模具材料及表面处理课后习题部分答案

1、模具及模具材料一般可以分哪几类答：按照模具的工作条件分三类：冷作模具、热作模具、成形模具模具材料分类：（1）模具钢：冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢（2）其他模具材料：铸铁、非铁金属及其合金、硬质合金、钢结硬质合金、非金属材料2、评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标有哪些这些指标能否用于评价热作模具材料的塑性变形抗力为什么答：评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标主要是常温下的屈服点σs或屈服强度σ；不能评价；因为评价热作模具材料塑性变形抗力的指标应为高温屈服点或高温屈服强度，热作模具的加工对象是高温软化状态的材料，所受的工作应力要比冷作模具小得多。

3、反映冷作模具材料断裂抗力的指标有哪些答：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等；4、磨损类型主要有哪些答：磨料磨损、粘着磨损、氧化磨损、疲劳磨损；5、模具失效有哪几种形式模具失效分析的意义是什么答：失效形式：断裂、过量变形、表面损伤、冷热疲劳；失效分析意义：模具的失效分析是对已经失效的模具进行失效过程的分析，以探索并解释模具的失效原因，其分析结果可以为正确选择模具材料、合理制定模具制造工艺、优化模具结构设计以及模具新材料的研制和新工艺的开发等提供有指导意义的数据，并且可预测模具在特定使用条件下的寿命。

第二章冷作模具材料6、冷作模具钢应具备哪些使用性能和工艺性能答：（1）使用性能：良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性能、良好的抗咬合能力；（2）工艺性能：可锻性、可加工性、可磨削性、热处理工艺性；热处理工艺性包括：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。

7、比较低淬透性冷作模具钢与低变形冷作模具钢在性能、应用上的区别。

答：低淬透性冷作模具钢：（1）碳素工具钢：性能：锻造工艺性好，易退火软化，热处理后有较高的硬度和耐磨性。

缺点：淬透性低，热硬性、耐磨性差，淬火温度范围窄；应用：适宜制造尺寸较小，形状简单，受载较轻，生产批量不大的冷作模具。

（2）GCr15 性能：淬透性、硬度、耐磨性比碳素工具钢高；淬火后，回火尺寸变化不大；Cr提高该钢的回火稳定性，回火后有较高的强韧性、耐磨性；应用：适用于制造精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝板和成型模等。

低变形冷作模具钢：（1）CrWMn 性能：具有较高的淬透性，由于加入%～%（质量分数）钨，形成碳化物，所以在淬火和低温回火后具有一定的硬度和耐磨性。

钨有助于保持细小晶粒，从而使钢具有较好的韧性，该钢对形成网状碳物比较敏感，而且这种碳公物网使工具刃部有剥落的危险。

应用：使用较为广泛的冷作模具钢。

用于制造量具，如板牙、块规、样柱和样套，，以及形状复杂的高精度冲模等。

(2)9Mn2V 性能：综合力学性能比碳素工具我钢，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火时变形较小。

由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了过热敏感性。

碳化物不均匀性比CrWMn钢好。

应用：用于制造各种精密量具、样板，以及一般要求的尺寸较小的冲模、冷压模、雕刻模、料模、剪刀、丝锥、板牙和铰刀等。

8、比较Cr12型冷作模具钢与高速钢在性能、应用上的区别。

答：Cr12型冷作模具钢：性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，具有较好的淬透性和良好的耐磨性。

由于钢中碳质量分数最高可达%，从而钢变得硬而脆，所以冲南韧性较差，几乎不能承受较大的冲击荷载，易脆裂，而且易形成不均匀的共晶碳化物。

应用：用于制造受冲击荷载较小，且要求高耐磨性的冷冲模和冲头，剪切硬且薄的金属的冷切剪刃、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模和螺丝滚模等。

