第一章 模具材料概论
模具材料及应用教案
模具材料及应用教案第一章：模具材料概述1.1 模具材料的定义1.2 模具材料的作用1.3 模具材料的分类1.4 模具材料的性能要求第二章：模具材料的选用原则2.1 模具设计及制造过程中的材料选择2.2 模具使用环境对材料的影响2.3 模具材料的性能指标2.4 模具材料的成本考虑第三章：常用模具材料的特点与应用3.1 冷作模具材料3.2 热作模具材料3.3 塑料模具材料3.4 粉末冶金模具材料3.5 陶瓷模具材料第四章：模具材料的制备与加工4.1 模具材料的制备方法4.2 模具材料的加工工艺4.3 模具材料的表面处理4.4 模具材料的质量控制第五章：模具材料的失效与预防5.1 模具材料的失效类型5.2 模具材料的失效原因5.3 模具材料的失效预防措施5.4 模具材料的维护与保养第六章：模具材料的标准与检测6.1 模具材料的国家标准和行业标准6.2 模具材料的标准制定流程6.3 模具材料的检测方法6.4 模具材料的质量认证第七章：模具材料的可持续发展与环保7.1 模具材料对环境的影响7.2 环保型模具材料的研究与发展7.3 模具材料的生产与使用过程中的节能减排7.4 模具材料的回收与再利用第八章：模具材料在汽车工业中的应用8.1 汽车模具的材料选择8.2 汽车覆盖件模具材料的应用8.3 汽车冲压模具材料的应用8.4 汽车塑料模具材料的应用第九章：模具材料在电子行业的应用9.1 电子产品的特点与模具材料的选择9.2 电子模具材料的应用实例9.3 电子模具材料的性能要求9.4 电子模具材料的趋势与发展第十章：模具材料的未来发展趋势10.1 新型模具材料的研究方向10.2 模具材料的高性能化10.3 模具材料的智能化10.4 模具材料的绿色化重点和难点解析重点一：模具材料的性能要求及选用原则性能要求：重点掌握模具在不同工作环境下的性能需求，如硬度、韧性、耐磨性、耐蚀性等。
选用原则：理解模具设计及制造过程中材料选择的影响因素，包括工作环境、模具类型、成本预算等。
模具概论
《模具概论》讲义一.内容简介：作为材料成形及控制专业与机械设计制造及自动化专业的接口，模具是现代制造业最活跃的地带之一。
为了适应教学改革的需要，在机械设计制造及其自动化专业开设《模具概论》课程，简要介绍各种常用成形工艺及相应模具的知识，有利于学生拓宽视野、增强适应能力，更好地满足各种工程实际需求。
二.课程目标：1. 了解常用材料的成型工艺及成形过程；2. 了解成形工艺对工业产品设计的要求；3. 了解与模具有关的概念；4. 了解典型模具的结构、原理及设计制造要点；5. 了解模具CAD/CAM知识。
三.内容安排：第一章绪论（1学时）1冲压工艺与冲模（7学时）6. 冲压加工简论7. 冲压模具概述8. 车身冲压模具9. 连续模具2塑料工艺与塑模（7学时）10. 塑料加工简论11. 塑料模具概述12. 注射成型模具13. 压制、吹塑、吸塑、挤出模具3铸造工艺与铸型（7学时）14. 铸造加工简论15. 砂型铸造与铸型16. 压力铸造与压型（压铸模）17. 熔模铸造、金属型铸造、低压铸造与离心铸造4其它成型工艺与模具（2学时）18. 锻压工艺与锻模19. 橡胶工艺与橡胶模20. 玻璃工艺与玻璃模具21. 陶瓷工艺与陶瓷模具四.推荐参考资料：1《压铸模设计》伍建国屈华昌机械工业出版社出版 1995.102《压力铸造技术》李仁杰主编国防工业出版社出版 1996.73 李志刚等. 模具CAD/CAM. 北京：机械工业出版社，19954严寿康等. 冲压工艺及冲模设计. 北京：国防工业出版社，19965 邓文英. 金属工艺学. 北京：高等教育出版社，19916 李硕本. 冲压工艺学. 北京：机械工业出版社，19827 李秦蕊. 塑料模具设计. 陕西：西北工业大学出版社，19888 该手册编写组. 塑料模具设计手册. 北京：机械工业出版社，19821绪论一.零件的加工方法1.去除毛坯上多余材料的加工（去除加工）①传统的切削加工：车、铣、刨、磨、钻和镗等；②特种加工：电火花加工、线切割加工、超声波加工、激光加工、电子束与离子束加工、电化学加工等。
第一章 模具材料概论
第一章模具材料概论1按照模具的工作条件可将模具分为三大类：冷作模具，热作模具，成型模具。
2在模具中常遇到的磨损形式有：磨料磨损，粘着磨损，氧化磨损和疲劳磨损等。
3 在磨料磨损的条件下，影响耐磨性的主要因素有：硬度和组织。
4 钢的基体组织中，铁素体耐磨性最差，马氏体耐磨性较好，下贝氏体耐磨性最好。
