第六章 模具材料和热处理技术
模具材料热处理工艺和技术要求
淬火的方法
（一）物理冶金法
1.火焰淬火
2.高周波淬火
3.电子束淬火 4.雷射淬火
（二）化学冶金法
1.渗碳处理
2.渗碳氮化处理
3.渗氮碳化（软氮化）处理
4.渗氮（氮化）处理
5.离子渗氮处理
6.渗硫、渗硼处理
7.金属渗透处理（如渗铝、铬、钒等）
（三）被覆法
1.硬质金属（如铬）
2.被覆熔焊
3.金属（陶瓷）熔射
由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。按钢材的用途、化学成
分、质量的不同，可将钢分为许多类：
钢材的种类
一、 按用途分类
按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
结构钢：1、用作各种机器零件的钢。它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。
2、用作工程结构的钢。它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。
主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，
且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不
能完全满足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为
合金元素）而得到的多元合金。与碳钢比，合金钢的性能有显着的提高，故应用日益广泛。
等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后目的:提高机件强度及耐磨性。但淬火后引起内应力，使钢变脆，所以淬火后必须回火。 流程: 预热(500-550C)+(750—800C) 奥氏体化温度(1000—1050C) 保温 急冷 二．淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面， 不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥 氏体的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。
常用模具材料及热处理课件
CONTENCT
录
• 模具材料概述 • 常用模具材料
• 模具材料与热处理实例分析 • 模具材料与热处理发展趋势
01
模具材料概述
模具材料的分 类
金属材料
如钢铁、铜合金、铝合金等，具有较高的强度和耐 磨性。
非金属材料
如塑料、橡胶、陶瓷等，具有较好的耐腐蚀性和绝 缘性。
复合材料
详细描述
回火的主要目的是消除淬火过程中产生的内应力，提高金属材料的韧性和塑性。 通过回火处理，金属内部的原子或分子的排列会变得更加稳定和有序，从而提高 金属的韧性和塑性。
表面热处理
总结词
表面热处理是一种只对金属表面进行加热的热处理工艺，通 过改变金属表面的组织结构和性质，提高其耐磨性、耐腐蚀 性和抗疲劳性能。
详细描述
表面热处理的方法包括表面淬火、化学热处理等。通过表面 热处理，可以在不改变金属内部组织结构的情况下，显著提 高其表面的硬度和耐磨性，从而提高模具的使用寿命。
04
模具材料与热处理实例分析
塑料模具材料及热处理
80%
塑料模具材料
通常选用3C1、3C2、3C3、3C4、 3C5等优质碳素结构钢，以及 CrWMn、9Mn2V、5CrW2Si、 GCr15等合金工具钢。
环保与节能要求
绿色制造技术
绿色制造技术以环保为核心，旨 在减少模具制造过程中的环境污 染，如废气、废水的排放和固体 废弃物的处理等。
节能技术
节能技术以降低能耗为核心，旨 在提高模具制造过程中的能源利 用效率，如采用新型的加热技术 和设备等。
THANK YOU
感谢聆听
性。
硬质合金的优点是硬度高、耐磨 性好，缺点是韧性较差，容易发
模具材料与热处理技术作业指导书
模具材料与热处理技术作业指导书第1章模具材料概述 (3)1.1 模具材料分类及功能要求 (3)1.1.1 模具材料分类 (4)1.1.2 模具材料功能要求 (4)1.2 常用模具材料介绍 (4)1.2.1 碳素钢 (4)1.2.2 合金钢 (5)1.2.3 工具钢 (5)1.2.4 高速钢 (5)1.2.5 硬质合金 (5)第2章模具钢的热处理原理 (5)2.1 热处理的基本概念 (5)2.2 热处理工艺对模具功能的影响 (5)2.2.1 退火 (5)2.2.2 正火 (5)2.2.3 淬火 (5)2.2.4 回火 (6)2.3 模具钢热处理常见缺陷及防止方法 (6)2.3.1 常见缺陷 (6)2.3.2 防止方法 (6)第3章模具钢的退火处理 (6)3.1 退火处理的目的与分类 (6)3.2 退火处理工艺参数选择 (7)3.3 退火处理对模具功能的影响 (7)第4章模具钢的正火处理 (8)4.1 正火处理的目的与分类 (8)4.2 正火处理工艺参数选择 (8)4.3 正火处理对模具功能的影响 (9)第5章模具钢的淬火处理 (9)5.1 淬火处理的目的与分类 (9)5.1.1 马氏体淬火：通过快速冷却，使奥氏体转变为马氏体，获得高硬度和高强度。
