模具工程材料

1、现代模具的特点 1面大量广，品种繁多 2 作为批量生产，模具在提高经济效益方面起着关键作用 3 模具生 产影响到产品开发更新换代和发展速度 4它的寿命影响到产品的成本 5 现代模具向大型化、复杂化精密化 发展。模具的分类：冷作模具、热作模具、型腔模具模具材料的分类：（1）钢铁材料，通常将模具钢分为冷作模具钢、热作模具钢、橡塑模具钢三类。 （ 2）非铁金属材料，主要有铜基合金、低熔点合金、难熔合 金、硬质合金、钢接硬质合金等（ 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 模具失效的形式：断裂失效、磨损失效、疲劳失效、变形失效、磨蚀失效锻造的目的：锻造的第一个目的（2）断裂能

2、力 锻造工艺性，良好的锻 3）热处理工艺性，包 冷作模具材料的内部冶 碳化物不均匀性； （5）1）3）是使刚才打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，改变金属纤维的方向性，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预备热处理的目的为模具的机械加工和最终热处理做组织准备，其关键的因素是加热 温度，冷却温度或等温温度的选择。模具材料的选用原则：生产批量，当工件的生产批量很大时，凸、 凹模材料应选取质量高、耐磨性好的模具钢；对于模具的其他共同以结构部分和辅助结构部分的两件材料 要求，也要相应的提高。在批量不

3、大时，可考虑降低成本，可适当放宽对材料性能的要求。被冲压材料 的性能、工序性质和凸、凹模的工作条件。当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时，模具凸、凹模应 选取耐磨性好、强度高的材料；对于凸、凹模工作条件较差的冷挤压模，应选取有足够硬度、强度、韧性、 耐磨性等综合机械性能较好的模具钢，同时应具有一定的红硬性和热疲劳强度等。材料性能，应考虑模 具材料的冷、热加工性能和工厂现有条件。生产、使用情况，应考虑我们模具钢的生产和使用情况冷作 模具钢的一般性能要求 1 高硬度高耐磨性 2 较高的强度和足够韧性 3 良好的工艺性冷作模具材料的性能要 求：（1）变形抗力，衡量冷作模具材料变形抗力的指标主要有硬

4、度、抗压强度、抗弯强度。 （3）耐磨性（ 4）咬合能力（ 5）受热软化能力冷作模具材料的使用性能要求： 造工艺性是指可锻性好。 （2）切削加工性，切削工艺性是指可加工性和可磨削性； 括退火工艺性，淬透性，淬硬性，脱碳、侵蚀敏感性，过热敏感性，淬火变形倾向 金质量要求： （1）化学成分不均匀性； （2）磷和硫的含量； （3）钢中夹杂物；疏松冷作模具钢的选用原则：首先要满足模具的使用性能要求，同时兼顾材料的工艺性和经济性。具体选 择时应从模具的种类、结构、工作条件、制品材质、制品形状和尺寸、加工精度、生产批量等方面综合考 虑，最后根据模具使用寿命和模具成本做出选择。冷作模具钢的热处理工艺工序在安排

5、上应注意：（1）为减少热处理变形，对于位置公差和尺寸公差要求严格的模具，常在机加工之后安排高温回火或调质处理。（2）由于线切割加工破坏了脆硬层， 增加了脆硬层脆性和变形开裂的危险， 因此，线切割加工之前的淬火、 回火，常采用分级淬火或多次回火和高温回火，使淬火应力处于最低状态，避免模具线切割时变形、开裂。（3）为使线切割模具尺寸相对稳定，并使脆硬层组织组织有所改善，工件经线切割后应及时进行再回火， 回火温度不高于淬火后的回火温度。硬质合金将高熔点，高硬度的金属碳化物的粉末和粘结剂混合，加压 成型在经烧结而成的一种粉末冶金材料。按碳化物的不同，通常分为钨钴类和钨钴钛类，冷冲裁模用的一 般是钨钴类

