模具工程材料复习题答案

简答：（对课本上答案叙述不简明的补充，其它题目的答案请参看课本或课堂笔记）

第1章模具材料综述

1、现代模具的特点是什么？

1）是量大面广，品种繁多。2）作为批量出产，模具在提高经济效益方面起着要害作用。3）模具出产影响到产品开发，更新换代和发展速度，4）它的寿命影响发到产品的成本，5）现代模具向大型化，复杂化精密化发展。

2、模具及模具材料一般可分哪几类？（P4～5）

答：模具分为三大类：①冷作模具（冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉丝模等）；②热作模具（热冲模、热锻模、热挤压模、压铸模等）；

③型腔模具（塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末冶金模等）。

模具材料分为三大类：钢铁材料、非铁金属材料、非金属材料。

3、模具钢可分为哪三大类？各有何代表钢号及其应用特点？

答：模具钢可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类。

冷作模具钢有T10、CrWMn、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、7Cr7Mo2V2Si、W18Cr4V、YG8等。冷作模具钢大多是以高碳为主的合金钢，以满足高硬度和高耐磨性需要，其硬度一般要求在60HRC左右。

热作模具钢有5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、8Cr13、2Cr3Mo2NiVSi(PH)等。塑料模具钢有SM50、20Cr、12CrNi3A、3Cr2Mo、40Cr 等。热作模具钢和塑料模具钢在高温高压和急冷急热条件下工作，要求有一定硬度和耐磨性、较高红硬性和耐蚀性等，其硬度一般在40～50HRC范围内。

4、说明模具材料对模具使用性能和使用寿命的影响。（P6、P9、P11）

答：模具材料冶金质量差对模具使用性能和使用寿命影响很大，如钢中的非金属夹杂物自身强度和塑性很低，容易形成裂纹源，引起模具早期断裂失效。钢中碳化物的数量过多，形状、尺寸分布不理想，严重降低钢的冲击韧度及断裂抗力，引起模具的崩块、折断、劈裂等。中心疏松及白点，降低钢的抗压强度，易发生模具工作面凹陷及淬火开裂。

选用的材料不能满足模具对塑性变形抗力、断裂抗力、疲劳抗力、硬度耐磨性、冷热疲劳抗力等性能要求会引起模具早期失效，在循环载荷下产生疲劳裂纹甚至断裂失效而影响使用寿命。

5、简述模具零件锻造和热处理的目的？（P9、P6）

答：锻造的第一个目的是使钢材达到模具毛坯的形状和尺寸，为后续加工做准备；第二个目的是改善模具钢的组织和性能，改善金属纤维方向性，消除或减轻冶金质量缺陷。模具零件热处理的目的是为使模具获得理想组织，从而获得所需性能。模具钢通过锻造和热处理，将大大改善使用性能和工艺性能，提高模具寿命。

6、简述淬硬性和淬透性意义、要求、主要影响因素和在模具钢中的应用？（P19、P12）

答：淬硬性是钢淬火时获得一定硬度的能力，要求淬火后易于获得高而均匀的表面硬度，主要取决于钢的含碳量。淬透性是钢淬火时获得淬硬层深度的能力，要求淬火后易于获得深透的硬化层和适于用缓和的淬火剂冷却硬化，主要取决于钢的化学成分和淬火前钢的原始组织。

模具对淬硬性和淬透性的要求根据其使用条件不同各有侧重，对于形状复杂精度高的模具、大截面型腔模具、要求整个截面有均可一致性能的模具，如热作模具、塑料模具，则高的淬透性显得更重要些；而对于要求高硬度的小型冷作模具如冲裁模，则更偏重于高的淬硬性。

7、简述模具钢的内在质量要求及其对材料使用性能和模具寿命的影响？（P15、P6、P9）

答：模具钢的内在质量要求包括提高钢的纯净度和等向性两个方面。

模具材料冶金质量差对模具使用性能和使用寿命影响很大，如钢中的非金属夹杂物自身强度和塑性很低，容易形成裂纹源，引起模具早期断裂失效。钢中碳化物的数量过多，形状、尺寸分布不理想，严重降低钢的冲击韧度及断裂抗力，引起模具的崩块、折断、劈裂等。中心疏松及白点，降低钢的抗压强度，易发生模具工作面凹陷及淬火开裂。

