扩散并与基体中的碳原子形成金属碳化物覆层。1、盐浴渗钒设备：高温(gāowēn)坩埚电阻炉渗钒盐浴成分配(fēnpèi)比：Na2B4O7〔脱水〕85%+V2O5粉10%〔或钒铁粉〕+Al粉5%也可以采用钒铁粉10%+Na2B4O7〔脱水〕90%.模具渗钒温度：850~1200℃，保温2~6h。渗钒后热处理：一般直接淬火，根据模材可空淬、油淬或水淬。渗钒层特点：具有极高的硬度，可达2800~3200HV，高耐磨，抗粘着性好。应用范围：中、高碳素钢或合金钢制的各种冷作模具。使用寿命与渗氮模具相比，可提高几倍至几十倍。第一百七十八页，共一百九十八页。

1782、浴盐渗铌设备(shèbèi)：坩埚电阻炉渗铌盐浴：无水硼砂(pénɡshā)、氧化铌或铌粉、铝粉。渗铌温度(wēndù)：900~1050℃渗铌保温时间：4~10h渗后处理：直接淬火加低回，再清理外表。盐浴渗铌的性能特点：渗铌层组织为碳化铌，呈金黄色，具有极高的硬度，模具钢渗铌硬度可达2900~3500HV。比渗硼和气相沉积碳化钛有更好的抗磨损、抗咬合、耐氧化和抗热疲劳性能。盐浴渗铌的应用：可用于冲模、弯曲模、成型模、热锻模和粉末冶金成型模具，寿命可提高几倍至几十倍。3、盐浴渗铬盐浴渗铬在坩埚炉中进行，盐浴成分以硼砂为主；渗剂成分为氧化铬粉。另添加少量的铝粉起稀释作用。第一百七十九页，共一百九十八页。

179处理工艺温度(wēndù)：950~1050℃，保温4~6h。渗层组织(zǔzhī)：铬的碳化物〔高碳钢渗铬，铬含量高达80%〕。渗层深度(shēndù)：15~27μm渗层性能：中、高碳钢渗铬，硬度达1300~1600HV，合金钢达1700~1800HV，耐磨性、尤其是抗磨粒磨损性能优良。渗铬的应用：较多的用于高碳钢或高碳合金钢的冷、热作模具，寿命大幅度提高。第二节涂镀技术一、电镀在电解质溶液中，将具有导电外表的制品作为阴极，以镀层金属为阳极，通过直流电，在制品外表沉积出牢固的镀层金属的工艺过程。在模具上应用较多的是镀硬铬。第一百八十页，共一百九十八页。

180工艺配方(pèifāng)：铬酐140~160g/L，硫酸1.4~1.6g/L。其余为水。工艺条件：温度(wēndù)57~63℃，电压12V，电流密度45~50A/dm2。镀层性能：硬度为900~1200HV，耐磨性提高，且不引起(yǐnqǐ)工件变形。镀硬铬的应用：只适合于加工应力较小的拉深模、塑料模等。二、刷镀刷镀是依靠一个与阳极接触的垫和刷提供电镀所需要的电解液的电镀方法，与电镀的原理一样，但不用镀糟，故称无糟镀或涂镀。图5-2是其工作过程示意图刷镀设备主要包括：电源、镀笔、镀液及泵、回转台等。电源电压3~30V无级可调，电流30~100A。第一百八十一页，共一百九十八页。

181图5-2刷镀工作(gōngzuò)过程示意图1-工件(gōngjiàn)2-镀液3-电源4-镀笔5-包套6-接液盘刷镀特点(tèdiǎn)：①沉积速度快，镀层质量和性能优良。②工艺简单，易于现场操作，且不受模具形状和大小的限制。③适用范围广，一套刷镀设备可刷镀各种单一金属镀层、合金镀层，复合镀层等。第一百八十二页，共一百九十八页。

182刷镀技术(jìshù)的应用：1、用于模具工作外表的修复、强化和改性。如对已磨损的模具刷镀可以恢复尺寸，修补外表裂纹；刷镀不同的金属、合金镀层以满足模具外表各种(ɡèzhǒnɡ)不同的性能要求。2、可以作为制造模具的辅助手段。如降低模具外表(wàibiǎo)粗糙度、对模具外表(wàibiǎo)进行电解加工等。3、用刷镀技术可以获得非晶态镀层，这种镀层具有优异的物理、化学、力学性能〔应用效果见表5-7〕。三、化学镀化学镀是将工件置于镀液中，镀液中的金属离子通过获得由镀液中的化学反响而产生的电子在工件上复原沉积而形成镀层。化学镀与电镀、刷镀相比的优点是：均镀能力和深镀能力好，具有良好的仿形性；沉积厚度可控，镀层致密，与基体结合良好；第一百八十三页，共一百九十八页。

