第二章常用模具材料及热处理

牌号
v 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）。
v 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。
v 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)。
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第二章常用模具材料及热处理
合金钢的编号原则
第二章常用模具材料及 热处理
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2020/12/10
第二章常用模具材料及热处理
§1常用模具材料 v 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。
v 钢：炭钢（普通碳素结构钢、优质碳素结构 钢、碳素工具钢）
v 合金钢（合金结构钢、合金工具钢、不锈钢）
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第二章常用模具材料及热处理
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第二章常用模具材料及热处理
·3Cr3MoW2V钢：代号HM1 适合于急冷急热条件下工作。 v ·5Cr4W5Mo2V钢：代号RM2
v ·4Cr3Mo3W4VNb钢：代号GR v 高温性能良好，热作模具钢。
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·8Cr2MnWMoVS钢：
v 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。
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两大类 :
v ⅰ.碳化钛（TiC）作硬质相； v ⅱ.碳化钨（WC）作硬质相。 v 许多性能因基体（粘结剂）种类不同而不同
可作硬质合金基体的有铬钼钢、不锈钢、高 速钢等。 v （性能和一般化学成分见P245表A-3和表A-4）
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第二章常用模具材料及热处理
v 为了适应塑料模日益发展的需要。常参考国 外塑料模具用钢并结合我国的具体条件进行 选用。
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塑料模的钢材选用原则是
v ① 足够的强度和硬度； v ② 良好的切削加工性； v ③ 良好的抛光性； v ④ 良好的电加工性； v ⑤ 良好的耐腐蚀性； v ⑥ 良好的淬透性； v ⑦ 良好的照相腐蚀加工性； v ⑧ 良好的焊接性能； v ⑨ 热处理变形小、热膨胀系数小； v ⑩ 表面热处理性能好。
v 适用范围：尺寸小、形状简单、负荷小、冷作模具。
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②合金工具钢
v ⑴ 低 合 金 工 具 钢 ： CrWMn 、 9Mn2V 、 5CrNiMo 、 9SiCr、GCr15、5CrMnMO
v 含合金量：总量为1％-3％ v 特点：淬透性和淬硬性均较好。耐磨性，红硬性
Cr12小
模以及冷镦模
韧性较高、热处理变形较 热态下工作的热锻模、 小、淬透性较好、回火稳 热切边模 定性较高
3Cr2W8V 红硬性高、热处理变形小、热态下工作的热挤模、
淬透性好
热冲模、压铸模
W18Cr4V、 红硬性高、热处理变形小、工作载荷大的冲头、冷
W6MoCr4 淬透性好 V
挤模及热态下工作的热 冲模
v “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。
v 合 金 元 素 含 量 1.5 ％ -2.5 ％ 标 为 “ 2” ， >2.5％-3.5％标“3”，以此类推。
T8A
形大、淬透性低
工作载荷不大、形状简单 的冷挤模、陶瓷模
工作载荷不大，形状简单 的型腔模、冲孔模、橡胶 模及锌合金压铸模等 工作载荷不大、形状简单 的冷冲模、成形模
工作载荷不大、形状简单 的冷冲模、成形模
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4表0CAr-6 常耐用磨性模差具、韧钢性的高性、热能处特理点用及于用锌途合金（压续铸）模
较高。回火稳定性好，热处理变形小。
v ·CrWMn钢：（各种中小型冷作模具） v 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。
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·9Mn2V钢：（冲裁模、弯曲模） v 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％。
v 钢中含碳量为0.7-0.9％，合金元素含量超过 15％，属莱氏体钢。
v 高淬透性，空冷即可淬硬。
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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。
v 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）
1.模具材料的一般要求
v 包括力学性能、高温性能、表面性能、工艺性能、 经济性等。
v 力学性能：硬度、强度、韧性 v 高温性能：高温强度、抗氧化性、耐热疲劳性、回
火稳定性、热膨胀系数小 v 表面性能：耐磨性、耐蚀性 v 工艺性能：切削加工性、电加工性、抛光性、可锻
性、淬透性、热处理性能、可焊性 v 经济性：资源条件、市场供应情况、价格
v ·7CrSiMnMoV钢： v 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。
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⑶高速钢
v 钨 系 高 速 钢 （ W18Cr4V ） 钼 系 高 速 钢 （W6Mo5Cr4V2钢）
v 在高温（600°C）下仍保持高强度、高硬度、 高耐磨性和好的韧性。
v 含有细小结构的――电加工性
v 精度高的――热处理变形小、易磨削
v 制品生产工艺条件复杂的――易磨削、可 焊接。
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③经济性（制造成本）： 尽量考虑到价格便宜、资源丰富、供应方便。
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4.塑料模的材料选用
v 在我国，塑料模具用钢至今还未形成专用钢 材 系 列 ， 通 常 采 用 一 般 工 具 钢 。 如 T10A 、 CrWMn、Cr12MoV钢等。这些钢切削加工性较差， 难以制造型腔复杂的塑料模具，而且一旦热 处理变形超差则难以修复。