对于淬火回火钢，一般认为在含有少量残余奥氏体的回火马氏体的基体上均匀分布着细小碳化物的组织，其耐磨性为最好。
5 对于粘着磨损的情况，影响材料耐磨性的因素也比较复杂。
一般脆性材料和高熔点材料的抗粘着能力较高。
减少材料的磨檫系数可以提高耐粘着磨檫性。
6 热作模具、部分成型模具或冷作模具等，由于工作温度较高，通常需要考虑模具材料的耐热性。
高温材料的热稳定性常以600~700°C时的屈服强度表示，它与钢的抗回火能力有关。
7 合金化或进行表面处理是提高模具钢耐腐蚀性的主要方法。
8 模具的失效分偶然失效和工作失效两类。
9 模具的主要失效形式是断裂、过量变形、表面损伤和热作疲劳。
第二章冷作模具材料1 目前使用的冷作模具材料有：冷作模具钢、硬质合金、陶瓷材料、铸钢等，使用最多的是冷作模具钢和硬质合金。
2 冷作模具在工作中受到拉深、弯曲、压缩、冲击、疲劳、摩檫等机械力的作用，其正常的失效形式主要是磨损、脆断、变形、咬合等。
3 对于大型模具除了要求有足够的硬度外，还要求心部有良好的强韧性配合，这就需要模具钢具有高的淬透性，淬火时采用较缓的冷却介质，就可以获得较深硬化层。
对于形状复杂的小型模具，也常采用高淬透性的模具钢制造，这是为了使淬火后能获得较均匀的应力状态，以避免开裂或较大的变形。
4 回火稳定性反因了冷作模具受热软化的抗力。
5 低淬透性冷作模具钢中，使用最多的是碳素工具钢（T7A、T8A、T10A、T12A）和GC R15轴承钢。
6预先处理一般采用等温球化退火，工艺规范为：加热温度750~770°C，等温温度680～700°C。
模具材料基础知识讲义
绪论模具是利用金属或非金属材料的塑性或流动性将其加工成一定形状和尺寸的工艺装备总称。
第一章模具材料的分类:冷作模具材料。
热作模具材料。
塑料模具材料。
其他模具材料〔铸铁。
有色金属及其合金。
钢结硬质合金。
非金属材料〕系统、设备、工件等产品丧失正常使用功能的现象称为失效。
工件的失效一般可分为非正常失效和正常失效，非正常失效指设备未到达一定技术工艺水平公认的使用寿命。
一般出现在模具使用初期，正常失效是模具使用一段时间后，由缓慢塑性变形、均匀磨损或疲劳破坏而出现的失效。
零件失效评定：1零件完全破坏，不能继续工作;2.零件严重损伤，不能保证工作平安;3.零件虽能平安工作，但工作低效由零件破坏的特点、所受载荷的类型以及外在条件，零件的失效形式可归纳为变形失效、断裂失效和外表损伤失效三大类型。
1.变形失效：弹性变形失效、塑性变形失效2.断裂失效：塑性断裂失效、低应力脆断失效、疲劳断裂失效、蠕变断裂失效、应力腐蚀断裂失效3.外表损伤失效：磨损失效、外表疲劳失效、腐蚀失效。
磨损由于模具外表相对运动，而从模具的接触外表逐渐失去物质的现象。
磨损失效当磨损使模具的尺寸发生变化或使模具外表状态发生改变而使其不能正常工作。
磨损分类：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。
磨粒磨损：配合外表之间在相对运动过程中，因外来硬颗粒或外表硬凸体的作用而造成外表损伤〔被犁削形成沟槽〕的磨损称为磨料〔粒〕磨损。
影响因素：磨粒的形状和大小、硬度和磨具材料硬度的比值、模具和工件的外表应力。
防止：提高模具外表的硬度；及时清理模具及工件外表上的磨粒。
粘着磨损：两个金属外表的微凸局部在局部高压下产生局部粘结(固相粘着)，使材料从一个外表转移到另一外表或被撕下作为磨料留在两个外表之间的现象称为粘着磨损。
影响因素：材料性质〔塑性、晶体结构〕、材料硬度、外表压力。
防止：选择与工件材料互溶性小的材料、加润滑剂〔减少摩擦系数〕、外表强化处理〔减少摩擦系数〕疲劳磨损：在循环应力下，两接触面相互运动时产生的外表金属疲劳剥落的现象。
公共基础知识模具材料基础知识概述
《模具材料基础知识综合性概述》一、引言模具作为现代工业生产中重要的工艺装备，在制造业中发挥着关键作用。
而模具材料则是决定模具性能、寿命和成本的关键因素。
了解模具材料的基础知识，对于正确选择和使用模具材料，提高模具质量和生产效率，降低生产成本具有重要意义。
本文将对模具材料的基本概念、发展历程、核心理论、重要实践以及未来趋势进行全面的阐述与分析。
二、模具材料的基本概念1. 定义模具材料是指用于制造模具的各种材料，包括金属材料、非金属材料和复合材料等。
模具材料应具有高强度、高硬度、高耐磨性、良好的韧性、热稳定性和耐腐蚀性等性能，以满足不同模具在不同工作条件下的要求。