183化学镀在模具(mújù)上的应用：●T10、Cr12钢制冷(zhìlěng)作模具分别镀覆Co-P、Co-W-P，提高了模具的耐磨性，使用寿命提高1倍以上。●Cr12MoV钢制拉深模，经化学镀Ni-P，模具具有(jùyǒu)优良的耐磨性能，使用寿命从2万次提高到9万次。第三节其他外表强化技术一、喷丸外表强化喷丸强化是采用大量的钢丸或铸铁丸〔直径为φ0.4~φ2mm〕以35~50m/s的速度喷射至已加工完毕的工件外表，使外表产生冷硬层和残留压应力，从而显著提高零件疲劳强度。以下图是珠丸挤压零件外表时的受力状态，由图分析可知，与零件外表平行方向上产生剩余压应力。第一百八十四页，共一百九十八页。

184模具经喷丸后，具有如下性能(xìngnéng)特点：①显著地减缓了疲劳裂纹(lièwén)的生成或抑制了疲劳裂纹(lièwén)的扩展速度。②促使残留奥氏体转变为马氏体，从而提高外表硬度、抗冲击磨损(mósǔn)能力和疲劳强度。③能改善磨加工和电加工的外表粗糙度。应用举例：△3Cr2W8V钢制活扳手热锻模，经喷丸处理后，寿命提高50%。△Cr12钢制洗衣机电动机定转子落料冲裁模，经喷丸处理后，一次刃磨的使用寿命提高了2.5~8.5倍。二、电火化外表强化电火花外表强化是利用工具电极与工件间在气体中产生的火花放电作用，把作为电极的导电材料溶渗进工件表层形成合金化的外表强化层。第一百八十五页，共一百九十八页。

185图5-4是金属(jīnshǔ)电火花外表强化的加工原理图。图5-4在工具电极和工件(gōngjiàn)之间接上直流或交流电源，由于振荡器的作用，工具电极与工件(gōngjiàn)间不断产生火花放电，从而实现金属外表的强化。图5-5是电火花的强化(qiánghuà)过程示意图。a充电b〕放电c〕形成合金或化合物渗层d〕强化层冷却第一百八十六页，共一百九十八页。

186电火花外表(wàibiǎo)强化特点：①设备简单，操作方便，容易掌握。②所获得的强化层与基体结合牢固。③强化层性能取决于基体和电极材料(cáiliào)，与电参数无关。④常用电极材料有TiC、WC、ZrC、NbC、硬质合金等。应用(yìngyòng)举例：▲用YG8作电极，对3Cr2W8V制模具进行电火花外表强化处理后，在各类酸、碱、中的耐蚀性提高了4~15倍。▲用YG8作电极，对Cr12钢制定子双槽模刃口进行强化，每次刃磨的平均寿命由5万次提高20万次。三、激光外表强化利用高功率密度激光束进行外表处理的方法称为激光热处理。它分为激光相变硬化、激光外表合金化两大类。激光热处理的关键设备是激光器，常用的激光热处理试验装置见图5-6。第一百八十七页，共一百九十八页。

187图5-6激光(jīguāng)热处理装置示意图工业上应用(yìngyòng)较多的为500W级纵向放电CO2激光器，主要技术指标：额定输出功率450W，输出功率范围为200~800W，光束直径φ4mm，发散角小于2毫弧度。激光淬火前，工件需进行黑化处理，以提高光能的吸收率，使工件外表快速加热(jiārè)到相变温度以上，光束移开后通过自激冷却即可实现外表淬火硬化。由于加热工件外表温度及穿透深度均与激光照射时间的平方根成正比，因此当激光束功率及光斑尺寸确定后，通过改变激光束的扫描速率，就可以控制工件外表温度和加热层深度。第一百八十八页，共一百九十八页。