8、模具失效的特点是什么（简述模具失效的形式？）？影响模具失效（使用寿命）的主要因素有哪些？（P8、P5～10）

答：模具在工作过程中可能同时出现多种形式的损伤，各种损伤相互渗透，促进和各自发展，而当某种损伤的发展导致模具失去正常功能时，则模具失效。其主要失效形式有有磨损、断裂、局部崩块、腐蚀、疲劳和变形等。

影响模具失效的主要因素是模具材料及其锻造、热处理，模具结构及其工作条件，模具使用及其维护管理等。

9、磨损类型主要有哪些？影响耐磨性的主要因素是什么？（P11、P8）

答：磨损类型分：机械磨损、氧化磨损、熔融磨损三种类型。其中冷作磨损主要是咬合磨损和磨料磨损，热作模具主要是热磨损。

决定模具使用寿命的重要因素往往是模具材料的耐磨性。影响耐磨性的主要因素有材料的成分组织和性能、工作温度、压力状态、润滑状态等。

10、硬度是如何影响模具材料耐磨性的（简述模具钢的硬度和耐磨性的关系）？（P11）

答：硬度是材料抵抗硬物体压入其表面的能力，是模具材料的主要性能指标。模具在应力作用下，应能保持形状和尺寸不变。当冲击载荷较小时，硬度越高耐磨性越好，即可用硬度来判断钢的耐磨性好坏。当冲击负荷较大时，耐磨性受强度韧性影响，硬度超过一定值后，耐磨性会下降。一般要求冷作模具硬度60HRC左右，热作模具硬度40-50HRC范围内。

11、简述模具材料的选用原则（选用模具材料应主要考虑哪些因素）？（P10～11，参照第二章第8题）

答：应根据模具加工能力和模具工作条件，结合模具材料的性能和其他因素，来选择符合要求的模具材料。综合考虑：①生产批量；②工件材料和模具工作条件；③材料冷热加工性能和工厂现有条件；④模具钢生产、使用现状。所选材料应满足：①使用性能足够；②工艺性能良好；③经济性合理；④供应上能保证。在保证使用要求、工艺要求前提下尽量做到节约。

（12、正确使用和维护模具应注意哪些方面？

答：正确使用和维护模具应注意的因素包括：

1）锻压设备的特性，如压力机的精度和刚度，精度低，刚度差，将加速模具的磨损。

2）被加工材料的性质，如坯料的表面状态差，强度、硬度高都加速模具的磨损，但硬度过低又会产生粘模现象。

3）模具的安装和使用条件，如安装精度高，正确选用润滑剂，对热作模具采用适当的冷却措施等，都可有效的提高模具使用寿命。 4）模具的操作规程及维护，如热作模具在工作前应进行预热，中途停工应保温，这样可以防止热应力引起开裂；有些模具使用中积累了很大内应力，应进行中间去应力回火，以提高模具的安全性。）

第2章冷作模具材料

1、冷作模具材料主要有哪几种？应具备哪些使用性能？（P16～20）

答：冷作模具材料主要是模具钢，有碳素工具钢、低合金油淬冷作模具钢、空淬冷作模具钢、高碳高铬型冷作模具钢、高耐磨高强模具钢（高速钢）、基体钢和低碳高速钢、火焰淬火冷作模具钢、特殊用途冷作模具钢（耐蚀钢和无磁钢）、硬质合金和钢结硬质合金等。

冷作模具钢主要性能要求有强度、硬度、韧性和耐磨性，应具备断裂抗力、变形抗力、磨损抗力、疲劳抗力和咬合抗力的能力。2、试从化学成分、工艺性能和承载能力方面分析下列钢号属于哪类冷作模具钢？（P16 表2）

答： T7A、T10A、T13A：高级优质高碳工具钢、低淬透性冷模钢；T7、T8：高韧性碳素工具钢；T12A、T13：高耐磨性碳素工具钢；

9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、Cr2：油淬冷作模具钢、高碳低合金钢、微变形冷模钢； GCr15：滚动轴承钢；

Cr5Mo1V、Cr4W2MoV：空淬冷作模具钢、高碳中合金钢；8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）：空淬冷作模具钢、含硫易切削精密冷模钢；

Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1（D2）：Cr12型钢、高碳高铬型冷作模具钢、高耐磨微变形冷模钢；