高速钢：性能：具有高强度、高抗压性、高耐磨性，同时具有很高的回火稳定性和热硬性。

其承载能力位于各种传统的冷作模具钢之首。

与Cr12MoV钢相比，韧性、耐磨性和抗扭强度稍差。

应用：主要用来制作重负载冲头，如冷挤压钢铁材料的凸模，冷镦冲头，中厚钢板冲孔冲头（直径为10-25mm），直径小于5-6mm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压模等。

9、什么是基体钢有哪些典型钢种与高速钢相比，其成分、性能特点有什么不同应用场合如何答：所谓基体钢，就是通过降低高速钢中碳含量与合金元素优化，减少钢中过剩碳化物，从而改善高速钢塑性和韧性而研制出的一种超高强度钢。

典型钢号：65Cr4W3Mo2VNb(65Nb)钢、7Cr7Mo2V2Si(LD)钢、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)钢。

成分特点：其碳含量梢高于高速钢的基体的碳含量，以增加一次碳化物和提高耐磨性。

一些钢中还加入少量的强化物形成元素性能。

性能特点：基体钢中共晶碳化物数量少且细小均匀分布，韧性相对提高，其抗弯强度、疲劳抗力也有所改善，但耐磨性低于高速钢。

应用：基体钢主要用于要求高强度和足够韧性的冷挤压、冷镦等模具，有些基体钢还可用于热作模具钢。

10、简述GD钢、GM钢、ER5钢的成分、性能和应用特点。

答：GD钢成分：适当降低了碳含量，新增了镍、硅、钼、钒，合金元素总量为4%；性能：（1）钢的冲击韧度、小能量多冲寿命、断裂韧度和抗压屈服强度等性能显着优于CrWMn 钢和Cr12MoV钢，磨损性能略低于Cr12MoV，但优于CrWMn；（2）碳化物偏析小，可以不改锻，下料后直接使用；（3）淬透性良好，淬火加热温度低，区间宽，回火温度也低，淬硬性良好；应用：适用于制造各种异形、细长薄片冷冲凸模，形状复杂的大型凸凹模，中厚板冲裁模及剪刀片，精密淬硬塑料模具等。

GM钢成分：与Cr12型钢相比，GM钢中C和Cr含量减少一半，大大降低了共晶碳化物的不均匀程度，适当增加W、Mo、V的含量；性能：GM钢具有最佳的强韧性和耐磨性配合，同时兼有良好的冷、热加工性和电加工性；应用：多用于多工位级进模、高强度螺栓滚丝模和电子转子片复式冲模等。

ER5钢成分：与基体钢相比，ER5钢提高了含碳量、含钒量以及铬、钼、钨等碳化物形成元素含量。

性能：具有高耐磨性及高韧性，耐磨性比GM钢好，强韧性优于Cr12MoV钢，且耐磨性远远超过Cr12MoV钢；应用：适用于制作大型重载冷镦模、精密冷冲模等。

11、7CrSiMnMoV钢具有哪些特性为什么说该钢适用于火焰淬火用于何种要求的冷作模具。

答：特性：（1）具有较高的强韧性和良好的耐磨性；（2）淬透性好，淬硬性高，热处理变形小；（3）碳化物偏析小，塑性变形抗力低，锻造性能好；（4）焊接工艺性好，能满足冲模的质冷却，不同的材料热处理工艺不同，同种材料，为得到不同的硬度，热处理工艺也不同。

淬火后要立即回火，回火温度要根据你想要的硬度和韧性来定。

15、冷作模具的强韧化处理工艺有哪些并说明其工艺特点答：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。

（1）冷作模具钢的低温淬火工艺（2）冷作模具钢的高温淬火工艺（3）冷作模具钢的微细化处理（4）冷作模具钢的分级淬火和等温淬火（5）其它强韧化处理方法16、分别写出一般冷作模具钢和高精度模具的制造工艺路线，并说明工艺路线中热处理工序的作用。