188激光淬火(cuìhuǒ)的根本工艺参数是：输出功率、光斑尺寸、扫描速度〔或工件移动速度〕、材料对光的吸收率等。激光(jīguāng)外表淬火特点：①淬火工件表层可获得极细的马氏体组织。②受热及冷却区极小，因此残留应力小，变形极小。③毫无氧化脱碳，淬火外表光亮洁净。所以激光(jīguāng)淬火可以在最终精加工工序之后进行。④可以解决工件拐角、沟槽、不通孔、深孔内壁等用其它热处理方法很难解决的强化问题。⑤可以提高模具的外表硬度、耐磨性、热稳定性、抗疲劳性和断裂韧度等，是提高模具寿命的有效途径。四、气相沉积技术气相沉积是通过气相中发生的物理、化学过程，改变外表成分，在工件外表形成功能性或装饰性化合物的新技术。通常沉积层厚度为0.5~10μm,沉积物为过渡族元素与碳、氮、氧和硼的化合物。第一百八十九页，共一百九十八页。

189按过程的主要属性可将气相沉积分为(fēnwéi)化学气相沉积〔CVD〕和物理气相沉积〔PVD〕两大类。沉积层类别(lèibié)及特性见表5-8。应用在模具上主要是TiC、TiN、Ti〔C、N〕.TiC、TiN涂层(túcénɡ)具有以下特点：①涂层具有很高的硬度，低的摩擦因素和自润滑性能，所以抗磨粒磨损性能良好。②涂层具有很高的熔点，基体金属在涂层中溶解度小，所以抗粘着磨损能力也好，使用中发生冷焊和咬合的倾向性小。③具有很强的耐蚀能力〔胜过镍铬不锈钢〕。④涂层在高温下也具有良好的抗大气氧化能力。1、化学气相沉积CVD是将低温下气化的金属化合物与加热到高温的工件接触，在工件外表与碳氢化合物和氢气或氮气进行气相反响而生成金属化合物沉积层的过程。第一百九十页，共一百九十八页。

190以下图是化学(huàxué)沉积装置示意图图5-7化学(huàxué)沉积装置示意图1-进气(jìnqì)系统2-反响器3-加热炉丝4-加热炉体5-工件6-卡具7-排气管8-机械泵9-废气处理系统10-电源及测温仪表根本工艺过程：加热：950~1000℃供气：N2、H2、TiCl4、CH4、Ar保温：8~13h热处理：沉积处理后需重新进行淬回火由于处理温度较高，工件变形较大。为了减小工件变形，简化后续热处理工艺，又出现了低温沉积工艺方法，如PECVD、MTCVD。第一百九十一页，共一百九十八页。

191CVD应用(yìngyòng)：主要用于高碳钢和高碳合金钢模具，一般沉积(chénjī)TiC最正确厚度为3~10μm，沉积(chénjī)TiN为5~15μm，而且还可沉积(chénjī)Ti〔C、N〕薄膜，都可以大幅度提高模具寿命〔见表5~9〕。2、物理(wùlǐ)气相沉积将金属、合金或化合物放在真空室中蒸发〔或称溅射〕，使这些气相原子或分子在一定条件下沉积在工件外表上的工艺称为物理气相沉积〔简称PVD〕。与CVD法相比，PVD法的主要优点是处理温度较低，沉积速度较快，无公害。缺点是沉积层与工件的结合力较小，镀层的均匀性稍差。此外设备造价高，操作维护技术要求高。PVD可分为真空蒸镀、阴极溅射和离子镀三类。〔1〕真空蒸镀第一百九十二页，共一百九十八页。

192在高真空(zhēnkōng)中使金属、合金或化合物蒸发，然后凝聚到基体外表的方法叫做真空(zhēnkōng)蒸镀法，其原理图见5-8。图5-8真空(zhēnkōng)蒸镀原理1-高真空槽2-膜面3-加热器4-基板5-蒸气(zhēnɡqì)流6-蒸镀材料蒸镀过程：①对真空装置和被镀模具或零件进行去污、去油、去锈。②把清洗过的模具或零件装入镀槽的支架上。③补足蒸发物质〔如TiC〕。④抽真空(最终抽至1.33×10-4Pa).⑤在高真空下对零件进行加热，其目的是去除水分和增强镀层结合力。⑥对蒸镀物加热，使蒸发物脱水直至蒸发物蒸发。第一百九十三页，共一百九十八页。