2. 分类（1）金属材料- 钢：包括碳素钢、合金钢、工具钢等。
钢具有强度高、硬度高、耐磨性好等优点，是目前应用最广泛的模具材料之一。
- 铸铁：如灰铸铁、球墨铸铁等。
铸铁具有良好的铸造性能和减震性能，适用于制造大型模具。
- 有色金属：如铜合金、铝合金等。
有色金属具有良好的导热性和耐腐蚀性，适用于制造一些特殊要求的模具。
（2）非金属材料- 塑料：如聚碳酸酯、聚丙烯等。
塑料模具具有重量轻、成本低、制造周期短等优点，适用于制造一些小型、复杂的模具。
- 陶瓷：如氧化铝、氮化硅等。
陶瓷模具具有硬度高、耐磨性好、耐高温等优点，适用于制造一些高精度、高硬度的模具。
（3）复合材料- 纤维增强复合材料：如碳纤维增强复合材料、玻璃纤维增强复合材料等。
复合材料具有高强度、高刚度、轻量化等优点，适用于制造一些高性能的模具。
三、模具材料的发展历程1. 早期阶段在早期的工业生产中，模具主要采用木材、石材等天然材料制造。
随着工业的发展，金属材料逐渐成为模具的主要材料。
19 世纪中叶，随着炼钢技术的发展，碳素钢开始被广泛应用于模具制造。
2. 快速发展阶段20 世纪以来，随着汽车、电器、电子等行业的快速发展，对模具的要求越来越高，模具材料也得到了快速发展。
合金钢、工具钢等高性能钢种的出现，大大提高了模具的强度、硬度和耐磨性。
第一章 模具材料概论
§1-1 模具和模具材料分类
一、模具 1、定义：模具是借助于成形设备将液态或者固 体材料（金属或者非金属）加工成产品的一种成 形工艺装备。 2、模具生产所涉及的具体内容： 模具 （设计、制造、使用、维护 ） 成形设备 （设备的能力 、状态） 成形材料（厚度、软硬、流动性、腐蚀性等）。
一、强度 (Strength) 定义： 强度是反映材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。 1、变形抗力 从学过材料力学方面的知识我们知道，反映材料塑 性变形抗力的主要指标是材料的屈服极限σs或者材料 的屈服强度σ0.2。 衡量冷作模具材料变形抗力的指标是指常温下的σs 或者σ0.2 。 衡量热作模具材料变形抗力的指标则是高温下的屈 服极限σs或者屈服强度σ0.2 。 为了确保模具在使用的过程中不发生塑性变形，模具 的工作应力必须小于屈服极限或者屈服强度。
4、失效的形式
1）磨损 表面磨损----磨料磨损、粘着磨损、 氧化磨损和疲劳磨损 表面腐蚀----点腐蚀、晶间腐蚀、冲 刷腐蚀和应力腐蚀 2）断裂 脆性断裂 塑性断裂 疲劳断裂 3）变形 弹性变形 塑性变形（塌陷、弯曲、镦粗etc.） 蠕变
二、模具的失效分析
失效 损坏 不能使用 原因：模具本身质量、操作人员经验和水平、 生产管理制度，其中模具本身质量是一个内在 因素，其余均为外在可调的因素
二、模具的分类 1、根据成形材料、成形工艺可以分为10大类
①冲压模具
②塑料制品成形模具
③锻造成形模具
④压铸模
⑤铸造用金属模具
⑥粉末冶金模具 ⑦玻璃制品用模具 ⑧橡胶制品成形模具 ⑨陶瓷模具 ⑩经济模具等。
2、根据模具的工作条件（坯料的温度）分3类 ①热作模具 金属—热锻模、热挤压模、锤锻模、热冲压模、压 铸模和铸造用金属模具等 非金属—塑料制品成型模具、橡胶制品成型模具、玻 璃制品模具、粉末冶金模具和陶瓷制品模具等 ②冷作模具 各种冷冲压模具（冲裁、弯曲和拉深等）和冷镦 模具和冷挤压模具等 ③温作模具 温锻模具、温镦模具、温挤压模具和温旋压模具等
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表1-1
模具分类及用途
模具类别
金属 板材 冲 成形 模 模具
粉 末 金属 冶 体积 金 成形 成 模具 形 模 具
模具小类和品种
适用对象和成形工艺性质
冲裁模（少、无废料冲模、整修模、 光洁冲模、深孔冲模、精冲模等）、 使用金属（黑色金属和非黑色金属） 单工序模（冲孔模、落料模、弯曲模、板材，通过冲裁模和精冲模，或根据 拉深模、成形模等）、复合冲模、级 零件不同的生产批量、冲件精度，采 进冲模、汽车覆盖件冲模、硅钢片冲 用单工序模、复合模或级进模等相应 模、硬质合金冲模、微型冲件用精密 的工艺方法，成形加工为合格的冲件 冲模
准（含标准零、部件标准等）、模具工艺 质量标准（含技术条件标准等）、模具基 础标准（含名词术语标准等）和相关标准。
标准体系表是计划与规范性的文件。