95.1.2 贝氏体淬火：在较低的温度下进行淬火，使奥氏体转变为贝氏体，提高模具的韧性。
(9)5.1.3 珠光体淬火：在更高的温度下进行淬火，使奥氏体转变为珠光体，获得适当的硬度和韧性。
(9)5.2 淬火处理工艺参数选择 (9)5.2.1 淬火温度：根据模具钢的成分和所需功能，选择合适的淬火温度。
过高或过低的淬火温度都会影响模具的功能。
(9)5.2.2 淬火介质：选择合适的淬火介质，如油、水、盐水等，以保证模具在淬火过程中达到所需的冷却速度。
(9)5.2.3 淬火时间：根据模具的尺寸和形状，确定合适的淬火时间。
过长或过短的淬火时间都会影响模具的功能。
模具材料及热处理
模具材料及热处理模具是工业生产中不可或缺的工具。
它们在各种制造过程中被广泛使用，以制造各种产品和零件。
模具质量直接影响着产品制造的质量和成本。
因此，选择合适的模具材料和热处理方法至关重要。
模具材料是制造模具的关键因素之一。
选择模具材料需要考虑多个因素，包括材料的强度、硬度、耐用性、加工易度和成本等。
目前，常用的模具材料包括钢、铝、铜、金属陶瓷和塑料等。
钢是一种广泛使用的模具材料。
特别是工具钢，它具有高硬度、高强度、高耐磨性和耐高温等优点。
根据不同的用途和要求，可以选择适合的工具钢。
其中，冷作模具钢常用于制造冲孔模、切割模和弯曲模等，而热作模具钢则适用于制造压铸模、锻造模和挤压模等。
铝模具则是适用于需要轻质、高效和高精度的生产领域。
铝模具具有良好的导热性、成本低廉和制作过程简单等优点。
当生产的产品需要进行高温或高压加工时，铝模具的优势就不再明显。
相较于钢和铝，铜材料被广泛应用于高精度、高速度加工和模具表面处理领域。
铜模具通常具有优异的热传递性和导热性，因此适用于需要特殊表面处理的行业，如金属喷涂和塑料注塑。
金属陶瓷材料是当下热门的模具制造材料之一。
金属陶瓷模具具有高硬度、高耐磨性、低热膨胀系数和优异的绝缘性等特点。
因此，金属陶瓷模具可以在高温和腐蚀的环境下长期使用，并且在一些高精度生产中更是一种必要的选择。
塑料模具在人们的日常生活中已经广泛应用。
它们具有成本低廉、制作过程简单和框架结构简单等优点。
然而，塑料模具的强度和耐磨性与其他材料相比较低，适用范围也相应较窄。
因此，仅适用于生产中不需要高精度或高要求的产品中。
除了选择适当的模具材料之外，热处理方法对于模具使用寿命和性能也至关重要。
热处理包括退火、正火、淬火和淬火回火等过程，可以使不同类型的材料达到不同的性能要求。
退火是一种简单的加热和冷却方法，可以使模具材料变得更柔软、易于加工和成形。
而正火过程可以将模具材料中的样变消除，并使其具有适当的强度和硬度。
模具材料及热处理
模具材料及热处理模具材料及热处理1．金属组织1.1金属具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。
金属内部原子具有规律性排列的固体（即晶体）。
1.2合金由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。
相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。
1.3固溶体是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。
1.4固溶强化由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象叫固溶强化现象。
1.5化合物合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。
1.6机械混合物由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。
2．金属硬度2.1硬度金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力，硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。
硬度试验方法简单易行，又无损于零件。
实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。
三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。
布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。
布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。
2.1.1洛氏硬度HRA、HRC：洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。
但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分离度大，再现性较差。
洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。
热加工模具的材料选择及热处理
热加工模具的材料选择及热处理随着社会的发展，科学的发展，热加工用模也有了很迅速的发展。
本毕业设计从理论与实践的角度对热加工模模具进行阐述，针对热加工模用料及热处理进行分析，从以下几方面进行论述：热加工类模具用钢的材料分析热加工模是工业产品生产中不可缺少的工艺方法之一。
它主要用于制造业和加工业。
它是和冲压、锻造、铸造成型机械，同时和塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成型加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用的。
热加工模具属于精密机械产品，因为它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件（凸模、凹模），导向零件（导柱、导套等），支承零件（模座等），定位零件等；送料机构，抽芯机构，推料机构，检测与安全机构等。
为提高模具的质量，性能，精度和生产效率，缩短制造周期，其零、部件（又称模具组合），多由标准零、部件组成。
所以，模具应属于标准化程度较高的产品。
一副中小型冲模或塑料注射模，其构成的标准零、部件可达90%，其工时节约率可达25%~45%。
一、热加工用模模具的功能和作用现代产品生产中，热加工模具由于其加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到很广泛的应用。
现代工业产品的零件，广泛采用冲击、成型锻造、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其他成形加工方法，和成形模具相配套，经单工序或多道成形工序，使材料或胚料成形加工成符合产品要求的零件，或成分精加工前的半成品件。
如汽车覆盖件，须采用多副模具，进行冲孔、拉深、翻边、弯曲、切边、修边、整形等多道工序，成形加工为合格零件；电视机外壳洗衣机内桶是采用塑料注射方法，经一次注射成型为合格零件的；发动机的曲轴连杆是采用锻造成形模具，经滚锻和模锻成形加工为精密机械加工前的半成品胚件的。
高精度、高效率、长寿命的冲模、塑料注射成形模具，可成形加工几十万，甚至几千万产品零件，如一副硬质合金模具，可冲压硅钢片零件（E型片、电机定转子片）上亿件，称这类模具为大批量生产用模具。
适用于多品种、少批量或产品试制的模具有：组合冲模、快换冲模、叠层冲模或成型冲模，低熔点合金成型模具等，在现代加工业中，具有重要的经济价值，称这类模具为通用、经济模具。
冲压模具金属材料及热处理工艺技术要点
冲压模具金属材料及热处理工艺技术要点摘要：冲压模具常用金属材料热处理工艺，需要严格控制各个环节质量，保证金属材料性能的基础上，经过热处理后经过冲压处理成为设备零部件，促进设备抗磨损与耐压性能提升，延长设备使用寿命。
但金属材料热处理过程中容易出现变形问题，变形严重时直接造成材料开裂，影响到材料质量，本文就此展开论述。
关键词：冲压模具；热处理工艺；技术控制1、冷冲压模具常用金属材料1.1碳素工具钢材料在我国碳素工具钢的产量非常大，使用也非常广泛。
这主要是因为碳素工具钢具备一些显而易见的优点：第一，可锻性好，方便锻造成所需的形状；第二、退火易软化，退火之后迅速软化，便于下一步的加工流程；第三、切削加工性好，因为碳素工具钢硬度小，非常容易进行切削处理；第四、价格便宜，这是决定碳素工具钢得以广泛使用的根本原因。
但同时，碳素工具钢也还存在许多不足之处，比如淬透性低，需额外通过水作为加工过程中的冷却剂，如此就会造成碳素工具钢发生更多的变形及断裂等问题。
因为碳素工具钢具备的这些优缺点，它适用的模具一般都具有这样的特点：尺寸较小，受力不大，形状较为简单，且对形状的变行要求不是很高，用碳素工具钢制作这样的模具，可以节省大量资源，但对于那些大受力、形状复杂、形状变形要求高的模具用碳素工具钢并不适合。
1.2高碳高铬模具钢材料与碳素工具钢相比，高碳高铬模具钢表现出了更好的淬硬性、淬透性、耐磨性，高碳高铬模具钢因为本身不容易发生变形等特性，被看作是高耐磨及微变形模具钢，高碳高铬模具钢要比高速钢在承载能力方面稍低。
高碳高铬模具钢的缺点是碳化物有比较严重的偏析问题，在实际冲压过程中必须对其反复进行改锻、镦拔，以逐步改善材料内碳化物的均匀水平，如此才会提升高碳高铬模具钢的使用性能。
1.3高速钢材料目前使用的高速钢，多是通过添加钼系元素等方式锻造出来的，高速钢因而具有非常优秀的使用性能，优势最明显的地方就是热塑性及强韧性都非常高，也因此获得非常大的发展空间，在冷作模具高精度及大批量工业化生产中，占有非常重要的地位。
模具材料及热处理新工艺新技术
模具材料及热处理新工艺新技术模具材料及热处理是现代制造业中非常重要的关键技术。
随着制造业的不断发展和进步，对模具材料和加工工艺的要求也越来越高。
新的工艺和技术在模具材料的选用和热处理工艺上有着重要的应用和意义。
下面将介绍一些模具材料及热处理新工艺新技术的应用和发展。
首先，关于模具材料的选用，传统的模具材料主要包括工具钢、冷作模具钢、高速钢等。