答：一般冷作模具钢制造工艺路线：毛坯——球化退火——粗加工——半精加工——精加工——淬火回火——精磨高精度模具制造工艺路线：毛坯——球化退火——粗加工——调质——半精加工——去应力退火——精加工——淬火回火——精磨调质处理可细化组织，改善碳化物的弥散度和分布状态，提高淬火硬度和耐磨性。

去应力退火的目的是消除机械加工工艺过程中产生的残余应力。

第三章热作模具材料17、热作模具的失效抗力指标主要有哪些它与材料性能间的关系如何答：1)高温硬度：高温硬度的高低，主要决定于模具钢所含合金元素的种类和含量。

其数值与该钢的屈服强度、塑性有一定的对应关系。

因此是热作模具失效的主要抗力指标。

2)热稳定性：找出温度与保持时间及硬度的对应关系，从而可评价各种材料的热稳定性差异。

该数据对锻压生产很有用，它可估其锻模的使用寿命。

3)抗氧化性：由于高温．模具的模腔表面产生氧化，会加速热磨损失效和热疲劳裂纹的萌生与扩展因此该性能应作为模具失效的因素予以重视18、常用锤锻模用钢有哪些试比较5CrNiMo与45Cr2NiMoVSi钢的性能特点和应用范围有什么区别答：常用锤锻楼用钢有5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。

1)5CrNiMo钢以良好的综合力学性能和良好的淬透性而着称，5CrNiMo钢适合于制造受力较轻的中小型锤锻模。

2）45Cr2NiMoVS是新型的热作模具钢，成分与5CrNiMo相比，碳量稍低，提高了Cr和Mo 的含量，并加入了适量的V和Si，回火时析出M2C，MC型碳化物，使钢具有二次硬化效应。

与5CrNiMo相比有如下优点：淬透性明显提高，热稳定性比5CrNiMo高15氏度，具有高的强韧性，抗热疲劳和热磨损性能高，具有优良的使用性能，其使用寿命较目前应用的国内外锤锻模钢种均有明显的提高。

19、5CrNiMo、5CrMnMo钢制锤锻模淬、回火时应注意哪些问题锤锻模的燕尾可采用哪些方法处理答：5CrMnMo为热锻模用钢，其常用的普通淬火工艺为：淬火：550~600℃预热（时间箱式炉以mm计）→830~850℃均温（时间：箱式炉以~mm，盐浴炉加热~mm计）→预冷（大型模具预冷至760~780 ℃，小型模具预冷至780~800℃）（根据模具大小不同，预冷时间大约在3~8min）然后淬油；为保证淬火质量，应使油循环（油温不低于70℃）并应控制出油温度在150~200℃左右，否则可能因模具内部巨大的内应力而淬裂！生产中往往根据在油中停留时间控制出油温度，小型锻模15~20min，中型锻模25~40min，大型模具则需冷却40~60min。

模具出油温度是否适宜，可通过观察模具出油后残油是否着火（约200℃）加以确定。

回火：模具出油后应立即回火，不允许冷至室温再回火，以防开裂。

回火时应注意；模具淬火状态存在巨大内应力，若直接加热至回火温度，可能会引起开裂。

所以常先在350~400℃炉内均温后再缓慢升至回火温度，回火保温时间可按锻模高度~mm计，为充分消除内应力，并使组织均匀，一般不少于2h。

为防止第二类回火脆性，回火后油冷，于100℃左右出油，为消除回火时油冷所造成的内应力，可在160~180℃再补充一次低温回火。

回火温度根据技术要求的最终硬度选择：460~480℃回火，硬度42~47HRC，490~500℃回火，硬度39~45HRC，燕尾回火560~600℃，硬度34~37HRC。

燕尾可采用单独加热回火和自行回火的方法。

单独加热回火是在保证模腔达到硬度要求后，再用专用电炉或用盐浴炉来对燕尾部分单独进行回火加热。

自行回火方法是将淬火加热后的锻模整体淬入油中一段时间后把燕尾提出油面停留一段时间，依靠其本身的热量使温度回升，如此反复操作3-5次即可，使燕尾自行回火以达到硬度要求。