6、。共性是高硬度高耐磨和高的抗压强度，但脆性大，不能锻造、热处理和切削加工。主要用 于多工位级进模，大直径拉伸凹模的镶块、拉丝模、冷挤压模等。钢结硬质合金是以难熔金属碳化物为硬质相，以合金钢为粘结剂，用粉末冶金方法产生的一种新型模具材 料。它具有硬质合金的高硬度，高耐磨和高抗压性又具有钢的可加工性，热处理性。以 WC 为硬质相的钢 结硬质合金，简称为 DT 钢，可用于制作冷镦模，冷挤压模，冷冲模，拉伸模等。但价格昂贵，小批量生 产时，技术经济效益不明显。冷冲裁模的选用原则： 1 冷冲裁模的寿命 2 冲压件的材质 3 冲压件的形状， 尺寸，厚度，精度及毛刺要求等 4 价格；主要是对刃口的要求，应有

7、高硬度和高耐磨性及一定的韧性冷拉 伸模的材料选用：若被拉伸材料较薄，强度较低，塑性较好，模具承载较轻时，属轻载拉伸；若被拉伸板 材强度较高板材较厚时则承载较大为重载拉伸；在拉伸时，冲击力很小，主要要求模具具有较高的强度和 耐磨性，工作时不发生粘附和划伤，并具有一定的韧性和较好的切削加工性，热处理变形小。选材与被拉 伸材料的类别厚度和变形率有关。轻载拉伸可选 T8A,9Mn2V 和 CrWMn ，重载，可选 Cr12WMnCr12 或钢 结硬质合金等。对于小批量的拉伸模可选用较低档的材料，如表面淬火钢，甚至铸铁等；大批量时，应对模具进行渗氮，硼，钒或镀硬 Cr。对中碳合金钢模具进行渗碳等表面处理

8、冷挤压模的选用制作冷挤压模的 材料必须具有高的强韧性及良好的耐磨性，一般要求硬度为6163HRC由于承受极大的挤压力， 故要求抗压强度高，为防折断抗弯强度也要提高，并要求具有较高的强度和硬度及较高的冷热疲劳抗力。目前常用 的材料有 60Si2Mn,Cr12,Cr12MnV ,W18Cr4V 及低碳高速钢 6W6Mo5Cr4V 基体钢 LD,65Nb,012Al 低合金高 强韧性钢 GD,马氏体时效钢，硬质合金等冷镦模具材料的选用要求凸模材料有高的强韧性、抗弯强度和 高的耐磨性；凸模材料必须具备高强度、高硬度及高的冲击韧性。对于形状不复杂变形量不大的一般载荷 冷镦模，凸模可用 T10A,60Si

9、2Mn,9SiCr,GCr15 等，凹模可用 T10A,Cr12MoVGCr15 等。变形量大，形状较 复杂的重载冷镦模用钢为强度较高的合金钢或中、高碳钢，如Cr12，高速钢等冷作模具的制造工艺路线1）一般成形冷作模具： 锻造球化退火机加工成形淬火+回火钳修装配 ;2）成形磨削及电加工冷作模具：锻造球化退火机械粗加工淬火+回火精加工（凸模成形磨削，凹模电加工）钳修装配3）复杂冷+低作模具：锻造球化退火机械粗加工退火或调质精加工钳修装配冷作模具的强韧化处理低淬 回；高淬 +高回；微细化处理；等温淬火和分级淬火等热作模具钢的分类：热作模具钢按用途可以分为热锻 模用钢、热挤压模用钢和压铸模用钢，又可

10、细分为锤锻模用钢、机锻模用钢、热挤压模用钢、热锻模用钢、 热冲裁模用钢和压铸模用钢。按耐热性分类可以分为高耐热性用钢、中耐热性用钢和低耐热性用钢，或按 热油性能分为高韧性钢、高热强性钢和高耐磨钢。按合金元素分类可以分为钨系热模钢、铬系热模钢、铬 铂系及铬钨铂系热模钢，或按合金元素含量多少分为低合金热作模具钢、中合金热作模具钢和高合金热作 模具钢。高韧性热作模具钢的基本性能：淬透性高，以保证这种大型模具沿整个截面具有均匀一致的力 学性能。 冲击韧性好、 热疲劳抗力高， 以保证能承受冲击载荷及在急冷急热反复冲击下不至于发生龟裂。导热性好，以保证模具型腔表面的热量尽快传导外散，降低模具的温升，有利于

