常用金属材料及热处理知识

1、常用金属材料及热处理知识常用金属材料及热处理知识 浙江吉润汽车有限公司浙江吉润汽车有限公司 模具科模具科 2011 2011年年9 9月月2020日日 培训目的：培训目的： 为了让员工更多了解关于模具的理论知识，我为了让员工更多了解关于模具的理论知识，我 们进一步的去观察并探讨模具材料及热处理、钢们进一步的去观察并探讨模具材料及热处理、钢 的热处理、常用模具钢种类及热处理工艺等方面的热处理、常用模具钢种类及热处理工艺等方面 的知识，使我们更多的了解金属材料的工艺性能，的知识，使我们更多的了解金属材料的工艺性能， 以及钢通过加热、保温、冷却重新改变品体组织，以及钢通过加热、保温、冷却重新改变品体

2、组织， 提高性能的工艺方法和过程。提高性能的工艺方法和过程。 培训内容：培训内容： 第一部分：模具材料热处理第一部分：模具材料热处理 第二部分：钢的热处理第二部分：钢的热处理 第三部分：常用模具钢种类及热处理工艺第三部分：常用模具钢种类及热处理工艺 模具材料热处理模具材料热处理 模具常用材料为金属材料模具常用材料为金属材料 金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料，属于合金材料。金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料，属于合金材料。 一、黑色金属材料：碳素钢、碳素工具钢、合金刚、高速钢、一、黑色金属材料：碳素钢、碳素工具钢、合金刚、高速钢、 硬质合金等。硬质合金等。 1、碳素钢分为为低、中、高三

3、种碳钢，它的含碳量分别为、碳素钢分为为低、中、高三种碳钢，它的含碳量分别为 0.25、 0.25 0.6、 0. 6 。 2、碳素工具钢属于高碳钢。、碳素工具钢属于高碳钢。 二、常温合金成分：钢材，主要为铁、碳合金（二、常温合金成分：钢材，主要为铁、碳合金（Fe-cFe-c）。）。 1 1、有益合金元素：碳（、有益合金元素：碳（C C）、硅（）、硅（SiSi）、锰（）、锰（MnMn） 2 2、有害物质、有害物质 ：硫（：硫（S）、磷（）、磷（P） 3、合金元素：铬（、合金元素：铬（Cr）、钛（）、钛（Ti）、钨（）、钨（W）等）等 4、其余是铁（、其余是铁（Fe） 三、化学成分对性能的影响三、

4、化学成分对性能的影响; ; 1、碳（、碳（C）含量的影响）含量的影响: 碳的含量越高，它的强度就越高，硬度越高，则它的耐磨性较碳的含量越高，它的强度就越高，硬度越高，则它的耐磨性较 强；然而塑性降低，韧性下降。强；然而塑性降低，韧性下降。 2、硅、锰等元素的影响：、硅、锰等元素的影响： 硅属于强化因素，它的含量越高屈服强度就越强，而硬度就提硅属于强化因素，它的含量越高屈服强度就越强，而硬度就提 高。高。 3、“硫硫”形成热脆，在高温下出现脆性，锻坯时出现裂纹。形成热脆，在高温下出现脆性，锻坯时出现裂纹。 “磷磷”形成冷脆，在溶解于钢的组织内，使其在常温下出现裂纹。形成冷脆，在溶解于钢的组织内，

5、使其在常温下出现裂纹。 4 4、合金元素能强化元素，提高强度、硬度，改善热处理性能，、合金元素能强化元素，提高强度、硬度，改善热处理性能， 提高淬透性。提高淬透性。 模具材料热处理模具材料热处理 四、黑色金属材料四、黑色金属材料 1、冲压制品，用低磷、低硫磷，精冲零件时塑性进一步提高，、冲压制品，用低磷、低硫磷，精冲零件时塑性进一步提高， 适当降低碳含量。适当降低碳含量。 2、模具材料具备有碳素钢、中碳钢、碳素工具钢、合金钢、合、模具材料具备有碳素钢、中碳钢、碳素工具钢、合金钢、合 金工具钢、特种性能钢、高速钢等。金工具钢、特种性能钢、高速钢等。 45（碳素钢）：它的含碳量是（碳素钢）：它的含