模具体系表主要是计划或规划制订的 标准项目及项目系列；是制订模具标准项 目年度计划的依据。
• 模具体系表分4层。第1层：模具； 第2层：模具类别（10大类）、模具名称； 第3层：每类模具须制订的标准类别，包 括：基础标准、产品标准、工艺与质量 标准、相关标准共4类标准的名称；第4 层：在每类模具及其标准类别下，列出 具体须制订的模具标准项目系列及其名 称。
适用对象和成形工艺性质
使用热固性和热塑性的塑料，通过注射、压 缩、挤塑、挤出、发泡、吹塑和吸塑等成形 加工为合格塑件，该塑件也具有板材和体积 成形两种成形工艺
非金 属材 料制 品成 形模 具
玻璃 制品 成形 模具
注压成形模、吹—吹法成形瓶罐模、压—吹 法成形瓶罐模、玻璃器皿模具等
橡胶 制品 成形 模具
压力采用非黑色金属、黑色金属的板材
金属 锻 速锤机用锻模、开（闭）式锻模、 或棒材、丝材，经锻、墩、挤、拉
模具材料概论
1.1 模具材料的分类
模具材料及热处理
常用冷作模具材料
钢种一般指其成分与高速钢淬火组牌织 号举例
碳素中工基具体钢化学成分相同的钢 T7、T8、T10
油淬冷作模具钢 空淬冷作模具钢 高碳高铬冷作模具钢 基体钢和低碳高速钢 硬质合金
一度种、多机相械结化Cr合强W材度M料都n,9，较M耐高n2磨。V性不,9S、能iC硬 进r,Cr2 行切削加工Cr。5Mo1V、Cr6WV、8Cr2MnWMoVS、
10
模具材料及热处理
1.1 模具材料的分类
4Cr5MoSiV1，具有良好的 冷热疲劳性，在使用温度不
超过600℃时代替H21
3Cr2W8V，广泛用于制造黑 色和有色金属热挤压模及Cu、 Al合金的压铸模，但热稳定性
差
11
模具材料及热处理
1.1 模具材料的分类
三、塑料模具材料
由于塑料模具的工作条件(加工对象)、制造 方法、精度及对耐久性要求的多样性，所以塑 料模具用钢的成分范围很大，各种优质钢都有 可用之处，且形成了范围很广的塑料模具用材 料系列。
4
模具材料及热处理
模具在现代工业中的作用
建国以来，我国在模具材料方面有了很大的发 展，初步建立起了具有我国特色的模具材料体系、 包括冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢等系 列材料，并在模具制造业广泛使用。同时，针对 不同的工作条件与环境因素，开发了多种先进的 模具材料。
5
模具材料及热处理
1.1 模具材料的分类
模具材料及热处理
参考教材： 1.模具材料.高为国.机械工业出版社.2006.1 2.模具材料与使用寿命.模具实用技术丛书编 委会.机械工业出版社.2004.9
主讲人：饶晓晓 email:raoxiaoxiao00@ tel:13636184234
模具材料及表面处理课件版全
一、模具材料技术在模具工业中的地位
1、模具是重要的加工工艺装备
汽车、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成本。 模具材料技术影响到模具的寿命，从而影响产品成本。 模具材料技术影响模具的质量，从而影响产品的质量。
第一章 模具材料概论
第一节 模具及模具材料分类
一、模具分类
按材料、工艺、设备分：10类 按工作条件分：
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。
二、模具材料分类
模具材料
模具钢
其他模具 材料
冷镦冲头磨损、折断失效：
二、模具失效分析 模具失效分析的步骤： 生产现场调查 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：
结构设计不当 材料选择和质量问题 毛坯锻造不良 机械加工缺陷 热处理不当 装配精度不高
例：冷冲压冲头的失效分析
R处断裂 D处磨损超差
冲击疲劳造成 表面硬度不足造成
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 表面处理工艺
三、耐磨性
表征材料抗磨损的性能。
评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量
磨损形式主要有： 影响磨损的因素有：
磨料磨损
化学成分
粘着磨损
组织状态
氧化磨损
力学性能
疲劳磨损
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。