11、减少热磨损及热疲劳损 伤。较高的抗回火稳定性及高温强度，以减少热塑性变形。较好的抗氧化性能和加工工艺性能。热锻 模具钢的性能要求：高的冲击韧度和断裂韧度。高的高温硬度及高温强度。高的淬透性。高的热 疲劳抗力。较高的回火稳定性。良好的工艺性能及抗氧化性。铸造模块的性能特点：铸造模块的耐 磨性优于锻造模块。铸造模块裂纹扩展速度比锻钢模具慢，应力集中敏感性比锻钢模块低，这些都有利 于模具寿命的提高。铸造模块冲击韧度值低于锻造模块。热锻模具淬火工艺的特点 1 因锻模尺寸较大，大多采用箱式电炉加热。为防止加热过程中产生氧化脱碳， 对模具型腔表面及燕尾加以保护。 2 装炉应注意模块的装置，以使加热均匀。装

12、炉温度不宜太高，以防产 生裂纹。 3 近年研究表明：随淬火温度的提高，钢的断裂韧性有所提高，钢的抗回火能力和热稳定性也得 到提高；淬火温度提高后，还能推迟热疲劳裂纹的产生；而淬火温度提高后，又使奥氏体晶粒粗大，降低 钢的冲击韧性；但通过回火温度的调整，可使钢的冲击韧性到达模具的要求。 4 淬火前对模具采用延时冷 却等工艺措施，可避免淬火变形及开裂倾向。 5 保温时间的计算，应将装箱厚度作为模具厚度的一部分加 以计算，且采用加热系数的上限。 6 淬火冷却时影响模具质量的关键，冷却时应注意入油方向并适当摆动 及冷却介质的循环。 7 淬火后的回火。淬火目的是调整模块的力学性，能消除应力，稳定组织和尺

13、寸。所 达硬度是以模具不发生脆断的最高硬度值，则模具既有很高的耐磨性，又有很高的塑性抗变形能力，以免 模具的早期磨损，变形失效和早期脆断。陶瓷型精铸锻模工艺：工艺概述：采用陶瓷型精密铸造工艺，将锻模型腔精铸成型，型腔无需再机械加工。 工艺优点： 1 省时 2 省料 3 设备投入少，工艺易掌握 4 模具寿命长。工艺路线：准备母模沙套造型陶 瓷型灌浆起模喷烧焙烧烘干浇注清理退火机加工淬火+回火；精铸模块的性能特点： 1 耐磨性优于锻造模块（尤其是采用金属衬陶瓷型水冷工艺） ；2 应力集中敏感性低于锻造模块 3 但冲击韧性值 低于锻造模块。铸钢堆焊大型锻模容易产生裂纹，防止产生裂纹的主要措施为： 1

14、 合理设计堆焊槽 2 选用 桥当的堆焊工艺参数：高压，低电流易得优质焊缝；为获得均匀焊缝，在焊接过程中应逐渐降低电压，且 不断地调节电流。双金属电渣熔铸模块技术： 1 应用：使模块带有良好韧性的模尾或更换已断裂的模尾， 以免整个模块的保费； 2 工艺优点：（ 1）因不需对模具尾部进行专门回火处理，减少了工序，缩短了制模周期，工艺简单可靠，节省了加工费用（ 2）熔铸模块成分均匀，气体含量低，夹杂少，组织致密，晶粒细， 各向异性小，延长了模块的使用寿命。塑料模具的工作条件：据塑料制品成型固化不同，塑料膜可分为热 固性塑料膜和热塑性塑料膜。热固性塑料膜工作是，塑料固态粉末或预制坯料加入型腔，在一定温

15、度下热 压成型，故受力大，并受一定的冲击，摩擦较大。即热机械负载及摩擦较大。热塑性塑料膜工作时，是使 塑料在黏流状态下，通过注射，挤压等方式进入模腔而成型，受变形抗力小，受热受压及磨损情况不严重。 但均在一定温度下工作，故均须有耐腐蚀的性能。塑料模具的性能要求：与冷、热作模具相比，塑料模的 基本要求并不太高，具体如下：1 使用性能（ 1）较高的硬度和耐磨性； （2）一定的抗热性和耐蚀性； 2 工3）艺性能（ 1）有较好的冷、热成型性，变形抗力小（ 2）切削加工性好，有良好的抛光性及焊接性能； 有较好的淬透性，热处理变形小。铸造模具预处理的目的是：消除由于铸造、清理、切削冒口时产生的组 织应力和