v ·9SiCr钢：（搓丝板、滚丝模） v 250°C回火时有回火脆性。较高的淬硬性
和较好的回火稳定性。淬透性优于9Mn2V。
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·GCr15钢：
v 常用的轴承钢，具有较高的淬透性和耐磨性。
v 铬的加入有利于提高淬透性、细化碳化物并使其 分布均匀。
v 5CrMnMO
淬透性高
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表A-6 常用模具钢的性能特点及用途（续）
Cr12
耐磨性好、韧性差、热处 工作载荷大、形状复杂 理变形小、淬透性高、碳 的高精度冷冲模
化物偏析严重
Cr12MoV
5CrMnMo、 5CrNiMo
耐磨性好、热处理变形小、工作载荷大、形状复杂
淬透性高、碳化物偏析比 的高精度冷冲模、冷挤
v 形状复杂、精度高――变形小、导热性好、膨胀系 数小
v
大负荷――高强度
v 摩擦、磨损――高硬度
v 冲击负荷――高韧性 v 表面光洁――可抛光性
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②良好的制造工艺性能。容易制造、容易精
修、便于修改。 v 一般都要求有良好的切削加工性、热处理
特性。
v 尺寸性、形状复杂的――较小的淬火变形 倾向
二.模具钢材的选用
v 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。
v 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。
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2.模具材料的一般选用原则
v 模具材料，主要是成型零件和工艺零件的 选材，一般在某些方面的性能，要求较高 甚至很高。这方面的选材对模具质量、寿 命、加工制造及成本都有很大的影响。
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一般原则：
v ①满足使用性能要求。主要从工作条件、模具结构、 产品形状和尺寸、生产批量等综合考虑。
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②钢结硬质合金
v 以合金钢为基本，金属碳化物（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。
v 特点： v 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。 v ⅱ.淬火后具有硬质合金的硬度和刚性。
1.0％Si
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·3Cr2W8V钢和H13钢（4Cr5MoV1Si）、H11钢
（4Cr5MoVSi）钨系低碳高合金钢。
v 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。
v 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。
变形稍小、淬透性稍高、耐 高温性能差
9Mn2V、 耐磨性较好、热处理变形小、工作载荷稍大、形状简
GCr15 淬透性稍高
单的冷冲模、胶木模
CrWMn 耐磨性好、热处理变形小淬 工作载荷较大、形状较
透性较高
复杂的冷场模、成形模
9CrSi 耐磨性好、热处理变形小淬 用于冲头、滚丝模
透性较高
60Si2A 韧性好、热处理变形较小、 用于标准件上的冷镦模
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塑料模：较高的强度和硬度、较高的耐蚀性、 良好的电加工性、良好的抛光性、较高的导
热性、可焊性、切削加工性。
v 橡胶模：耐蚀性、耐热性、可抛光性、一 定强度和硬度。
v 陶瓷模：高硬度、耐热性、可抛光性、一 定强度和韧性。
v 玻璃模：耐热性、耐蚀性、耐磨性、导热 性、一定强度和韧性。
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各种模具工作条件不同，对材料性能要求也
就各有差异。如：
v 冷冲压模：高强度、高硬度。 v 冷挤压模：高强度（抗压、断裂、疲劳强
度）、高韧性、高硬度。 v 热锻模：高温强度、硬度、耐蚀性、高温
回火稳定性、抗高温氧化性、耐热疲劳性、 热膨胀系数小、导热性高。
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布不均匀性严重。 v Cr12钢的强度和韧性比Cr12MoV低。
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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％
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钢材
表A-6
常用模具钢的性能特点及用途
性能特点
用途
10、20 易挤压成形，渗碳及淬
火后耐磨性稍高、热处 理变形大、淬透性低
45 耐磨性差、韧性差、热
处理过热倾向小、淬透 性低、耐高温性能差
T10A、 耐磨性差、热处理变形 T12A 大，淬透性低
T7A、 耐磨性稍好、热处理变
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第二章常用模具材料及热处理
一.常用模具材料
v 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。
v ①.碳素合金工具钢
v 含碳量：0.7％-1.4％
v 主要牌号：T7(A)、T8(A)、T10(A)、T12(A)。
v 特点：价格便宜、切削性能好。淬火后有较高硬度 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）
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第二章常用模具材料及热处理
⑷硬质合金和钢结硬质合金
① 硬质合金
v 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。
v 钨钴（YG）：强度、韧性较高，多用于制造模 具。
v 钨钴钛（YT）：较高的红硬性和抗氧性。 v 万能硬质合金（YW）：高强度、高硬度。 v （成分、性能可见P244表4-2）
v
钢：（弯曲热态模、切边模）
v 5CrNiMo
v 中碳低合金钢，典型热作模具钢。强度高，韧性 好。
v 淬透性好，抗回火性好，导热性和耐热疲劳性好， 耐磨性好。
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第二章常用模具材料及热处理
⑵高合金工具钢：
v ·Cr12型钢： v 包括Cr12和Cr12MoV高碳高合金钢、工具钢、
莱氏体钢 v 淬透性高、淬火硬度极高、热变形小。 v Cr12钢的含碳量较Cr12MoV高，碳化物多但分