6、碳量是0.45% 65Mn（弹簧钢）（弹簧钢） Q235A 表示：表示：Qs屈服强度屈服强度235MP A表示：普通碳素钢表示：普通碳素钢 45、65表示优质碳素钢表示优质碳素钢 碳素工具钢：碳素工具钢：T8、T10A、T12A。A：表示高级优质钢：表示高级优质钢 合金钢（低合金钢）碳素工具钢合金钢（低合金钢）碳素工具钢 类别：类别：40Cr、40MnB 轴、轴、16Mn梁、骨架梁、骨架 合金工具钢：合金工具钢：Cr12Cr12（铬（铬Cr%=12%Cr%=12%、 C%=1%C C%=1%C） Cr12MOV Cr12MOV 矾（细化晶粒）矾（细化晶粒） 模具材料热处理模具材料热处理 特种性

7、能钢：特种性能钢：1、不锈钢、不锈钢 1Cr13 0Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 2、耐热钢（含钨）、耐热钢（含钨） 3、耐磨钢、耐磨钢 高速钢（用于高速切削）高速钢（用于高速切削） W18Cr4V 特性：具有红硬性（高温条件特性：具有红硬性（高温条件600以上），仍然具以上），仍然具 有高的硬度。有高的硬度。 五、铸铁用于制造铸件的生铁，其中普通铸铁含碳量在五、铸铁用于制造铸件的生铁，其中普通铸铁含碳量在2%2%4%4% 之间。之间。 1、普通灰口铸铁具有、普通灰口铸铁具有 有一定的强度，比较脆，耐磨性好，可铸性良好有一定的强度，比较脆，耐磨性好，可铸性良好 成本低，晶体结构，片

8、状石墨存在于钢的基体中。成本低，晶体结构，片状石墨存在于钢的基体中。 模具材料热处理模具材料热处理 2、球墨铸铁、球墨铸铁 特性：石墨呈球状和钢的基体组织特性：石墨呈球状和钢的基体组织 性能：强度提高，塑性改造有良好韧性性能：强度提高，塑性改造有良好韧性 应用：模座、发动机曲轴，也可以提高热处理提高性能应用：模座、发动机曲轴，也可以提高热处理提高性能 生产方式：灰铁、铁液同时进孕育（加硅）和球化（加镁）生产方式：灰铁、铁液同时进孕育（加硅）和球化（加镁） 处理处理 3、可锻铸铁、可锻铸铁 4、合金模具铸铁、合金模具铸铁 模具材料热处理模具材料热处理 六、有色合金六、有色合金 1、铝和铝合金、铝

9、和铝合金 特性：轻、防锈、熔点低特性：轻、防锈、熔点低 2、铜合金、铜合金 特性：美观、耐腐蚀、耐磨特性：美观、耐腐蚀、耐磨 3、轴承合金用于生产轴承（滑动轴承）、轴承合金用于生产轴承（滑动轴承） 4、硬质合金用于耐磨强度高（简单模具）、硬质合金用于耐磨强度高（简单模具） 七、金属材料的工艺性能七、金属材料的工艺性能 1、加工的难易程度、加工的难易程度 可铸性可铸性 可锻性可锻性 可焊性可焊性 可切削性可切削性 热处理性能（淬透性）热处理性能（淬透性） 模具材料热处理模具材料热处理 八、金属材料的力学性能及指标、物理性能八、金属材料的力学性能及指标、物理性能 1、应力，单位材料截面（单位面积）

10、上所产生的内力（平衡、应力，单位材料截面（单位面积）上所产生的内力（平衡 外力）外力） 2、强度：、强度： 抗拉强度：抗拉强度： s屈服强度屈服强度 塑性材料产生流动变形的应塑性材料产生流动变形的应 力。力。 -1 疲劳强度疲劳强度 -1 0.5 往复循环拉压交变所表现出来往复循环拉压交变所表现出来 的，不被破坏应力，循环次数的，不被破坏应力，循环次数10107 7定其状态的定其状态的 屈强比屈强比 塑性指标材料的塑性变性能力塑性指标材料的塑性变性能力 100 100 = = % 延伸率延伸率 试样单位长度的伸长量试样单位长度的伸长量%变变 形形 L0L0 L1-L0L1-L0 模具材料热处理

