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第二章 常用模具材料及热处理
• §1 常用模具材料 • §2 模具热处理 • §3 模具表面强化处理
2020/12/10
§1常用模具材料 • 模具材料主要是满足特定要求的钢材。也有
一些其它类型的材料。
• 钢：炭钢（普通碳素结构钢、优质碳素结构 钢、碳素工具钢）
• 合金钢（合金结构钢、合金工具钢、不锈钢 ）
• 在高温（600°C）下仍保持高强度、高硬度 、高耐磨性和好的韧性。
• 钢中含碳量为0.7-0.9％，合金元素含量超过 15％，属莱氏体钢。
• 高淬透性，空冷即可淬硬。
2020/12/10
高速钢含有大量粗大碳化物，且分布不均匀 ，不能用热处理方法消除之。必须反复十字
镦拔以打碎粗大碳化物，并使其分布均匀。
D2钢是近年用来替代Cr12MoV钢的新钢种。 D2钢的碳化物数量增多颗粒较细。
C
3Cr2W8V 0.30.4％
Cr
2.22.7％
W
V
7.5-9％ 0.20.5％
H13
0.38％C 5.3％Cr 1.3％Mo 0.9％
1.0％Si
2020/12/10
·3Cr2W8V钢和H13钢（4Cr5MoV1Si）、H11钢 （4Cr5MoVSi）钨系低碳高合金钢。
2020/12/10
一.常用模具材料
• 可用于制造模具的材料种类繁多，包括各种碳素工 具钢、合金钢、硬质合金、铸铁、有色金属及合金 、非金属材料等。
• ①.碳素合金工具钢 • 含碳量：0.7％-1.4％ • 主要牌号：T7(A)、T8(A)、T10(A)、T12(A)。 • 特点：价格便宜、切削性能好。淬火后有较高硬度
较高。回火稳定性好，热处理变形小。
• ·CrWMn钢：（各种中小型冷作模具） • 钨形成的碳化物硬度很高，钨能细化晶粒，提高
韧性。淬火后残留奥氏体较多，故变形小。
2020/12/10
·9Mn2V钢：（冲裁模、弯曲模） • 钒（V）的加入能显著细化晶粒和提高韧性
。锰的含量一般控制在<2％。
• ·9SiCr钢：（搓丝板、滚丝模） • 250°C回火时有回火脆性。较高的淬硬性
• 需经多次回火，从而使大量残余奥氏体大 部分转为马氏体，并使马氏体析出弥散碳 化物。（300°C左右为回火脆性区）
2020/12/10
⑷硬质合金和钢结硬质合金
① 硬质合金 • 以难熔的金属碳化物（WC、TiC等）作硬质相
，以铁族金属（Co或Ni）为粘结相，用粉末冶 金方法生产的一种多相组合材料。 • 钨钴（YG）：强度、韧性较高，多用于制造模 具。 • 钨钴钛（YT）：较高的红硬性和抗氧性。 • 万能硬质合金（YW）：高强度、高硬度。 • （成分、性能可见P244表4-2）
和较好的回火稳定性。淬透性优于9Mn2V。
2020/12/10
·GCr15钢：
• 常用的轴承钢，具有较高的淬透性和耐磨性。
• 铬的加入有利于提高淬透性、细化碳化物并使其 分布均匀。
• 5CrMnMO •
钢：（弯曲热态模、切边模）
• 5CrNiMo • 中碳低合金钢，典型热作模具钢。强度高，韧性
好。 • 淬透性好，抗回火性好，导热性和耐热疲劳性好
合金钢的编号原则
• “数字+合金元素符号+数字”。最前面的 数字表示平均含碳量：结构钢用万分率， 两位数字；工具钢用千分率，一位数字。 含碳量很高时不表示。合金元素符号后的 数字表示平均百分含量，小于1.5％时可不 标出。
• 合金元素含量1.5％-2.5％标为“2”， >2.5％-3.5％标“3”，以此类推。
• H13钢除强度略低于3Cr2W8V钢外，其它力 学性能均优于3Cr2W8V钢，是其替代钢种。 较好的氮化性能。
• 较小的热膨胀系数，较好的耐磨性和红硬 性，良好的导热性。热处理变形小、但高 温韧性差。
2020/12/10
·3Cr3MoW2V钢：代号HM1 适合于急冷急热条件下工作。 • ·5Cr4W5Mo2V钢：代号RM2 • ·4Cr3Mo3W4VNb钢：代号GR • 高温性能良好，热作模具钢。
2020/12/10
两大类 : • ⅰ.碳化钛（TiC）作硬质相； • ⅱ.碳化钨（WC）作硬质相。 • 许多性能因基体（粘结剂）种类不同而不同
，耐磨性好。
2020/12/10
⑵高合金工具钢：