强度表示。 影响因素：再结晶温度 回火稳定性
模具材料(一)
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模具材料(一)
• 三、本课程的性质、教学目标和要求
• 模具材料是一门专业课程，应学过一些 工程材料方面的知识，对材料及热处理、 材料成形加工等有初步的了解，本课程对 模具选材、加工等进行综合训练，学习模 具新材料、新工艺、新技术方面的知识， 为模具设计、制造工艺课程打下基础。
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• 我国模具材料及其处理技术的发展前景十分 广阔。应积极开发和引进高性能的新型模具材料， 增加模具钢材的品种、规格，形成符合我国资源 情况的系列化和标准化的模具材料，以满足不同 模具的使用性能和寿命的要求；重视模具的设计、 选材、加工、处理、检验等全过程控制，不断降 低生产成本，提高经济效益；加强对模具的新技 术、新材料、新工艺的研究，发展模具的成套加 工精密设备．提高模具生产的整体水平。
• 5)熟悉各类常见的模具表面处理方法，并能进行合理选用。
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模具材料(一)
• 理论性和实践性强 • 钢的热处理原理与工艺 • 合金钢
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第一章 模具失效与使用寿命
• 模具失效----模具丧失正常的使用功能，不能通过 一般的修复方法使其重新服役的现象。
• 正常失效 • 非正常失效(早期失效) • 正常失效比较安全，而非正常失效常造成人身或
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模具材料(一)
• 减少模具的磨损措施：
• 提高模具材料的硬度， • 对模具进行表面耐磨处理 • 及时清理模具和工件表面上的磨粒
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模具材料(一)
• 2．粘着磨损
•
由于模具与工件
表面的凸凹不平，使
其在相对运动中造成
粘着点发生断裂面使
模具材料发生剥落的
第一章模具材料概论报告备课讲稿
第一章 模具材料概论
二、模具钢品种规格的发展 三、模具钢内在质量的提高 (1)提高模具钢的纯净度 降低钢中有害杂质和气体的含量，提高钢的 纯净度，是当前各模具钢生产厂的主要努力方向之一。 (2)提高钢的等向性 模具大部分是多向受力的，因此，提高模具钢的 等向性，改善钢的横向韧性和塑性，使其与纵向性能接近，就可以大 幅度提高模具的使用寿命。
第一章 模具材料概论
(2)淬硬性和淬透性 淬硬性主要取决于钢的碳含量，淬透性主要取决 于钢的化学成分和淬火前钢的原始组织。 (3)淬火温度和热处理变形 为了便于生产，要求模具钢的淬火温度范 围尽可能宽些，特别是当模具采用火焰加热局部淬火时，要求模具钢 有更宽的淬火温度范围。 (4)脱碳敏感性 模具钢在锻造、退火或淬火时，若在无保护气氛下加 热，其表面层会产生脱碳等缺陷，而使模具的使用寿命下降。 第五节 模具材料的生产现状和发展趋势 一、模具钢种的发展 1)钢种系列有待进一步完善，如用量很大的塑料模具钢，在GB/T 129 9—2000中只纳入了3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo两个钢号，这显然不能满 足各种不同塑料模具的要求。
第一章模具材料概论报告
第一章 模具材料概论
(2)非铁金属材料 用于制造模具的非铁金属材料主要有铜基合金、低 熔点合金、高熔点合金、难熔合金、硬质合金、钢结硬质合金等。 (3)非金属材料 用于制造模具的非金属材料主要有陶瓷、橡胶、塑料 等。 第二节 模具的失效形式及影响因素 一、模具的失效形式 (1)断裂失效 根据模具断裂前变形量的大小和断口形状的不同，断裂 可分为脆性断裂和韧性断裂两种。 (2)磨损失效 模具在工作过程中的相对运动不可避免地会引起磨损， 因此，耐磨性是模具钢的基本性能之一。
第一章 模具材料概论