这些材料具有一定的硬度和耐磨性，但在一些特殊环境下存在一些问题。
例如，高速钢在高温条件下容易软化，而工具钢和冷作模具钢在高温应力作用下容易发生开裂。
因此，为了解决这些问题，一些新型模具材料开始被广泛应用。
新型模具材料主要包括硬质合金、陶瓷材料和复合材料等。
硬质合金具有高硬度、高强度和优异的耐磨性，广泛用于冲压模和挤压模等高磨损模具。
陶瓷模具材料具有优异的高温性能和化学稳定性，广泛用于注塑模、压铸模和玻璃模等高温环境下的模具。
复合材料具有优异的机械性能、耐磨性和抗腐蚀性能，广泛应用于塑料模具、铸造模具和压力机模具等。
其次，关于模具材料热处理工艺的发展，传统的热处理工艺主要包括淬火、回火和正火等。
然而，随着模具工艺的不断发展，传统的热处理工艺已经无法满足对模具材料性能的要求。
因此，一些新的热处理工艺开始被广泛应用。
新的热处理工艺主要包括表面改性技术和热处理参数优化技术等。
表面改性技术包括氮化、渗碳、氧化和涂层等。
这些技术能够在材料表面形成一层硬度高、耐磨性好和抗腐蚀性强的保护层，提高模具的使用寿命和工作性能。
热处理参数优化技术通过对热处理工艺参数的优化调整，可以使模具材料在保持高硬度的同时，具有更好的韧性和抗裂性能等。
总之，模具材料及热处理新工艺新技术在现代制造业中有着非常重要的应用和发展。
通过选用新型模具材料和优化热处理工艺参数，可以提高模具的使用寿命和工作性能，从而降低生产成本，提高生产效率。
随着制造业的不断发展和进步，模具材料及热处理新工艺新技术将会得到进一步的完善和应用。
模具材料及热处理PPT课件
≦0.025 ≦0.01
Cr12MoV 1.45~1.70 ≦0.40 ≦0.40 11.0~12.5 0.4~0.6 0.15~0.30
＜0.03 ＜0.03
SKD61 0.32~0.42 0.8~1.2 ＜0.5 4.5~5.5 1.0~1.5 0.8~1.2
＜0.03 ＜0.03
H13
0.32~0.45 0.8~1.2 0.20~0.50 4.75~5.5 1.10~1.75 0.8~1.2
1.2﹑化學成分特點: A.高碳1.0%以上; B.加入較多的鉻、錳、鎢、鉬、釩等
7
1.3﹑常用冷作模具鋼:
A.冷作模具用碳鋼:T8、T10A、T12A;
B.冷作模具用低合金鋼:CrWMn、9Mn2V等;
C.Cr12型高碳高鉻鋼:
Cr12MoV、Cr12、SKD11、SLD等;
D.高碳中鉻型冷作模具鋼:Cr6WV;
C
Cr
主要成份(%) Ni W Mo
V
Mn
SKD61 HB185 0.39 5.15 Si1.0 ~ 1.4 0.8 0.4
熱
8407 HB185 0.38 5.30 Si1.0 ~ 1.3 0.9 ~
作 鋼 DAC HB185 0.39 5.15 Si1.0 ~ 1.4 0.8 0.4
4Cr5MoSiV1 HB185 0.37 5.0 Si1.0 ~ 1.2 0.4 0.4
B.中合金鋼(合金元素5~10%);
(5CrWMn,5CrW2Si) C.高合金鋼(合金元素≧10%)
（Cr12MoV,Cr12)
5
模 具 鋼介紹 1.冷作模具鋼 2.熱作模具鋼
6
1:冷 作 模 具 鋼介紹
1.1﹑冷作模具鋼的性能特點: A.高的硬度、強度和耐磨性; B.足夠的韌性; C.熱處理變形小; D. 良好抗回火穩定性,熱處理變形小
《模具材料及热处理》教学大纲
《模具材料及热处理》教学大纲适用专业:模具设计与制造三年制专科学分和学时：2学分，36学时一、课程的性质、目的和作用《模具材料及热处理》是模具设计与制造工程技术人员必须了解的基本知识之一。
本课程目的是使学生了解模具材料种类与对应热处理方法和原则，掌握常用的模具表面处理技术。
具备合理选用材料和热处理方法的能力，以提高模具使用寿命，改善生产效益，也可以通过实践运用，对模具材料和热处理方法做改进。
《模具材料及热处理》是模具基础课程，对模具专业技术课有支撑作用。
合理选用材料和热处理工艺能力是本专业学生在未来岗位群工作中不可缺少的。
因此，本课程是培养能力的一门基础课程。
它是模具设计与制造三年制专科专业选修课，专业技术课的支撑课程。
课程教学的基本要求：了解常见模具的失效分析方法，了解模具材料和热处理的选用原则；明确模具材料、热处理工艺及表面处理技术与模具使用性能、使用寿命、生产成本、经济效益之间的关系；充分理解冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料的材料牌号、主要成分、性能特点、工艺特点、主要用途等，并能合理的选择模具材料及热处理方法，具备热处理工艺安排的基本技能。
二、课程内容和教学要求1 绪论●模具材料的作用和地位●模具材料的应用与发展教学要求：了解模具材料的作用和地位，了解我国的模具材料应用和发展现况。
2 模具失效与使用寿命●模具的失效分析●典型模具的服役条件及失效形式●模具的使用寿命及其影响因素教学要求：深入了解、理解模具失效形式、原因、影响因素。