• ·Cr12型钢： • 包括Cr12和Cr12MoV高碳高合金钢、工具钢、
莱氏体钢 • 淬透性高、淬火硬度极高、热变形小。 • Cr12钢的含碳量较Cr12MoV高，碳化物多但分
布不均匀性严重。 • Cr12钢的强度和韧性比Cr12MoV低。
2020/12/10
2020/12/10
• 以合金钢为基本②，钢金结属硬碳质化合物金（TiCiWC）作硬质
相，用粉末冶金方法生产的一种新型模具材料。 它是在具有一定强度和硬度的合金钢基体上，弥 散分布许多细小硬质颗粒。
• 特点： • ⅰ.具有钢的可锻性、可机加工性、可热处理等性
能，热处理变形极小。 • ⅱ.淬火后具有硬质合金的硬度和刚性。
2020/12/10
牌号
• 普通碳素结构钢的牌号用其屈服强度表示， 即 “ Q×××”。 如 Q235（ 相 当 于 旧 牌 号 A3） 。
• 优质碳素结构钢的牌号用其平均含碳量的万 分率表示，如20钢、45钢、40钢等。
• 碳素工具钢的牌号用其平均含碳量的千分率 表示，如T8、T10(A)。
2020/12/10
和耐磨性，淬透性低，淬火时必须急冷，变形开裂 倾向大、回火稳定性差，红硬性低（<250° C） • 适用范围：尺寸小、形状简单、负荷小、冷作模具 。
2020/12/10
②合金工具钢
• ⑴ 低 合 金 工 具 钢 ： CrWMn、9Mn2V、5CrNiMo、 9SiCr、GCr15、5CrMnMO
• 含合金量：总量为1％-3％ • 特点：淬透性和淬硬性均较好。耐磨性，红硬性
2020/12/10
·8Cr2MnWMoVS钢：
• 适用于精密塑料模。空冷微变形，易切削。 调质状态硬度HRC40-50。调质后切削即可直 接适用，不存在热处理变形。
• ·7CrSiMnMoV钢： • 高强度和韧性好，焊接性能好。适合于制造
结构形状复杂的模具零件。
2020/12/10
⑶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ速钢
• 钨 系 高 速 钢 （ W18Cr4V） 钼 系 高 速 钢 （ W6Mo5Cr4V2钢）
• §1 常用模具材料 • §2 模具热处理 • §3 模具表面强化处理
2020/12/10
§1常用模具材料 • 模具材料主要是满足特定要求的钢材。也有
一些其它类型的材料。
• 钢：炭钢（普通碳素结构钢、优质碳素结构 钢、碳素工具钢）
• 合金钢（合金结构钢、合金工具钢、不锈钢 ）
• 在高温（600°C）下仍保持高强度、高硬度 、高耐磨性和好的韧性。
• 钢中含碳量为0.7-0.9％，合金元素含量超过 15％，属莱氏体钢。
• 高淬透性，空冷即可淬硬。
2020/12/10
高速钢含有大量粗大碳化物，且分布不均匀 ，不能用热处理方法消除之。必须反复十字
镦拔以打碎粗大碳化物，并使其分布均匀。
D2钢是近年用来替代Cr12MoV钢的新钢种。 D2钢的碳化物数量增多颗粒较细。
C
3Cr2W8V 0.30.4％
Cr
2.22.7％
W
V
7.5-9％ 0.20.5％
H13
0.38％C 5.3％Cr 1.3％Mo 0.9％
1.0％Si
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·3Cr2W8V钢和H13钢（4Cr5MoV1Si）、H11钢 （4Cr5MoVSi）钨系低碳高合金钢。
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一.常用模具材料
• 可用于制造模具的材料种类繁多，包括各种碳素工 具钢、合金钢、硬质合金、铸铁、有色金属及合金 、非金属材料等。
• ①.碳素合金工具钢 • 含碳量：0.7％-1.4％ • 主要牌号：T7(A)、T8(A)、T10(A)、T12(A)。 • 特点：价格便宜、切削性能好。淬火后有较高硬度
较高。回火稳定性好，热处理变形小。
• ·CrWMn钢：（各种中小型冷作模具） • 钨形成的碳化物硬度很高，钨能细化晶粒，提高
韧性。淬火后残留奥氏体较多，故变形小。
2020/12/10
·9Mn2V钢：（冲裁模、弯曲模） • 钒（V）的加入能显著细化晶粒和提高韧性
。锰的含量一般控制在<2％。
• ·9SiCr钢：（搓丝板、滚丝模） • 250°C回火时有回火脆性。较高的淬硬性