11、模具材料热处理 3、硬度：、硬度： HS 肖氏硬度肖氏硬度 HB 布氏硬度（软性材料）布氏硬度（软性材料） HRC 洛氏硬度，淬火后的表面硬度（洛氏硬度，淬火后的表面硬度（10倍）倍） 4、韧度：材料承受冲击能而不被破坏的能力、韧度：材料承受冲击能而不被破坏的能力 5、冷脆性、冷脆性 ：当工作温度低，：当工作温度低，ak值下降、降低的现象称材料冷值下降、降低的现象称材料冷 脆性。脆性。 6、弹性变形、弹性变形 ：变形后可恢复的特征：变形后可恢复的特征 7、塑性变形：产生永久变形的能力（不可恢复）、塑性变形：产生永久变形的能力（不可恢复） 模具材料热处理模具材料热处理 九、刀具的材料九、刀具的材

12、料 刀具材料应该具备的性能：刀具材料应该具备的性能： 1、刀具失效：、刀具失效： 过量的磨损过量的磨损 损坏损坏 工作情况：高温高压高摩擦力工作情况：高温高压高摩擦力 2、刀具材料：、刀具材料： 工具钢工具钢 硬质合金硬质合金 陶瓷陶瓷 超硬材料超硬材料 工具钢分为：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢工具钢分为：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢 3、高速钢：、高速钢： 1）性能：）性能：V=25 30m/min 综合性能好综合性能好 2）用途：工艺系统刚性一般时，切削用刀具制造工艺简单，）用途：工艺系统刚性一般时，切削用刀具制造工艺简单， 刀刃锋利，精加工，成形加工刀具复杂形状刀具。刀刃锋利，精加工

13、，成形加工刀具复杂形状刀具。 模具材料热处理模具材料热处理 4 4、硬质合金：、硬质合金： U=100m/min U=100m/min 数控加工的主要用的材料数控加工的主要用的材料 1 1）性能：高的硬度，高的耐磨性）性能：高的硬度，高的耐磨性 2 2）缺点：抗弯强度及韧性比较差，只有高速钢导热性小，热）缺点：抗弯强度及韧性比较差，只有高速钢导热性小，热 膨胀小。膨胀小。 3 3）分类：）分类： 钨钴类钨钴类wc+co YG wc+co YG 耐热性耐热性 800800 900900 。 主要用于加工脆性金属，不适于加工钢主要用于加工脆性金属，不适于加工钢 YG 3YG 3（精加）、（精加）、

14、 YG 6 YG 6 （半粗）、（半粗）、YG8 YG8 （粗）（粗） 4 4）钨钛钴类硬质钢（）钨钛钴类硬质钢（YTWS+TiCYTWS+TiC +CO+CO）耐热性高）耐热性高 900900 12001200 。 牌号牌号 YT5YT5、YT15YT15、YT30 YT30 碳化钛的含量越高含钴就越碳化钛的含量越高含钴就越 小，它的硬度高，不适于抗冲击小，它的硬度高，不适于抗冲击 粗加工粗加工YT5YT5、半粗、半粗YT15YT15、精、精 加工加工YT30YT30 模具材料热处理模具材料热处理 5 5）钨钛）钨钛 5 5、其他刀具材料、其他刀具材料 （1 1）陶瓷：硬度高，耐磨性好（）陶

15、瓷：硬度高，耐磨性好（1200 60HRC1200 60HRC）脆性大）脆性大 用途：低于用途：低于RaRa用的工具用的工具 （2 2）金刚石刀具：（天然的金刚石）用于有色金属切削，不适合）金刚石刀具：（天然的金刚石）用于有色金属切削，不适合 加工金属。加工金属。 模具材料热处理模具材料热处理 十、金属切削过程的基本规律十、金属切削过程的基本规律 1 1、积屑瘤的形成：、积屑瘤的形成： 在一定切削速度下，连续切削，在刀具的前刀角面上看见在一定切削速度下，连续切削，在刀具的前刀角面上看见 三角形的硬块，与被加工材料硬化情况以及刀具前面区的压三角形的硬块，与被加工材料硬化情况以及刀具前面区的压 力

16、和温度有关，温度和压力有关，温度和压力太低不会产生力和温度有关，温度和压力有关，温度和压力太低不会产生 ，温度太高也不会产生，速度太低也不会产生。，温度太高也不会产生，速度太低也不会产生。 2 2、影响：、影响： 前角增大，切削就容易前角增大，切削就容易 切削厚度就增加，不利于加工尺寸的控制，容易产生振动切削厚度就增加，不利于加工尺寸的控制，容易产生振动 加工的加工的RaRa增大增大 刀具耐硬度（刀具耐硬度（T)T)下降下降 模具材料热处理模具材料热处理 3 3、避免积屑瘤产生措施：、避免积屑瘤产生措施： 提高材料的硬度，热处理，它的硬度越高硬化就越高。提高材料的硬度，热处理，它的硬度越高硬化