3 模具材料概述●模具材料的分类●模具材料的性能、选用与发展教学要求：深入了解、理解模具材料的分类、模具材料的性能、选用与发展.4 冷作模具材料及热处理●冷作模具材料的主要性能要求●冷作模具材料及热处理●冷作模具材料及热处理工艺的选用实例教学要求：深入了解、理解冷作模具材料的主要性能要求，应当具有冷作模具材料及热处理工艺选用的基本能力。
5 热作模具材料及热处理●热作模具材料的主要性能要求●热作模具材料及热处理●热作模具材料及热处理工艺的选用实例教学要求：深入了解、理解热作模具材料的主要性能要求，应当具有热作模具材料及热处理工艺选用的基本能力。
模具材料及热处理
智能化热处理技术的应用
智能控制
采用先进的智能控制技术，实现对热处理过程的精确控制和管理， 提高热处理的稳定性和可靠性。
数字化热处理
通过数字化技术将热处理过程进行模拟和优化，实现数字化热处 理，提高生产效率和产品质量。
物联网技术
通过物联网技术将热处理设备进行联网，实现设备的远程监控和 管理，提高生产效率和设备利用率。
高碳高铬钢
具有高硬度、高耐磨性和良好 的热处理性能，适用于制造承 受高负荷的模具。
不锈钢
具有良好的耐腐蚀性和耐磨性 ，适用于制造要求高精度、高 寿命的食品、医药和精密模具 。
模具材料的性能要求
硬度
模具材料的硬度要达到规定的标准，以保证其耐 磨性和使用寿命。
耐腐蚀性
对于一些在特定环境下工作的模具，应具备良好 的耐腐蚀性。
环保型热处理技术的推广
节能减排
01
通过采用先进的热处理技术和设备，降低热处理过程中的能源
消耗和污染物排放，实现节能减排。
绿色热处理
02
采用环保型的热处理技术和设备，减少对环境的污染和破坏，
实现绿色可持续发展。
循环经济
03
通过回收和再利用热处理过程中产生的废弃物和副产品，实现
资源的循环利用，降低对环境的影响。
稳定的化学成分
模具材料应具有稳定的化 学成分，以避免在热处理 过程中发生氧化、腐蚀等 反应，影响材料性能。
良好的可加工性
模具材料应具有良好的可 加工性，以便于进行切削、 磨削等加工操作，降低加 工成本。
模具材料与热处理的协同作用
材料与工艺的匹配
选择合适的模具材料和热处理工 艺，使两者相互匹配，可以充分 发挥各自的优势，提高模具的综
常用模具材料及热处理 ppt课件
常用模具材料及热处理
❖ 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）
常用模具材料及热处理
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。
常用模具材料及热处理
❖ 模具钢材的选用及其锻造或热处理是模具制 造技术中的关键之一。对提高模具质量和延 长模具寿命有很大的影响。
❖ 选用模具材料时，需要综合考虑模具的工作 条件、性能要求、形状和尺寸、结构特点等。 对模具材料的性能要求有时会遇到矛盾，则 需适当取舍、协调平衡解决。
常用模具材料及热处理
❖ 合金元素含量1.5％-2.5％标为“2”， >2.5％-3.5％标“3”，以此类推。
常用模具材料及热处理
❖ 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)。
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
常用模具材料及热处理
❖ 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）
常用模具材料及热处理
❖ 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）。
❖ ·7CrSiMnMoV钢： ❖ 高强度和韧性好，焊接性能好。适合于制造
模具的选材及热处理工艺课件
研究陶瓷材料在模具制造中的应用，具有高硬度、高强度和高耐 磨性，适用于制造高温、高压模具。
先进热处理技术发展动态
真空热处理技术
采用真空环境进行热处理，减少模具变形和开裂，提高模具质量和 性能。
感应加热技术
采用感应加热方式对模具进行快速、均匀的加热，提高热处理效率 和模具性能。
激光热处理技术
加工成本
不同材料的加工难度和加工成本不同，选材时应综合考虑材料的加工成本因素，选择易于加工且成本 合理的材料。
02
常用模具材料介绍
碳素工具钢
优点
碳素工具钢具有来源广、切 削加工性好、价格低廉、热 处理后可以得到高硬度和较
好的耐磨性等优点。
缺点
淬透性差、热处理变形大、 回火抗力低、承受冲击和交
变载荷的能力差。
高速工具钢
优点
高速工具钢具有高硬度、高耐磨性、高热硬性等优点，可以承受较高的切削速度和较大的切削力，同时具有较好的韧 性和抗冲击能力。
缺点
价格较高，切削加工性较差，热处理变形较大。
应用
适用于制造高速切削刃具和冷冲裁模等。常用牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。
硬质合金与钢结硬质合金
01 02
压铸模具
选用高韧性、高热强性的材料，如热作模具钢、铜基合金等，进行淬火和回火 处理，提高抗热疲劳性能和耐磨性。对于大型压铸模具，可选用铸铁材料。
05
模具选材与热处理发 展趋势
新型模具材料研发及应用
高性能模具钢
研发具有高强度、高韧性、高耐磨性的模具钢，提高模具使用寿 命和性能。