(2)耐磨性 决定模具使用寿命的重要因素往往是模具材料的耐磨性， 模具在服役中承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在强烈摩 擦下仍保持其精度不变。 (3)强度和韧性 模具在服役中承受拉压、冲击、振动、扭转和弯曲等 应力，重负荷的模具往往由于强度不够、韧性不足，造成模具局部塌 陷、崩刃和断裂而发生早期失效。 (4)耐疲劳性 模具工作时承受着机械冲击和热冲击的交变应力，热作 模具在服役过程中，热交变应力更明显地导致模具热裂。 二、模具材料的工艺性能 (1)可加工性 钢材的可加工性主要包括切削、磨削、抛光、冷拔等加 工性和可锻性等。
模具材料及表面工程技术第1章和第2章
料等。
模具材料及表面工程技术
2.2 模具材料与使用寿命
1 模具材料与模具寿命
2
锻造与模具寿命
3
热处理与模具寿命
模具材料及表面工程技术
2.2.1 模具材料与模具寿命
近年来,我国研制出不少适合我国特点的新型高效模具 材料,这些新钢种的采用,都获得提高模具寿命数倍的效果。 模具钢的冶金质量对模具寿命有很大的影响,应提出相
国外模具钢的发展
2
3
国内外模具钢应用及发展比较
我国模具钢产业的展望
4
模具材料及表面工程技术
2.4.1 我国模具钢种的发展状况
模具制造的首要问题是模具材料,新中国成立以来我 国模具钢生产技术发展较快,从无到有,从仿制到自己开 发,目前我国模具钢的产量已跃居世界前列。
虽然近几年我国模具钢制造水平取得了长足的进步,
2
模具材料及表面工程技术
2.3.1 模具材料的主要性能指标
①硬度和热硬性 ②耐磨性 ③强度和韧性
④抗疲劳性
模具材料及表面工程技术
2.3.2 模具材料的工艺性能指标
①可加工性 ②淬硬性和淬透性 ③淬火温度和热处理变形
④脱碳敏感性
模具材料及表面工程技术
2.4 我国模具材料的生产现状和发展 趋势
1
我国模具钢种的发展状况
应的要求,检验合格后再进行加工。
模具材料及表面工程技术
2.2.2 锻造与模具寿命
锻造的第一个目的是使钢材达到模具毛坯的尺寸及规格, 为后续加工做好准备。锻造的第二个目的是改善模具钢的组 织和性能,使大块碳化物破碎,并均匀分布,改善金属纤维的
方向性,使流线合理分布,消除或减轻冶金缺陷,提高模具钢
的致密度。
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第一章模具材料概论1按照模具的工作条件可将模具分为三大类：冷作模具，热作模具，成型模具。
2在模具中常遇到的磨损形式有：磨料磨损，粘着磨损，氧化磨损和疲劳磨损等。
3 在磨料磨损的条件下，影响耐磨性的主要因素有：硬度和组织。
4 钢的基体组织中，铁素体耐磨性最差，马氏体耐磨性较好，下贝氏体耐磨性最好。
对于淬火回火钢，一般认为在含有少量残余奥氏体的回火马氏体的基体上均匀分布着细小碳化物的组织，其耐磨性为最好。
5 对于粘着磨损的情况，影响材料耐磨性的因素也比较复杂。
一般脆性材料和高熔点材料的抗粘着能力较高。
减少材料的磨檫系数可以提高耐粘着磨檫性。
6 热作模具、部分成型模具或冷作模具等，由于工作温度较高，通常需要考虑模具材料的耐热性。
高温材料的热稳定性常以600~700°C时的屈服强度表示，它与钢的抗回火能力有关。
7 合金化或进行表面处理是提高模具钢耐腐蚀性的主要方法。
8 模具的失效分偶然失效和工作失效两类。
9 模具的主要失效形式是断裂、过量变形、表面损伤和热作疲劳。
第二章冷作模具材料1 目前使用的冷作模具材料有：冷作模具钢、硬质合金、陶瓷材料、铸钢等，使用最多的是冷作模具钢和硬质合金。
2 冷作模具在工作中受到拉深、弯曲、压缩、冲击、疲劳、摩檫等机械力的作用，其正常的失效形式主要是磨损、脆断、变形、咬合等。
3 对于大型模具除了要求有足够的硬度外，还要求心部有良好的强韧性配合，这就需要模具钢具有高的淬透性，淬火时采用较缓的冷却介质，就可以获得较深硬化层。
对于形状复杂的小型模具，也常采用高淬透性的模具钢制造，这是为了使淬火后能获得较均匀的应力状态，以避免开裂或较大的变形。
4 回火稳定性反因了冷作模具受热软化的抗力。
5 低淬透性冷作模具钢中，使用最多的是碳素工具钢（T7A、T8A、T10A、T12A）和GC R15轴承钢。
6预先处理一般采用等温球化退火，工艺规范为：加热温度750~770°C，等温温度680～700°C。
退火后的组织应为4～6级的球状珠光体，硬度小于197HBS。
7 碳素工具钢适宜制造尺寸较小/形状简单、负荷较轻、生产批量不大的冷作模具，其中T10A 钢是性能较好，但淬透性差，用盐和碱水溶液冷却较好。