193⑦翻开蒸发源盖板，蒸镀即开始(kāishǐ)。膜厚可由监测器控制，到达厚度后，关闭盖板并停电。⑧停镀后不要马上放入空气，需在真空(zhēnkōng)条件下放置15~30mm，以防镀层和蒸发源氧化。⑨关闭(guānbì)真空阀，导入空气，取出镀件。蒸镀应用范围：◆由于蒸镀设备简单，操作容易，可镀材料广，广泛用于光学、电子器件和塑料制品的外表处理。〔2〕阴极溅射即用荷能粒子轰击某一靶材〔阴极〕，使靶材外表原子以一定能量逸出，然后在工件外表沉积的过程〔见图5-9〕。图5-9溅射原理简图1-阴极屏蔽2-阴极〔靶〕3-工件4-阳极5-固定装置6-气体入口7-抽真空8-高压电缆阴极靶接1~3KV的直流负高压，向真空室内通入压力为13.30.133Pa氩气，在电场的作用下氩气电离后的氩离子轰击阴极靶材。第一百九十四页，共一百九十八页。

194阴极(yīnjí)溅射工艺很多，常用有磁控高速溅射法。阴极(yīnjí)溅射特点：●溅射(jiànshè)出的靶材原子动能大，因而溅射(jiànshè)膜的附着力比蒸镀镀膜大。●溅射的靶材可以是任何类型的材料。〔3〕离子镀〔IP〕离子镀的根本原理是借助于一种惰性气体的辉光放电使金属或合金蒸气离子化，离子经电场加速而沉积在带负电荷的基体〔工件〕上，见图5-10。图5-10离子镀原理图1-基板〔工件〕2-阴极暗部3-辉光放电区4-蒸发灯丝〔阳极〕5-绝缘管6-灯丝电源7-高压电源●惰性气体一般采用氩气，压力1.33~0.133Pa。●两极电压在500~2000V之间。●镀膜材料主要是TiC、TiN或某些难熔金属材料。第一百九十五页，共一百九十八页。

195提高金属蒸气原子的离子化程度，可以增强镀层的结合力，为此开展(kāizhǎn)了一系列离子镀设备和方法，其中多弧放电型离子镀法受到重视，其工作原理和特点是：1〕将被蒸发膜材制成阴极靶，即弧蒸发源。该蒸发源为固态(gùtài)，可在真空窒内任意布置，也可多源联合工作，有利于大件镀膜。2〕弧蒸发源接电源负极，真空室外壳接正极，调整工作电流，靶材外表会发生弧光放电(fàngdiàn)，同时蒸发出大量阴极金属蒸气，其中局部发生电离并在基板负偏压的吸引下轰击工件外表，从而起到洁净工件外表的作用，并使工件的温度升高到沉积所需要的温度。此后，逐渐降低基板负压，气化了的靶粒子飞向基板形成镀膜。3〕不需要通入惰性气体，也不需要烘烤装置，设备简单，工艺稳定。4〕离化率高达60%~90%，有利于改善膜层的质量。第一百九十六页，共一百九十八页。

1965〕多弧蒸发源在蒸发阴极材料(cáiliào)时，往往有液滴沉积在工件外表，造成工件外表粗糙度增加。离子镀优点(yōudiǎn)：各种离子镀的优点主要是，涂层结合力强；没有明显方向性沉积；工件的各个外表都能镀上；涂层均匀性较好，并且具有较高的致密度(mìdù)和细晶粒。即使经镜面研磨过的工件，进行离子镀后，外表依然光洁致密，无须研磨。总之，采用PVD技术可以在各种材料上沉积致密、光滑、高精度的化合物涂层，十分适合模具的外表处理。例如：Cr12MoV钢制油开关指形触头精冲模，经常规处理，模具使用1~3万次即要刃磨。经PVD沉积TiN后使用10万次不需刃磨，仍可使用。从开展趋势来看，PVD法将成为模具外表处理的主要技术方法之一。表5-10列出了三种PVD法与CVD法的比较，供选用时参考。第一百九十七页，共一百九十八页。

197内容(nèiróng)总结普通高等教育“十一五〞国家级规划教材(jiàocái)高等职业教育机电类规划教材机械工业出版社精品教材。兴旺国家模具钢品种规格齐全，多以厚板﹑方料﹑扁料类型并经预处理状态供给市场。淬透性良好〔φ40~φ50模具油中可淬透〕。1~3火一般进行镦粗和拔长，拔长宜在V形铁砧或胎。压铸金属种类、压铸温度上下。①含碳量低，耐蚀性和焊接性都优于马氏体不锈钢而接近奥氏体不锈钢第一百九十八页，共一百九十八页。