6W6Mo5Cr4V：低碳高速工具钢、基体钢；6Cr4W3Mo2VNb：高韧度高耐磨冷模钢、基体钢；7Cr7Mo2V2Si：高强韧性冷模钢、基体钢；

W18Cr4V：钨系高速工具钢、高耐磨高强模具钢；W6Mo5Cr4V2：钨钼系通用高速钢、高耐磨高强模具钢、高强韧性降碳减钒钢；

W12Mo3Cr4V3N：钨钼系含氮超硬型高速钢、高耐磨高强模具钢；

9Cr18、Cr14Mo：耐蚀冷模钢；1Cr18Ni9Ti：耐蚀冷模钢、无磁冷模钢；7Mn15Cr2Al3V2Wmo（7Mn15）：无磁冷模钢。

3、比较碳素工具钢与油淬冷作模具钢在性能、应用上的区别。（比较低变形冷模钢与低淬透性冷模钢在性能应用上的区别）（P20～21）

答：油淬冷模钢（低变形冷模钢）是在碳素工具钢（低淬透性冷模钢）基础上适当加入Cr、Mn、Si、W和V等，其主要作用是提高淬透性，降低淬火冷却速度，减小了热应力，组织应力和变形开裂倾向，形成特殊碳化物、细化晶粒、提高回火稳定性。其强韧性、耐磨性、热硬性都比碳素工具钢高，模具使用寿命长。

碳素工具钢不宜制作大型重载、形状复杂精度高、大批量生产的模具，碳素工具钢不能胜任的模具，可考虑用油淬冷作模具钢制作。4、比较Cr12冷作模具钢与高速钢在性能、应用上的区别。（P36～37 P44～45）

答：Cr12型钢具有高硬度、高强度、高耐磨性、高淬透性、变形小等优点，但韧性、导热性和高温塑性差，易出现崩刃、脆裂现象，主要用于制作小冲击高耐磨的冷冲模、冷挤压模等。

高速钢的抗压强度、耐磨性及承载能力居各冷作钢之首，经低温淬火、快速加热淬火等工艺可有效改善其韧性，主要用于重载荷凸模，如冷挤压，冷镦和中厚钢板冲孔凸模等。

5、什么是基体钢？有哪些典型钢号？与高速钢相比，其成分、性能特点有什么不同？应用场合如何？（P41～44）

答：基体钢是指其化学成分与高速钢淬火后的基体组织成分大致相同而性能有所改善的一类钢，典型钢号：6W6Mo5Cr4V、6Cr4W3Mo2VNb （65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（LD）等。

高速钢具有较高的强度、硬度、热硬性和耐磨性，但韧性不足。基体钢化学成分相当于高速钢淬火后的基体组织成分，共晶碳化物数量少且细小均匀，或在高速钢基体成分上添加少量其他元素，适当改变含碳量，强韧性、工艺性明显改善。

基体钢可取代高速钢和高碳高铬钢制作各种高负荷高速耐冲击的冷、热模具。

6、7CrSiMnMoV具有哪些特性？为什么说该钢适用于火焰淬火？它用于何种要求的冷作模具？（P48～51）

答：7CrSiMnMoV合金含量低、塑性变形抗力低、锻造性好、淬透性好、抗弯强度和冲击韧度大，适于要求表面高硬度、心部高韧度的冷冲模、冷镦模等冷作模具。

该钢淬火温度范围宽，过热敏感性小，适于火焰表面加热淬火，经氧-乙炔火焰加热到淬火温度，然后空冷即达到淬硬目的，其硬度可达62～64HRC，变形小，无需再经其他处理，方便现场简单操作，解决了大型模具表面局部淬火的难题。

7、比较DT硬质合金与YG硬质合金在性能、应用上的区别。（P53～55）

答：YG硬质合金具有高硬度、抗压强度和耐磨性，但脆性大，不能锻造、热处理和切削加工，主要用于多工位级进模、大直经拉深凹模的镶块、拉丝模、冷挤模等。

DT硬质合金具有YG硬质合金的高硬度、高耐磨性、高抗压强度又具有钢的可加工性和热处理性，提高了强韧性，能承受较大冲击负荷，不易出现崩刃、破裂等，是较理想的模具材料，可用于制造硬质合金不适用的冷镦模、冷挤压模、冷冲载、拉深模等。