8 如终锻温度过高，将形成粗大网状碳化物，如终锻温度过低，结果使碳化物呈线条状出现。
这两类碳化物均不能通过球化退火加以改变，而必须在球化退火之前通过正火方法进行消除，这样才能保证球化退火质量并赋予模具良好的热处理性能。
9 如果锻造质量不高，出现严重网状碳化物或粗大晶粒时，必须在球化退火之前进行一次正火，正火加热温度为930～９５０°Ｃ。
10、低变速冷作模具钢的性能虽然优于碳素工具钢，但其耐磨性、强韧性、变形要求等仍不能满足形状复杂的重载冷作模具的需要。
为此，发展了高耐磨微变形冷作模具钢。
11、冲载模的正常失效形式主要是：磨损，刃口由锋利变圆钝。
12、冷挤压模具的正常失效方式主要有檫伤磨损或氧化磨损。
13、冷挤压模具的性能要求：必须具有高的强韧性，良好的耐磨性，一定的热疲劳性和足够的回火稳定性，与厚板冲载模有相似之处。
14、冷作模具钢的强韧化处理工艺主要包括：低淬低回，高淬高回，微细化处理、等温和分级淬火等。
15、根据工作条件，热作模具可分为：热锻模、热挤压模、压铸模和热冲载模等几类。
16、钢的淬火可以采用多种冷却方式，如油淬，分级淬火或等温淬火。
其中最常用的是油淬。
17、热挤压模的失效形式主要是模腔过量塑性变形、分裂、热疲劳和热磨损。
18、常用的热挤压模具用钢是钨系热作模具钢和铬系热作模具钢。
19、热疲劳开裂，热磨损和热熔蚀是压铸模常见的失效形式。
20、目前常用的压铸金属材料主要有：锌合金、铝或镁合金、铜合金和钢铁等四大类。
21、常用的表面强化处理方法有：氮化，氮碳共渗，渗铬，渗铝，渗硼等。
22、为了防止熔融金属粘膜，侵蚀，提高压铸模成形部分的抗蚀性和耐磨性，压铸模常采用表面强化处理。
23、渗碳型塑料模具用钢，国内常采用工业纯铁（如DT1和DT2）、20、20C R、12C R N I3A和12C R2N I4A钢。
24、对于负荷较大的热固性塑料模和注射模，除了型腔表面应有高耐磨性之外，还要求模具基体具有较高强度、硬度和韧性，以避免或减少模具在使用中产生塌陷，变形和开裂现象。
25、常用的淬硬型塑料模具钢有：碳素工具钢（如T7A、T10A）、低合金冷作模具钢（如9SiC r9M n2r等）、C R12型钢、高速钢、基体钢和某些热作模具钢等。
26、所谓预硬钢就是供应时已预先进行了热处理，并使之达到模具使用态硬度。
27、渗碳主要用于要求承受很大冲击载荷，高的硬度和好的抗脆裂性能。
名词解释1 强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。
2 硬度是衡量材料软硬程度的性能指标，钢的硬度主要决定于其它化学成分和组织。
3、韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗产生裂纹的一个特性，反映了模具的脆断抗力,常用冲击韧度a k来判定。
4、疲劳抗力是反映材料在交变载荷作用下抵抗疲劳破坏的性能指标。
5、模具失效是指模具工作部分发生严重磨损或损坏而不能用一般修复方法使其重新服役的现象。
6、基体钢就是具有高速钢正常淬火基体成分。
成分组织：这类钢过剩炭化物少，细小均匀。
性能：工艺性能好，强韧性有明显改善。
用途：广泛用于高负荷、高速、耐冲击冷、热变形模具。
7、热作模具主要指热变形加工和压力变形的模具。
8、负荷强韧化处理是将模具的煅热淬火与最终热处理淬火、回火相结合的处理工艺，它是在模具毛胚停锻后用高温淬火及高温回火取代原来球化退火（预备热处理），所以又称双重淬火法。
9、时效硬化型塑料模具钢的共同特点是含碳量低，合金度较高，经高温淬火后，钢处于软化状态，组织为单一的过饱和固溶体。
但是将此固溶体进行时效处理，即加热到某一较低温度并保温一段时间后，时效硬化型塑料模具用钢的固溶体中就会析出细小弥散的金属化合物，从而造成钢的强化和硬化。
10、在参碳介质中加热，使钢的表面渗入的碳的热处理过程称为渗碳。
11、碳氮共渗是向工件表面同时渗入碳和氮，并以渗碳为主的化学热处理工艺。
12、氮碳共渗是向工件表面同时渗入碳和氮，并以渗氮为主的化学热处理工艺。
13、以硼砂为基的盐浴渗钒渗铌渗铬并形成碳化物的方法又称为反应浸镀法（TD法）。
TD 法是在熔融的硼砂中加入预渗的元素或其合金的粉粒，然后将零件浸入其中，靠欲渗元素原子向零件表面扩散并与零件基体的碳原子形成金属的碳化物覆层性能的工艺方法。