17、就越高。 增大前角，降低切削对刀具前面的压力。增大前角，降低切削对刀具前面的压力。 改变切削速度，（正常使用）改变切削速度，（正常使用） 换切液采用润滑比较好换切液采用润滑比较好 4 4、切削液、切削液 1 1）作用：冷却、润滑、清洗、防锈）作用：冷却、润滑、清洗、防锈 2 2）分类：）分类： 水溶性切削液（水基）水溶性切削液（水基） 非水熔性切削液（油基）非水熔性切削液（油基） 模具材料热处理模具材料热处理 3 3）选用的一般原则：）选用的一般原则： 粗加工用水溶性切削液，硬度合金刀具一般不加切削液，若粗加工用水溶性切削液，硬度合金刀具一般不加切削液，若 要加必须加到切削区且要充分连续。要加

18、必须加到切削区且要充分连续。 精加工，用非水溶性切削液（油基）精加工，用非水溶性切削液（油基） 难加工材料加板压切削机难加工材料加板压切削机 磨削加工，用水溶性冷却、清洗、润滑、防锈磨削加工，用水溶性冷却、清洗、润滑、防锈 5 5、刀具磨损、刀具磨损 1 1） 刀具失效：刀具丧失正常切削作用刀具失效：刀具丧失正常切削作用 2 2）磨损过程：初期磨损）磨损过程：初期磨损正常磨损正常磨损急剧磨损急剧磨损 3 3）刀具的耐用度：两次刀磨间刀具总的切削时间）刀具的耐用度：两次刀磨间刀具总的切削时间 模具材料热处理模具材料热处理 6 6、加工表面质量、加工表面质量 1 1、包含：、包含： 表面粗糙度表面

19、粗糙度 表面层冷作硬化表面层冷作硬化 表面金属组织的变化表面金属组织的变化 表面残余应力表面残余应力 模具材料热处理模具材料热处理 钢的热处理钢的热处理 一、钢（球、铁）通过加热、保湿、冷却重新改变品体组织一、钢（球、铁）通过加热、保湿、冷却重新改变品体组织 提高性能的工艺方法和过程提高性能的工艺方法和过程 1、作用：提高硬度、韧度、耐磨性、耐腐蚀性、改善加工性、作用：提高硬度、韧度、耐磨性、耐腐蚀性、改善加工性 能、消除内应力能、消除内应力 2、方法：退火、淬火、调质、表面淬火、表面处理、化学处、方法：退火、淬火、调质、表面淬火、表面处理、化学处 理、渗碳、渗氮等表面氧化、电镀、时效处理等理

20、、渗碳、渗氮等表面氧化、电镀、时效处理等 钢的热处理钢的热处理 油冷油冷 tc。 。 加热加热 保保 湿湿 回火回火 慢冷慢冷 空冷空冷 水冷水冷 727C 。 760C 。 AC1AC2 T1T2T3 冷冷 3、热处理的工艺分述：、热处理的工艺分述： 慢冷（炉冷）慢冷（炉冷） 退火空冷退火空冷(自然冷却）自然冷却）正火油冷正火油冷正火水冷正火水冷 淬火淬火 慢冷慢冷退火退火 空冷空冷正火正火 水冷水冷淬火淬火 油冷油冷淬火淬火 钢的热处理钢的热处理 方法：方法：1）单液淬火）单液淬火 2）双液淬火（先油冷，后水冷）双液淬火（先油冷，后水冷） 注意事项：注意事项： 确保淬火加热温度，保温时间，

21、要符合工艺要求。材料不同确保淬火加热温度，保温时间，要符合工艺要求。材料不同 ，加热温度不同。尺寸不同，保温时间不同。，加热温度不同。尺寸不同，保温时间不同。 在保证钢件足够硬度的前提下，淬火温度越低越好，保持钢在保证钢件足够硬度的前提下，淬火温度越低越好，保持钢 件有一定的韧性。件有一定的韧性。 材料渗透性要好，对整体淬火而言一定要渗透（材料渗透性要好，对整体淬火而言一定要渗透（Cr钢）钢） 对长薄件，淬火前要固定以防变形（减少变形）对长薄件，淬火前要固定以防变形（减少变形） 对调质件，先要进行整体淬火对调质件，先要进行整体淬火高温回头，温度控制高温回头，温度控制500 -600 淬火后的晶