16、热应力，使模具的组织及性能均匀，以减少最终热处理时发生变形及开裂，也为了降低硬度，便 于机械加工。表面工程改善机械零件、电子电器元件等基质材料表面性能的一门科学和技术，主要用于提 高零件表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性和抗疲劳强度等力学性能，是维修与再制造的基本手段。表面工程 是经表面预处理后，通过表面涂覆、表面改性或多种表面技术复合处理，改变固体金属表面或非金属表面 的形态、化学成分、组织结构和应力情况。表面工程技术分为：表面改性，表面处理和表面涂覆。表面化 学热处理是在一定的温度下、在不同的活性介质中向钢零件的表面渗入一些化学元素，用来改变零件表面 成分、组织，以改善其使用性能和延长其使用寿命

17、的热处理过程。普通的化学热处理按渗入元素的不同分为渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗硫、渗铝、渗铬等，随着科学 技术的进步又发展起来真空化学热处理及等离子体化学热处理等技术。真空化学热处理是指将钢制零件在 真空条件中加热，渗入金属或非金属元素，改变钢的表面成分、组织和性能热处理方法。它的优点是工件 不氧化、台步脱碳、渗入速度快、生产效率高等。等离子化学热处理是利用负压气体在一定电压的激发下 产生辉光离子放电效应形成等离子态、大量的正离子强烈轰击工件表面发生一系列复杂的物理化学反应， 使工件表面快速获得所需渗层的热处理方法，它的优点是渗速快、变形小、渗层浓度梯度平缓、节能等。 表面化学热处理的三个基

18、本过程是：化学介质的分解、活性原子的吸收和原子向内层扩散形成一定厚度。渗碳是：将低碳钢件放入渗碳介质中，在900C950C加热保温，使活性碳原子渗入刚健表面，并获得高碳渗层的工艺方法。经过渗碳及随后的淬火并低温回火后，可以获得很高的表面硬度、耐磨性以及高的接 触疲劳强度和弯曲疲劳强度，而心部仍保持低碳，具有良好的塑性和韧性。常用的渗碳工艺蛀牙偶有气体 渗碳和离子渗碳等。离子渗碳具有渗碳效率高、碳浓度梯度平缓、工件变形小、环境污染小以及狭缝和小 孔都能处理的优点。渗氮是：向钢件表面渗入氮元素，形成富氮硬化层的化学热处理成为渗氮。钢件渗氮 后具有更高的表面硬度和耐磨性。 由于氮化层体积长大，在表层

19、形成较大的残余 ，因此可以获得比渗碳更 高的疲劳强度、抗咬合性能和低的缺口敏感性。渗氮后钢件表面形成致密的氮化物薄膜，因而具有良好的 抗腐蚀性能。渗氮的优点：模具变形小，适用于精度要求较高的模具。钢件渗氮后一般不进行热处理，为 了提高钢件心部的强韧性，渗氮前必须进行调质处理。渗硼是：将工件置于能产生活性硼的介质中，经过 加热、保温，使硼原子渗入工件表面形成硼化物层的过程。热喷涂：是利用一种热源，如电弧、离子弧或 燃烧的火焰等将粉末状或丝状的金属或非金属喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，并用热源自身的动力或 外加高速气流雾化，使喷涂材料的熔滴以一定的速度喷向经过预处理干净的基体表面，依靠喷涂材料的

20、物 理变化和化学反应，与基体形成结合层的工艺方法。按热源的种类可将喷涂分为火焰喷涂、电弧喷涂、等 离子喷涂和激光喷涂四种基本方法。 喷涂材料主要有丝状材料和粉末材料。 按照加热和涂层结合方式分类， 热喷涂又可分为喷涂和喷熔两种。热喷涂技术的特点：喷涂材料广泛，所获得的涂层性能也非常广泛。适用于各种基体材料的零件，各种金属和非金属零件的表面都可以热喷涂。操作程序少，速度快，生 产效率高。被喷涂零件的尺寸范围较宽。基材变形小，除喷熔外，热喷涂是一种冷工艺。可赋予普 通材料以特殊的表面性能。成本低，经济效益显著。火焰喷涂：是利用燃气及助燃气体混合燃烧作为热 源，喷涂材料则以一定的传送方法进入火焰，加