14、喷丸强化是利用大量的珠丸（直径一般为Ф0.4～2mm)以高速打击已加工完毕的工件表面,使表面产生冷硬层和残余压应力,可以显著提高零件的疲劳强度.15、电火花表面强化是利用工具电极与工件间在空气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表面强化层。
16、化学气相沉积（CVD）是在真空度≦1pa的反应室中,通过一定温度下的气相化学反应而在工件表面生成化合物沉积层的过程。
17、将金属、合金或化合物放在真空中蒸发（或称激射），使这些气相原子或分子在一定条件下沉积在工件表面上的工艺称为物理气相沉积（PVD）。
简答题1、影响强度的因素：钢的含碳量与合金元素含量，晶粒大小、金相组织、碳化物的类型、形状、大小及分布、残余奥氏体量、内应力状态等。
2、影响硬度的因素：钢的硬度主要决定于其化学成分和组织。
钢完全淬成马氏体时的硬度取决于马氏体的含碳量。
3、影响韧性的因素主要是钢的成分、组织和含碳量。
碳量愈低，杂质愈少，钢的韧性愈高。
4、模具结构设计对模具寿命的影响：①模腔结构的影响②模腔过渡圆角半径R的影响③模具工作部位角度的影响5、模具制造质量对模具寿命的影响：①模具零件加工精度的影响；②模腔表面粗糙度的影响；③模具硬度均匀性的影响；④模具装配精度的影响。
6、模具材料对模具寿命的影响：以模具材料种类、化学成分、组织结构、硬度和冶金质量等因素为综合反映，其中材料种类和硬度影响最为明显。
7、模具工作零件表面强化的目的是获得外硬内韧的效果，从而得到硬度、耐磨性、韧性、耐疲劳强度的良好配合。
8、模具表面强化处理方法有：碳氮共渗、离子共渗、渗硼、渗碳、渗硫、渗铌、渗钒、电火花强度、激光热处理、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）等。
9、模具的使用对模具寿命的影响：这些因素包括：①锻压设备的特性；如压力机的精度和精度。
②被加工材料的性质，如胚料的表面状态差、强度高。
③模具的安装和使用条件，如安装精度高，正确选用润滑剂。
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。
10、冷作模具材料使用性能的要求：①良好的耐磨性。
②高强度。
③足够的韧性。
良好的抗疲劳性能。
④良好的抗咬合能力。
11、冷作模具材料必须具备的工艺性能要求：主要包括：可锻性、可切削性、可磨削性，热处理工艺性等。
12、热处理工艺性主要包括：淬透性、回火稳定性、脱碳倾向、过热敏感性。
淬火变形与开裂倾向等。
13 冷作模具钢的成分特点如下：①钢的含碳量含碳量是影响冷作模具钢性能的决定性因素。
一般随着含碳量的增加，钢的硬度强度和耐磨性提高塑性韧性变差。
对于需要抗冲击的高韧性冷作模具，其钢材的碳的质量分数一般控制在0.5%～0.7%，以保证模具获得足够的韧性。
②合金化的特点：铬显著地增加钢的淬透性，有效的提高钢的回火稳定性。
钒能显著提高钢的耐磨性和热硬性，同时钒还可细化晶粒，降低钢的过热敏感性。
主要特点是：加入碳化物形成元素，获得足够数量的合金碳化物，并增加钢的淬透性和回火稳定性，以达到耐磨性和强韧性的要求。
14、低变形冷作模具钢在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素而发展起来的。
加入的合金元素有Cr、Mn、Si、W、V等.其主要作用是提高淬透性,减少淬火变形开裂倾向,形成特殊碳化物,细化晶粒,提高回火稳定性.性能：这类钢的强韧性、耐磨性、热硬性都比碳素工具钢高，使寿命也较碳素工具钢长。
15、传统的高速钢(CW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2)是高强度耐磨冷作模具钢的典型钢种。
高速钢具有高强度，高抗压性、高耐磨性和高热稳定性的特点。
淬火温度对高速钢性能影响很大，淬火温度愈高，基体的含碳量愈多，其耐磨性，抗压强度愈高，而韧性愈低。
高速钢主要用于重载冲头。
16、LD钢不含钨的基体钢，GD钢属于高强韧性低合金冷作模具钢，其成分与CrWM n相比，降低了含碳量，新增镍、硅，合金元素总量为4%。
GD钢主要性能特点如下：①钢的冲击韧度，小能量多冲寿命，断裂韧性和抗压屈服点显著优于CrWM n钢和Cr12MnV钢。
②碳化物偏析小，可以不改锻，下料后直接使用。
③GD钢淬透性良好，空冷可以淬硬，淬火变形缩小。
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。