硬质合金
开发新型硬质合金材料，具有高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性， 适用于制造高精度、高效率模具。
模具材料及热处理
模具材料及热处理1．金属组织金属具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性同时其导电能力随温度的增高而减小，富有延性和展性等特性的物质。
金属内部原子具有规律性排列的固体〔即晶体〕。
合金由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。
相：合金中成份、结构、性能相同的组成局部。
固溶体是一个〔或几个〕组元的原子〔化合物〕溶进另一个组元的晶格中，而仍维持另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两种。
固溶强化由于溶质原子进进溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和强度升高，这种现象喊固溶强化现象。
化合物合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。
机械混合物由两种晶体结构而组成的合金组成物，尽管是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。
2．金属硬度硬度金属的硬度，是指金属外表局部体积内反抗外物压进而引起的塑性变形的抗力，硬度越高讲明金属反抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。
硬度试验方法简单易行，又无损于零件。
实际常使用的硬度试验方法有：布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。
三种硬度试验值有大致的换算关系，见表一。
布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直截了当D的钢球压进金属外表，并维持一定的时刻，测量金属外表上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，喊布氏硬度，记作HB。
布氏硬度的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的硬度。
洛氏硬度HRA、HRC：洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，能够直截了当读出硬度值，不损伤工件外表，可测量的硬度范围较宽。
但洛氏硬度也有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果不离度大，再现性较差。
洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。
它是用测量凹陷深度来表示硬度值。
洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。
第六章-挤压模具
铝的主要特性
• 可成形性:这是铝及许多铝合金较重要的特性之 一。特定的拉伸強度、屈服強度、可延展性和 相应的加工硬化率，决定了铝的可成型性。
• 可回收性：铝具有极高的可回收性，再生铝的 特性与原生铝几乎没有分别，而且回收费用低 廉。这在讲求环保的今天显得尤为重要。
• 其它特性：无毒、不燃烧…
铝的应用
• 1886年英国开始加工软金属，后又对锌、 铝、铜等硬金属进行冷加工。
• 1903年美国利用冷挤压制成薄壁黄铜管， • 1906年美国为了制造黄铜的西服纽扣，已
经取得了正挤压空心杯形坯料的专利权 。 • 第一次世界大战 （1914年8月～1918年11月 ）
美国用冷挤压法生产大量 黄铜弹壳。
• 1921年德国制造出冷挤压管的专用 压力机， 在1931年成功挤出钢管但没有投入生产。
• 3）专业化、规模ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的组织生产仍是冷挤压 生产的发展方向和趋势。
• 4) 挤压专机将成为一种发展趋势。随着中 小型锻件的精化生产发展及冷挤压、温挤 压工艺的推广应用，多工位冷挤压压力机、 精压机及针对某种锻件而设计制造的专机 会得到大力发展。
5.挤压技术的应用
冷挤压技术已在紧固件、机械、仪表、电器、 轻工、宇航、船舶、军工等工业部门中得到较为
铝的主要特性
• 导电：铝由于它的优良导电率而常被选用。在重量 相等的基础上，铝的导电率近于铜的兩倍。
• 导热：铝合金的导热率大约是铜的50-60%，這对 制造热交换器、蒸发器、加热电器、炊事用具，以 及汽車的缸盖与散热器皆有利。
• 无磁：這对电气工业和电子工业而言是一重要特 性。
• 可加工性 ：铝的可加工性是优良的。在各种变形 铝合金和铸造铝合金中，以及在这些合金产出后具 有的各种状态中，加工特性的变化相当大。
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3．冷拔模具与成型模具钢性能的要求