21、热到熔融或软化状态，然后依靠气体或火焰加速喷射到基 体上。根据喷涂材料不同，可分为丝材火焰喷涂和粉末火焰喷涂两种。等离子喷涂：是以氮气、惰性气体如氩气作为工作介质，在专用的喷枪内发生电离形成热等离子体，再将进入该等离子弧区的粉末状涂层材 料熔融、雾化，并告诉喷送到被涂工件表面，形成涂层。工业上使用的风离子喷涂设备由喷枪、电源、送 粉器、控制装置和热交换器等组成。电镀技术：是一种用点化学方法在基体（金属或非金属）表面沉积金 属或金属化处理的技术。电镀的目的是改善材料的外观，提高材料的各种物理化学性能，赋予材料表面特 殊的耐蚀性、耐磨性、装饰性、焊接性及电、磁、光学性能等。镀层的种类按使用性能可分

22、为： 防护性镀层防护 -装饰性镀层装饰性镀层耐磨和减磨镀层电性能 镀层磁性能镀层可焊性镀层耐热镀层修复用镀层。按镀层与基体金属之间的电化学性质分类，可 分为阳极性镀层和阴极性镀层。按镀层的组合形式分为单层镀层和多层金属镀层。电镀：是指在交流电的 作用下，电解液中的金属原子还原，并沉积到零件表面形成有一定性能的金属镀层的过程。电解液主要是 水溶液， 也有有机溶液和熔融盐。 合金镀层：两种或两种以上的元素共沉积所形成的镀层被称为合金镀层。电镀合金与热冶金相比有如下特点：容易获得高熔点与低熔点金属组成的合金可获得热熔相图没有的 合金容易获得组织致密、性能优异的非晶态合金在相同合金成分下，电镀合金比热

23、熔合金的硬度高、 延展性差。合金镀层与单金属镀层相比有如下特点：合金镀层结晶更细致，镀层更平整、光亮。可以 获得非晶结构镀层。合金镀层具有单金属所没有的特殊物理性能。合金的曾可具备比组成它们的单金 属更耐磨、耐蚀，更耐高温，并有更高硬度和强度，但延展性和韧性通常有所降低。不能从水溶液中单 独电沉积的 W、Mo、Ti和V等金属，可与铁族元素共沉积形成合金。通过成分设计和工艺控制，可得 到不同色调的合金镀层。电刷镀：是电镀的一种特殊方式，不用镀槽，只需在不断供应电解液的条件下， 用一支镀笔在工件表面上进行擦拭，从而获得电镀层，又成无槽镀或涂镀。电刷镀的特点：镀层结合强 度高设备简单、工艺灵活、操作

24、方便，可以在现场作业。可以进行槽镀困难或实现不了的局部电镀。生产效率高操作安全，对环境污染小。化学镀：是指在没有外电流通过的情况下，利用化学方法使溶 液中的金属离子还原为金属，并沉积在基体表面，形成镀层的一种表面加工方法。化学镀的条件：镀液 中还原剂的还原电位要显著低于沉积金属电位，使金属有可能在基材上被还原而沉积出来。配好的镀液 不产生自发分解，当与催化表面接触时，才发生金属沉积过程。调节溶液的PH值、温度时，可以控制金属的还原速率，从而调节镀覆速率。被还原析出的金属业具有催化活性，这样氧化还原沉积过程才能 持续进行，镀层连续增厚。反应生成物不妨碍镀覆过程的正常进行，即溶液有足够的使用寿命。

25、化学镀 的特点：镀覆过程不需外电源驱动。孔隙率低，均镀能力好，形状复杂，有内孔、内腔的镀件均可获 得均匀的镀层。镀液通过维护、调整可反复使用，但使用周期是有限的。可在金属、非金属以及有机 物上沉积镀层。复合镀：是将固体微粒子加入镀液中与金属或合金共沉积，形成一种金属基的表复合材料 的过程。复合镀的条件：粒子在镀液是充分稳定的，既不会发生任何化学反应，也不会促使镀液分解。粒子在镀液中药完全润湿，形成分散均匀的悬浮液。镀液的性质要有利于固体粒子带正电荷，即利于 粒子吸附阳离子表面活性剂及金属离子。粒子的粒度要适当。要有适当的搅拌。镀膜技术即气相沉积 技术：是一种利用气态物质中发生的某些物理、化学过

