模具选材及热处理(工艺)
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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—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。
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
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
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。
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. 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。
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 硬度和组织。
模具的选材和其他零件选材一样，都要符合选材的一般原则， 它要求所选材料应满足：
Fra Baidu bibliotek
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 则具有相当好的韧性。
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果
（二）工艺性能要求 1. 热加工工艺性能 包括锻轧、铸造、焊接等性能。根据模具的不同制造工
艺，可提出不同的加工性能要求，这些性能要求受到模具材料 的化学成分、冶金质量、组织状态等因素的影响。
2. 冷加工工艺性能 包括切削、抛光、研磨、冷挤压和冷拉等性能。模具制品 有时要求很高的表面质量、低的表面粗糙度及高的精度，所以 对切削性能和抛光性能均有较高要求。
洛氏硬度测试示意图
洛
计
氏 硬
定义：每0.002mm相当
度
于洛氏1度。
洛氏硬度常用标尺有：
h1h0
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
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。
3. 热处理工艺性能 实际上它是一种热加工工艺性能，在模具失效事故中，热 处理所造成的因素占总失效的52%左右，热处理工艺性能的好 坏对模具质量有较大影响。它要求热处理变形小、淬火温度范 围宽、过热敏感性小，脱碳敏感性低、淬火开裂倾向低等，特 别要求要有足够的淬硬性和淬透性。
六、模具选材的一般原则
举例:
汽车模具系列
反光镜玻璃模
绝缘陶瓷模
保险杠注射模
密封圈挤出模
轮毂压铸模
轮胎橡胶模
大型覆盖件模
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。
（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。 ☆ 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
(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: ＜650HBW; ＜450HBS;
(2)洛氏硬度
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—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。
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
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
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。
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. 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。
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 硬度和组织。
模具的选材和其他零件选材一样，都要符合选材的一般原则， 它要求所选材料应满足：
Fra Baidu bibliotek
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 则具有相当好的韧性。
Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果
（二）工艺性能要求 1. 热加工工艺性能 包括锻轧、铸造、焊接等性能。根据模具的不同制造工
艺，可提出不同的加工性能要求，这些性能要求受到模具材料 的化学成分、冶金质量、组织状态等因素的影响。
2. 冷加工工艺性能 包括切削、抛光、研磨、冷挤压和冷拉等性能。模具制品 有时要求很高的表面质量、低的表面粗糙度及高的精度，所以 对切削性能和抛光性能均有较高要求。
洛氏硬度测试示意图
洛
计
氏 硬
定义：每0.002mm相当
度
于洛氏1度。
洛氏硬度常用标尺有：
h1h0
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
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。
3. 热处理工艺性能 实际上它是一种热加工工艺性能，在模具失效事故中，热 处理所造成的因素占总失效的52%左右，热处理工艺性能的好 坏对模具质量有较大影响。它要求热处理变形小、淬火温度范 围宽、过热敏感性小，脱碳敏感性低、淬火开裂倾向低等，特 别要求要有足够的淬硬性和淬透性。
六、模具选材的一般原则
举例:
汽车模具系列
反光镜玻璃模
绝缘陶瓷模
保险杠注射模
密封圈挤出模
轮毂压铸模
轮胎橡胶模
大型覆盖件模
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。
（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。 ☆ 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
(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: ＜650HBW; ＜450HBS;
(2)洛氏硬度