成型模具的主要失效形式是磨损，而拉拔模具 除了严重的磨损以外，还会产生胶合现象。 拉拔模的性能要求主要是具有较高的耐磨性， 凸模硬度一般要求是58～62HRC，凹模硬度要求是 62～64HRC，并且还要求具有良好的抗咬合性。成 型模具的耐磨性要求比较低， 通常凸模的硬度为 54～58HRC，凹模的硬度为56～60HRC，但要求韧 性较高。
（2）硬质合金模具材料的种类 普通硬质合金包括YG8、YG15、YG20、 YG25等。钢结硬质合金包括GT23、TLMW50、 DT等。我国生产的钢结硬质合金的热处理规范如 表6-2所示。
6.3 热作模具材料及热处理
热作模具主要用于热变形加工和压力铸 造的模具。热作模具在工作中承受着很大的 冲击力，模腔和高温金属接触后，模具本身 温度达300℃～400℃，局部可达500℃～ 700℃，有的甚至达到1 000℃左右，还要经 受反复的加热和冷却。在时冷时热状态下， 容易使模具的工作表面产生热疲劳裂纹，另 外炽热金属被强制变形时，与模具型腔表面 摩擦，模具极易磨损并且硬度降低。
（2）高强度高耐磨冷作模具钢的种类 包括W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、 W12Mo3Cr4V3N等高速钢。 （3）高强度高耐磨冷作模具钢的实例 例1：W18Cr4V钢 例2：W6Mo5Cr4V2钢
5．高强韧性冷作模具钢及热处理
（1）高强韧性冷作模具钢的性能 高强韧性冷作模具钢的强度、韧性、冲击疲劳 断裂抗力，均优于高速钢或高碳高铬钢，而抗压性 和耐磨性稍逊于前者。使用寿命比高速钢或高碳高 铬钢大幅提高。
6.1.3 模具材料的分类
6.1.4 模具材料的发展趋势
① 由于压力加工工艺迅速发展，新工艺不断 出现，对模具材料的性能要求也越来越高。 ② 模具热处理新技术，特别是表面强化处理 工艺发展很快，在模具中广泛应用。 ③ 根据生产发展需要和本国资源情况，模具钢 号不断筛选精简、补充更新。 ④ 当前模具材料以工具钢为主，也使用高强 度结构钢、粉末冶金材料、有色金属和塑料等。
（2）低变形冷作模具钢的种类 包 括 CrWMn 、 9Mn2V 、 9CrWMn 、 9Mn2 、 MnCrWV、SiMnMo。 （3）低变形冷作模具钢的实例 例1：CrWMn钢 例2：9Mn2V钢
3．高耐磨微变形冷作模具钢及热处理
（1）高耐磨微变形冷作模具钢的性能 高耐磨微变形冷作模具钢的特点是具有高淬透 性、微变形、高耐磨性、高热稳定性、高的抗压强 度（仅次于高速钢），是制造冷冲裁模、冷镦模、 螺纹搓丝板的主要材料，这种钢的消耗量在冷作模 具钢中居于首位。
（2）高强韧性冷作模具钢的种类 包括6W6Mo5Cr4V、65Cr4W3Mo2VNb、 7Gr7Mo2V2Si、7GrSiMnMoV、6GrNiSiMnMoV、 8Gr2MnWMoVS。 （3）高强韧性冷作模具钢的实例 例1：6W6Mo5Cr4V钢 例2：7Gr7Mo2V2Si钢
6．模具材料的一般性能要求
1．使用性能
（1）硬度 （2）强度 （3）耐磨性 （4）韧性
2．工艺性能
（1）热加工工艺性能 （2）冷加工工艺性能 （3）淬硬性和淬透性 （4）淬火温度和热处理变形 （5）脱碳敏感性
6.1.2 模具选材的一般原则
① ② ③ ④ 使用性能足够。 工艺性能良好。 供应上能保证。 经济性合理。
（2）高耐磨微变形冷作模具钢的种类 包括Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr5Mo1V、 Cr4W2MoV 、 Cr12Mn2SiWMoV 、 Cr6WV 、 Cr6W3Mo2.5V2.5。 （3）高耐磨微变形冷作模具钢的实例 例1：Cr12钢 例2：Cr12MoV钢
4．高强度高耐磨冷作模具钢及热处理
（2）低淬透性冷作模具钢的种类 低淬透性冷作模具钢包括T7A、T8A、T12A、 T10A、8MnSi、Cr2、9Cr2、Cr06、GCr15、 CrW5。 （3）低淬透性冷作模具钢的实例 例1：T10A钢 例2：Cr2钢
2．低变形冷作模具钢及热处理
（1）低变形冷作模具钢的性能 低变形冷作模具钢的基本优点是具有较好的淬 硬性（61～64HRC）和淬透性， 60～120mm工件能 于油或硝盐中淬硬，淬火操作简便，淬裂、变形倾 向低，并易于控制。 低变形冷作模具钢经淬火和低温回火后含有8%～ 15% 的残余奥氏体和5%～10% 的碳化物。残余奥氏 体在250℃左右回火后分解，使体积膨胀，并加剧 低温回火脆性。
第6章 模具材料和热处理技术
6.1
模具材料概述
冷作模具材料及热处理 热作模具材料及热处理 塑料模具材料及热处理 模具表面硬化处理技术
6.2
6.3
6.4
6.5
6.1 模具材料概述
模具材料的种类很多，通常按照模具钢 种类进行分类，模具钢分为冷作模具钢、热 作模具钢、塑料模具钢、玻璃模具钢和压铸 模具钢。其他模具材料包括：铸铁、有色金 属及合金、硬质合金、钢结硬质合金及非金 属材料。