26、程，在基体表面形成具有某些特殊性能的金属或化 合物涂层的技术。物理气相沉积：是利用热蒸发、溅射或辉光发电、弧光放电的物理过程，在基材表面沉 积所需涂层的技术。物理气相沉积的基本过程包括：气相物质的产生气相物质的输送气相物质的沉 积。蒸镀的加热方法有电阻加热蒸镀和电子束加热蒸镀。蒸镀既可以进行纯金属的镀制，也可进行合金模 的镀制和化合物膜的镀制。溅射镀膜：是指在真空室中，利用荷能粒子空寂镀料表面，使被红基础的镀料 粒子在基片上沉积的技术。射频：是指无线电波发射范围的频率。工作原理：射频溅射的两个电极，接在 交变的射频电源上，似乎没有阴极与阳极之分。史记上射频溅射装置的两个电极不是对称的，放置基片

27、的 电极与机壳项链，并且接地，这个电极相对安装靶材的电极而言，是一个大面积的电极，它的电位与等离 子相近，几乎不受离子攻击。另一电极对于等离子体处于负电位，是阴极，受到离子攻击，用于装置靶材。 在物理气相沉积的各类技术中，溅射最容易控制合金模的成分。化合物膜：是指金属元素与氧、氮、硅、碳、硼、硫等非金属的化合物所构成的膜层。离子镀：就是在镀膜的同时，采用荷能粒子空寂基片表面和膜层的镀膜技术。国内外常用的离子镀类型：空心阴极离子镀、 多弧离子镀和离子束辅助沉积。化学气相沉积与物理气相沉积根本不同的是沉寂离子来源于化合物的气象 分解反应。化学气相沉积：是在相当高的温度下，混合气体与基体的表面相互作

28、用，使混合气体中的某些 成分分解，并在基体上形成一种金属或化合物的固态薄膜或镀层。化学气相沉积（CVD ）的特点：在中温或高温下，通过气态的初始化合物之间的气象化学反应而沉积固体可以在大气压（常压）或者低于大 气压下（低压）进行沉积，一般来说低压效果要好些采用等离子和激光辅助技术可以显著地促进化学反 应，使沉积可在较低的温度下进行镀层的化学成分可以改变，从而获得梯度沉积物或者得到混合镀层 可以控制镀层的密度和纯度绕镀性好，可在复杂形状的基体上以及颗粒材料上镀制气流条件通常是层 流的，在基体表面形成厚的边界层沉积层通常具有柱状晶结构，不耐弯曲，但通过各种技术队化学反应 进行气相扰动，可以得到细晶

29、粒的等轴沉积层可以形成多种金属、合金、陶瓷和化合物镀层。化学气相 沉积的应用：可用于要求耐磨、抗氧化、抗腐蚀以及有某些电学、光学和摩擦学性能的部件。等离子体化 学气相沉积：是介于物理气相沉积和化学气相沉积之间的一种处理方法，是借助于气体辉光放电产生的低 温等离子体来增强反应物质的化学活性，促进气体间的化学反应，从而能在较低的温度下沉积出所需的涂 层。激光表面强化处理工艺包括激光淬火、激光涂覆、激光合金化、激光非晶化合激光冲击硬化等。激光 的特点：高方向性高亮度性高单色性。告诉运动的电子具有波的性质。电子束表面处理主要特点：加热和冷却速度快与激光相比使用成本低结构简单电子束与金属表面藕合性好电子

30、束是在真空 中进行的电子束能量的控制比激光束方便电子束辐照与激光辐照的主要区别在于产生最高温度的位置 和最小熔化层的厚度电子束易激发 X射线。离子注入技术：是将注入元素的院子电离成离子，在电厂中 加速获得较高速度后射入放在真空靶室中的工件表面的一种表面处理技术。分析题冷作模具材料：主要用于制造在（冷状态）室温条件下进行压制成型的模具，冷作模具材料用量大，使用 面广其主要性能要求有强度、硬度、韧性和耐磨性，一般采用高碳过共析钢和莱氏体钢，如碳素工具钢， 高耐磨高强模具钢，低碳高速钢和基本钢及用粉末冶金工艺生产的高合金模具材料。碳素工具钢：碳素工 具钢的含碳量在 0.7%1.3%范围内，价格便宜，