• 需经多次回火，从而使大量残余奥氏体大 部分转为马氏体，并使马氏体析出弥散碳 化物。（300°C左右为回火脆性区）
2020/12/10
⑷硬质合金和钢结硬质合金
① 硬质合金 • 以难熔的金属碳化物（WC、TiC等）作硬质相
，以铁族金属（Co或Ni）为粘结相，用粉末冶 金方法生产的一种多相组合材料。 • 钨钴（YG）：强度、韧性较高，多用于制造模 具。 • 钨钴钛（YT）：较高的红硬性和抗氧性。 • 万能硬质合金（YW）：高强度、高硬度。 • （成分、性能可见P244表4-2）
和较好的回火稳定性。淬透性优于9Mn2V。
2020/12/10
·GCr15钢：
• 常用的轴承钢，具有较高的淬透性和耐磨性。
• 铬的加入有利于提高淬透性、细化碳化物并使其 分布均匀。
• 5CrMnMO •
钢：（弯曲热态模、切边模）
• 5CrNiMo • 中碳低合金钢，典型热作模具钢。强度高，韧性
好。 • 淬透性好，抗回火性好，导热性和耐热疲劳性好
合金钢的编号原则
• “数字+合金元素符号+数字”。最前面的 数字表示平均含碳量：结构钢用万分率， 两位数字；工具钢用千分率，一位数字。 含碳量很高时不表示。合金元素符号后的 数字表示平均百分含量，小于1.5％时可不 标出。
• 合金元素含量1.5％-2.5％标为“2”， >2.5％-3.5％标“3”，以此类推。
• H13钢除强度略低于3Cr2W8V钢外，其它力 学性能均优于3Cr2W8V钢，是其替代钢种。 较好的氮化性能。
• 较小的热膨胀系数，较好的耐磨性和红硬 性，良好的导热性。热处理变形小、但高 温韧性差。
2020/12/10
·3Cr3MoW2V钢：代号HM1 适合于急冷急热条件下工作。 • ·5Cr4W5Mo2V钢：代号RM2 • ·4Cr3Mo3W4VNb钢：代号GR • 高温性能良好，热作模具钢。
2020/12/10
两大类 : • ⅰ.碳化钛（TiC）作硬质相； • ⅱ.碳化钨（WC）作硬质相。 • 许多性能因基体（粘结剂）种类不同而不同
，耐磨性好。
2020/12/10
⑵高合金工具钢：
• ·Cr12型钢： • 包括Cr12和Cr12MoV高碳高合金钢、工具钢、
莱氏体钢 • 淬透性高、淬火硬度极高、热变形小。 • Cr12钢的含碳量较Cr12MoV高，碳化物多但分
布不均匀性严重。 • Cr12钢的强度和韧性比Cr12MoV低。
2020/12/10
2020/12/10
• 以合金钢为基本②，钢金结属硬碳质化合物金（TiCiWC）作硬质
相，用粉末冶金方法生产的一种新型模具材料。 它是在具有一定强度和硬度的合金钢基体上，弥 散分布许多细小硬质颗粒。
• 特点： • ⅰ.具有钢的可锻性、可机加工性、可热处理等性
能，热处理变形极小。 • ⅱ.淬火后具有硬质合金的硬度和刚性。
2020/12/10
牌号
• 普通碳素结构钢的牌号用其屈服强度表示， 即 “ Q×××”。 如 Q235（ 相 当 于 旧 牌 号 A3） 。
• 优质碳素结构钢的牌号用其平均含碳量的万 分率表示，如20钢、45钢、40钢等。
• 碳素工具钢的牌号用其平均含碳量的千分率 表示，如T8、T10(A)。
2020/12/10
和耐磨性，淬透性低，淬火时必须急冷，变形开裂 倾向大、回火稳定性差，红硬性低（<250° C） • 适用范围：尺寸小、形状简单、负荷小、冷作模具 。
2020/12/10
②合金工具钢
• ⑴ 低 合 金 工 具 钢 ： CrWMn、9Mn2V、5CrNiMo、 9SiCr、GCr15、5CrMnMO
• 含合金量：总量为1％-3％ • 特点：淬透性和淬硬性均较好。耐磨性，红硬性
2020/12/10
·8Cr2MnWMoVS钢：
• 适用于精密塑料模。空冷微变形，易切削。 调质状态硬度HRC40-50。调质后切削即可直 接适用，不存在热处理变形。
• ·7CrSiMnMoV钢： • 高强度和韧性好，焊接性能好。适合于制造
结构形状复杂的模具零件。
2020/12/10
⑶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ速钢
• 钨 系 高 速 钢 （ W18Cr4V） 钼 系 高 速 钢 （ W6Mo5Cr4V2钢）