材料科学基础论文

冷冲模常用材料

“模具是工业之母”，模具性能好坏，寿命高低，直接影响产品的质量和经济效益。而模具材料与热处理、表面处理是影响模具寿命诸因素中的主要因素。目前世界各国都在不断地开发模具新材料，改进热处理工艺和表面强化技术。我国的模具工业一直以较快的增速快速发展，模具制造的首要问题是模具材料。制造模具及其零件的材料有很多，如钢，铸铁，非铁合金及其合金、高温合金、硬质合金、有机高分子材料、无机非金属材料、天然或人造金刚石等。但其中钢是用的最多，应用范围最广的材料。

一、零件的失效分析

任何零件均具有一定的设计功能与寿命。当其在使用过程中，因零件的外部形状尺寸和内部组织结构发生变化而失去原有的设计功能，使其低效工作或无法工作或提前退役的现象。

通常按零件的工作条件及失效的特点可分为：过量变形、断裂、表面损伤和物理性能降级。零件的失效原因主要包括设计、材料、加工和使用四个方面，然而工件失效的原因可能是单一的，也有可能是多种因素共同作用的结果，但每一失效事件均应有一导致失效的主要原因，据此可提出防止失效的主要措施。

在失效分析中，我们可进行如下几个基本步骤：1调查取证、2整理分析、3断口分析、4成分组织性能的分析与测试、5综合分析得出结论。

二、选材原则

材料的选用常常是一个复杂而困难的判断、优化过程。毫无疑问，所选材料应满足产品使用的需要，经久耐用，易于加工，经济效益高。而且选材一般应遵循三个基本原则：使用性能、工艺性能和经济性能，它们是辩证的统一体。在大多数情况下，使用性能是选材的首要原则与依据，然后再综合考虑工艺性能和经济性能，得出优化结果。

1、使用性能选材原则

使用性能是材料满足使用需要所必备的性能，它是保证零件的设计功能实现、安全耐用的必要条件，是选材的最主要原则。首先分析零件的工作条件，确定其使用性能；其次进行失效分析，确定主要使用性能；然后将零件的使用性能要求

转化为对材料性能指标和具体数值的要求。

2、工艺性能选材原则

材料的工艺性能可定义为材料经济地适应各种加工工艺而获得规定的使用性能和外形的能力。

金属材料的工艺性能一般包括：铸造性能、压力加工性能、焊接性能、机械加工性能、热处理工艺性能；高分子材料的工艺性能主要工艺为成型加工，且工艺性能良好，所用工具为成型模；

3、经济性能选材原则

主要是指选择价格便宜、加工成本低的材料，其中材料成本问题是经济性选材原则的核心。

三、模具材料与性能

1、模具材料概述

模具是制造技术的核心，工业要发展，首先要发展模具工业。模具作为国民经济的基础工业，涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，量大面广，品种繁多。模具材料的主要性能指标有：强度、硬度、塑性、韧性和疲劳抗力。而模具的主要失效形式是断裂、过量变形、表面损伤和冷热疲劳，影响模具寿命的也有很多因素。

2、冷作模具零件的失效形式

（1）冷作模具的工作条件主要有：a 冷冲裁模的工作条件 b 冷弯曲模的工作条件 c 冷拉深模的工作条件 d 冷镦模的工作条件 e 冷挤压模的工作条件。

（2）冷作模具的失效形式主要有：a 断裂失效 b 变形失效 c 磨损失效

d 咬合失效

e 啃伤失效。

（3）各类冷作模具的失效特点有： a 冷冲裁模，主要是磨损 b 冷拉深模，主要是咬合失效 c 冷镦模，主要是开裂、折断 d 冷挤压模，凸模主要是折断、疲劳断裂、塑性变形及磨损；凹模主要是胀裂及磨损。

3、冷作模具材料的性能要求。主要性能指标包括：耐磨性能、变形抗力、断裂抗力、咬合抗力、受热软化抗力。

四、冷作模具材料

冷作模具钢是应用最广的冷作模具材料。按化学成分、工艺性能和承载能力

可将冷作模具钢分类为：

低淬透性冷作模具钢：T7A、T8A、T10A、T12A、8MnSi、Cr2、9Cr2、Cr06、GCr15、CrW5。

低变形冷作模具钢：9Mn2V、CrWMn、9SiCr、9CrWMn、9Mn2、MnCrWV、SiMnMo。

高耐磨微变形冷作模具钢：Cr12、Cr12Mo1V1（D2）、Cr12MoV、Cr5Mo1V、Cr4W2MoV、Cr12Mn2SiWMoV、Cr6WV、Cr6W3Mo2.5V2.5。

高强度高耐磨冷作模具钢：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N。

高强韧性冷作模具钢：6W6Mo5Cr4V、65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）、7Cr7Mo2V2Si （LD）、7CrSiMnMoV（CH-1）、5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）、6CrNiSiMnMoV（GD）、8Cr2MnWMoVS。

高耐磨高强韧性冷作模具钢：9Cr6W3Mo2V2（GM）、Cr8MoWV3Si（ER5）。

特殊用途冷作模具钢：9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4、1Cr18Ni9Ti、5Cr21Mn9Ni4W、7Mn15Cr2Al3V2WMo。

冷冲模几种常见材料

（一）碳素工具钢

T7A为高韧性碳素工具钢，其强度及韧性都较高，适合制作易脆断的小型模具或承受冲击载荷较大的模具；T10A是最常用的钢材，是性能较好的代表性碳素工具钢，耐磨性也较高，经适当热处理可得到较高强度和一定韧性，合适制作要求耐磨性较高而承受冲击载荷较小的模具。T8A淬透性、韧性等均优耐磨性也较高，适合制作小型拉伸、挤压模。

（二）低合金工具钢

低合金工具钢，是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。这样可以降低淬火冷却速度，减少热应力和组织应力，减少淬火变形及开裂倾向，钢的淬透性也明显提高。用于制造模具的低合金钢有CrWMn、9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、9Mn2、7CrSiMnMoV、6CrNiMnSiMoV等。CrWMn钢具有较好的淬透性，淬火变形小，但是其耐磨性、强韧性、变形要求等仍不能满足形状复杂的冷作模具的需要。

（三）高碳高铬冷作模具钢