31、原材料来源方便，加工性能好，热处理后可得到用于制作 尺寸不大，形状简单受轻负荷的模具零件，碳素工具钢适宜制造小界面的模具，碳素钢在淬火后具有高硬 度，但存在淬火内应力，塑性低，强度也不高。必须回火，以改善其力学性能，使用碳素工具钢制造的模 具一般采用低温回火（W 200 C ）对与制造锻模用的模具钢为了得到高的韧性，回火温度可提高至350C450C。常用的碳素工具 T7,T8,T10,T11,T12其中，T7为亚共析钢T8为共析钢，T10,T11,T12为古共析钢。T7：为高韧性碳素工具钢，其硬度及韧性都不高，但切削能力较差，多用于制造同时需要有较大的韧性和 一定硬度但对切削能力要求不是很高的

32、工具，如凿子、冲头等小尺寸的风动工具，木工用的锯、凿。T8 :淬火加热时过热敏感性较大，晶粒容易粗化，变形也大，塑性及强度也比较低不宜制造承受较大冲击的工 具，但热处理后有较高的硬度及耐磨性，因此多用来制造切削刃口在工作不变热的工具，如加工木材的铁 刀、埋头钻、斧子等。T10 :在淬火加热（温度达 800C）时不致过热仅保持晶粒组织是力学性能较好的碳 素工具钢，经适当热处理可得到高的耐磨性，较高轻度和一定韧性，适于制造切削刃口在工作时不变热的 工具，如加工木材工具手用横锯。T11 :具有较好的综合力学性能如硬度，耐磨性及韧性等，而且对晶粒长大和形成碳化物网的敏感性较小，故适于制造在工作时切削刃

33、口不便任的工具，如丝锥，锉刀，刮刀，尺 寸不大的和界面无急剧变化的冷冲模以及木工刀具，T12 :由于含碳量高，淬火后由较多的过剩碳化物按其耐磨性和硬度，适于做不受重载和切削速度不高，切削刃口不变热的工具，如制作车床、刨床的车道刨刀、 铅头。油淬冷作模具钢：是在碳素工具钢的基础上适当加入铬、钨、钼、锰、硅和矶元素，以提高过冷奥 氏体的稳定性，降低了淬火冷却速度，减少了热应力组织应力和淬火变形及开裂倾向，钢的淬透性也明显 提高。9Mn2V :是一个比碳素钢具有更好的综合力学性能和工艺性能的低合金模具钢，是合金工具钢中唯 一不含Ni、Cr元素的经济型钢种。该钢淬透性较好，崔颢低温回火后有高的硬度和耐

34、磨性，淬火时可用油 冷，变形较小，易于实现微变形淬火，由于含V减少了猛的过热敏感性，细化了晶粒，碳化物细小均匀，可加工性能好，该钢回火抗力差，超过250 C硬度明显下降。该钢适于制造碳素工具钢不能满足要求的冷作模具零件和塑料模具零件，如一般要求尺寸较小的冷冲压模和雕刻模等。9SiCr :是低合金刀具用钢，但也常常制作冷作模具零件，效果很好，它比铬钢（Cr2和9Cr2）有更高的淬透性和淬硬型，并且有较高的回火稳定性， 适合分级淬火或等温淬火。9SiCr中因含有硅和铬所以淬透性好， 适宜分级或等温淬火，这对于防止模具发生淬火变形极为有利，因此该钢可做多种形状复杂，变形要求较 小的冷作模具零件如冲裁

35、模和打印模等。9CrWMn :是低合金冷作模具钢，具有一定的淬透性和耐磨性，淬火变形较碳化物分布均匀时颗粒细小， 该钢主要用于碳素工具钢不能满足要求的截面较大，形状较复杂的模具零件，如冷冲模以及各种量规量具 等。Cr2 :在成分上与滚动轴承钢 GCr15完全相同，是在碳素工具钢T10A的基础上添加一定量的 Cr，因此其淬透性硬度耐磨性都比碳素工具钢高，接触疲劳强度也高，且该在热处理淬火回火时尺寸变化不大，广泛 用于量具，如样板、卡板、样套、量规、块规。空淬冷作模具钢：空淬冷作模具钢都具有很好的空冷淬硬性和淬透性，其耐磨性好，又具备一定的韧性， 热处理变形小，适宜制造重负荷高精度达冷作模具，该类