（1）中耐热韧性热作模具钢的性能 许多热挤压模、热镦锻模、精锻模以及在锻压 机、高速锤上的模具等都是在繁重的条件下工作的。 这些模具工作时需要长时间与被加工金属接触，受 热温度往往比锤锻模具要高，特别是当加工黑色金 属及难熔金属时。要求模具钢具有高的热稳定性、 比较高的高温强度和耐热疲劳性以及高的耐磨性。
7．特殊用途冷作模具钢及热处理
（1）特殊用途冷作模具钢的性能 特殊用途冷作模具钢主要包括耐腐蚀模具钢和无 磁模具钢。 耐腐蚀模具钢制造的模具，除了应具有冷作模具 的一般使用性能外，还要求具备良好的耐腐蚀性。 无磁模具钢除了应具有冷作模具的一般使用性能 外，还要求在磁场中使用不被磁化。常用的材料有 奥氏体不锈钢和奥氏体耐热钢。
6.3.1 热作模具材料的使用性能要求
1．锤锻模具
锤锻模具工作时受到很大的压力和冲击载荷作 用，而且冲击频率很高，模具型腔表面受到高温金 属的不断加热，可使模具升温到300℃～400℃，局 部温度达到500℃～600℃。 对锤锻模具的性能要求是：具有较高硬度和良 好的韧性；具有良好的耐磨性和耐冷热疲劳性；由 于模具尺寸比较大，应具有很高的淬透性。
6.2 冷作模具材料及热处理
冷作模具是在常温下对材料进行压力加 工或其他加工所使用的模具。在模具制造中， 目前应用最多的冷作模具材料是冷作模具钢 和硬质合金。制造模具的材料特性、热处理 方式或工艺等是模具制造的重要环节。根据 制造和使用要求合理地选择冷作模具材料则 更重要。
6.2.1 冷作模具材料的使用性能要求
（1）高强度高耐磨冷作模具钢的性能 高强度高耐磨冷作模具钢的具有高强度、高抗 压性、高耐磨性和高热稳定性等特点，主要用于制 造重负荷冲头，如冷挤压黑色金属的凸模，冷镦冲 头，中厚钢板孔冲头；直径小于5mm～6mm的 小凸模，以及用于冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强度 钢板的中、小型凸模和粉末冶金模等。
6.3.2 热作模具钢的分类、性能和热处理
热作模具钢的热处理技术要求具有如下特点。 ① 淬透性和淬硬性。 ② 热处理变形性。 ③ 脱碳敏感性。
1．低耐热高韧性热作模具钢及热处理
（1）低耐热高韧性热作模具钢的性能 低耐热高韧性热作模具钢主要用于生产承受很 大冲击载荷的锤锻模、平锻机锻模、大型压力机锻 模等，是在高温下通过冲击加压强迫金属成形的模 具，锻模型腔与炽热的工件表面会产生剧烈摩擦。 因此要求钢冲击韧度好、淬透性高、导热性能好、 有较高的热疲劳能力，同时还应具有好的耐热性、 抗氧化性和加工工艺性。
（2）低耐热高韧性热作模具钢的种类 低 耐 热 高 韧 性 热 作 模 具 钢 包 括 5CrNiMo 、 5CrMnMo 、 4CrMnSiMoV 、 5Cr2NiMoV 、 45Cr2NiMoVSi等。 （3）低耐热高韧性热作模具钢的实例 例1：5CrNiMo钢 例2：4CrMnSiMoV钢
2．中耐热韧性热作模具钢及热处理
8．硬质合金模具材料及热处理
（1）硬质合金模具材料的性能 硬质合金模具材料包括普通硬质合金（简称硬质 合金）和钢结硬质合金两类。 硬质合金有高的耐磨性和热硬性，高的抗压强 度，其耐磨性比高速钢高15～20倍，常用来制作高 效率、高精度的模具，如冲裁模、冷镦模、热挤压 模，特别是用来制作多工位级进模的凸凹模部分。 但是硬质合金比较脆，抗弯强度和冲击韧性差，且 不能进行机械加工，所以其使用受到一定限制。
1．冲裁模具钢性能的要求
冲裁模的正常失效形式主要是磨损，经过一段 时间的使用，刃口会逐渐变得圆钝。当磨损到一定 程度，冲裁件则产生毛刺而影响制件质量。 冲裁模具用钢的主要性能要求应满足高硬度和 高耐磨性；应具有足够的抗压和抗弯强度，同时应 具有适当的韧性。
2．冷礅模具钢性能的要求
冷镦模的主要失效形式是：凸、凹模工作表 面的磨损擦伤、凸模折断、凹模开裂、凸模镦粗 而凹模模口胀大和棱角堆塌等。 鉴于冷镦模的工作条件恶劣，首先要求其要 有足够的硬度。在通常情况下，凸模的硬度为 60～62HRC，凹模的硬度为58～60HRC。
（2）中耐热韧性热作模具钢的种类 中 耐 热 韧 性 热 作 模 具 钢 主 要 包 括 4Cr5MoSiV （H11）、4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5W2SiV、 3Cr3Mo3W2V（HM1）、 25Cr3Mo3VNb（HM3）、 2Cr3Mo2NiVSi（PH）等。 （3）中耐热韧性热作模具钢的实例 例1：4Cr5MoSiV（H11）钢 例2：3Cr3Mo3W2V（HM1）钢
（2）特殊用途冷作模具钢的种类 特殊用途冷作模具钢中，9Gr18、Gr18MoV、 Gr14Mo、Gr14Mo4等为耐腐蚀模具钢； 1Gr18Ni9Ti、 5Gr21Mn9Ni4W 、 7Mn15Gr2Al3V2WMo 等 为 无 磁模具钢。 （3）特殊用途冷作模具钢的实例 例1：9Gr18钢 例2：7Mn15Gr2Al3V2WMo钢
6.2.2 冷作模具钢的分类、性能和热处理
冷作模具钢的热处理技术要求具有如下特点。 ① 淬透性和淬硬性。 ② 耐回火性。 ③ 过热敏感性。 ④ 氧化脱碳倾向。 ⑤ 淬火变形和开裂倾向。