36、钢基本属于共析钢，空淬冷作模具钢有很好的淬 透性，在给定的淬火温度下冷却速度越低，钢中残余奥氏体量越多硬度也会越低一些，这类钢淬火后硬度可达到6265HRC。Cr5Mo1V :属于中合金空淬模具钢，具有良好的空淬硬化性能，这对于要求淬火和回火之后必须保持其形状的复杂模具时极为有益的，该钢由于空淬引起的变形大约只有含猛系油淬工具钢的1/4,耐磨性介于猛型和高碳铬型工具钢之间，但其韧性比任何一种都好。该钢特别适用于要求具备好的耐磨性同时又具有好的 韧度的工具，广泛用于下料模和成型模。Cr6WV :是一种具有较好综合性能的高碳中铬冷作模具钢，该钢变形小，淬透性良好，具有较好的耐磨性 和一定的冲击韧性

37、，该钢由于合金元素和含碳量较低，所以比Cr12的碳化物，在正常情况下（980C）油淬，抗弯强度，冲击韧度优于Cr12MoV。Cr6WV具有广泛用途，制造具有高机械强度，要求一定的耐磨性和经受一定的冲击载荷的模具，如冷镦模、圆滚模、钻套、冷冲模及冲头、边切模，以及块规量规等。8Cr2MnWMoVS :是我国研制的含硫易切削精密冷作模具钢，该钢预硬化处理到4050HRC仍可以采用高速钢刀具进行车、铳、刨、镗、钻、铰、攻丝等常规加工。工艺性能：8Cr2MnWMoVS合金含量中等，碳化物细小分布均匀锻造变形抗力小，锻造加工性能良好，关键是锻后必须缓冷（木炭或热灰）最好热装退 火去除应力，否则短剑容易乘

38、胜纵向表面裂痕。退火：可采用球化退火或一般退火切削加工性能均比一般 工具钢好。球化退化：退火硬度为220240HBS，般退火硬度为 240HBS。高碳高铬冷作模具钢：包括Cr12 Cr12MoV Cr12Mo1V1具有高硬度高强度高耐磨性，易淬透，稳定性高，抗压强度高及淬火变形小等 优点。Cr12 :是高碳高铬型冷作模具钢的代表性钢号之一，含有极高量的C2.00%2.30%和CrII.OO%13%，属莱氏体钢，所以有很高的淬透性，淬硬性和耐磨性且淬火变形小，但当碳化物不均匀时变形量多向性且不规则，它的组织不良是主要缺点，不均匀的碳化物很难用人处理方法改善，除非改用粉末押金法制造，由于Cr12钢

39、的含碳量很高，所以冲击韧度较差，易脆裂，导热性和高温塑性也差，加工时要和注意加热和锻造 工艺，Cr12有良好的耐磨性，但耐冲击较差，容易脆裂，主要用于制造，冲击负荷较小，要求高耐磨的冷 冲模工作零件，冷挤压模的凹模，拉丝模，压印模等。Cr12MoV :是Cr12发展而来的，由于含碳量较低且添加了 MO , V碳化物不均匀性较 Cr12有所改善，所 以强度，韧度都比较高，有较好的韧加工性，具有更高的淬透性，淬火变形较小，在300C400C时仍能保持良好的硬度和耐磨性。Cr12Mo1V1，简称D2,是国际上广泛用的高碳高铬型冷作模具钢，属于莱氏体钢，是仿美国ASTM标准中的D2而引进的新钢号，由于 Cr12Mo1V1中的Mo， V含量比Cr12MoV高，改善了钢的铸造组织，细化 了精力，改善碳化物的形貌，因而其强韧性较 Cr12MoV高，耐磨性也有所增加。Cr12Cr4W2MoV :是代替 Cr12而研制的一种新型高碳中铬钢，性能比较稳定，其模具的使用寿命较Cr12MoV有较大提高，Cr4W2MoVd成分特点是铬的质量分数减少