22、体组织得到马氏体（硬）淬火后的晶体组织得到马氏体（硬） 钢的热处理钢的热处理 二、回火二、回火 1 1、低温回火：加热温度是初步消除内应力，增加钢性、韧性、低温回火：加热温度是初步消除内应力，增加钢性、韧性 、用于模具、工具、用于模具、工具 2 2、中温回火：用于弹性零件、锻模、中温回火：用于弹性零件、锻模 3、 高温回火：用于提高综合力学性能，提高屈服强度，如：高温回火：用于提高综合力学性能，提高屈服强度，如： 轴、轮、杆轴、轮、杆 钢的热处理钢的热处理 三、退火三、退火 1 1、作用：对毛坯件，降低表面硬度，提高工艺性，便于加工、作用：对毛坯件，降低表面硬度，提高工艺性，便于加工 , ,消

23、除内应力，及调整和改善内部组织消除内应力，及调整和改善内部组织 2 2、退火方法：加热、退火方法：加热保湿保湿缓慢冷却（炉冷）缓慢冷却（炉冷） 四、正火四、正火 1 1、作用：对毛坯件，降低表面硬度，提高工艺性，便于加工、作用：对毛坯件，降低表面硬度，提高工艺性，便于加工 , ,消除内应力，及调整和改善内部组织，主要是降低热处理周消除内应力，及调整和改善内部组织，主要是降低热处理周 期。期。 2 2、正火方法：主要是冷却条件不同，空气中冷却、正火方法：主要是冷却条件不同，空气中冷却 钢的热处理钢的热处理 五、热处理性能在技术条件上的反映五、热处理性能在技术条件上的反映 1、对力学性能的标注，表

24、面硬度为、对力学性能的标注，表面硬度为56 62HRC 2、 表面硬度：表面硬度范围不能太宽，从使用上希望窄，从表面硬度：表面硬度范围不能太宽，从使用上希望窄，从 生产上希望宽生产上希望宽 3、对淬透性：开裂敏感性，畸变敏感性，脱碳敏感性、对淬透性：开裂敏感性，畸变敏感性，脱碳敏感性 4、零件的几何形状，对热处理变形允许量提出要求、零件的几何形状，对热处理变形允许量提出要求 六、热处理变形六、热处理变形 1、 体积变化体积变化 、晶体引起、晶体引起 2、 形状变化、内应力引起形状变化、内应力引起 3 、翘曲变形、形状不对称引起、翘曲变形、形状不对称引起 4 、尺寸变化、氧化引起、尺寸变化、氧化

25、引起 钢的热处理钢的热处理 七、材料的表面强化技术七、材料的表面强化技术 1、 目的：提高表面韧度、耐磨性（强化性）目的：提高表面韧度、耐磨性（强化性） 2、方法：、方法： 表面化学处理：渗碳、渗氧、碳氧共渗表面化学处理：渗碳、渗氧、碳氧共渗 表面热处理、淬火表面热处理、淬火 表面合金化、渗铬、渗錋表面合金化、渗铬、渗錋 表面薄膜化、镀铬、离子注入表面薄膜化、镀铬、离子注入 表面形变强化、喷丸、滚压、冷挤压表面形变强化、喷丸、滚压、冷挤压 八、热处理的发展方向：八、热处理的发展方向： 高性化、高效率、节能、环保、工艺过程、自动化及柔性化高性化、高效率、节能、环保、工艺过程、自动化及柔性化 钢的

26、热处理钢的热处理 模具分类：模具分类： 冲压模、塑料膜、锻压模、压铸模、挤压模、冷冲压模、塑料膜、锻压模、压铸模、挤压模、冷 镦模、拉丝模、玻璃膜、陶瓷膜等镦模、拉丝模、玻璃膜、陶瓷膜等 ，按工作分为冷，按工作分为冷 作模具、热作模具。作模具、热作模具。 常用模具钢种类及热处理工艺常用模具钢种类及热处理工艺 一、冷作模具钢工作条件及热处理工艺一、冷作模具钢工作条件及热处理工艺 1、模具工艺零件的报废原因：磨损、断裂、崩裂、变形超差、模具工艺零件的报废原因：磨损、断裂、崩裂、变形超差 2、性能要求：高硬度、高耐磨性、高韧性、高抗拉强度、性能要求：高硬度、高耐磨性、高韧性、高抗拉强度 3、工艺要求：淬透性、尺寸稳定性、工艺要求：淬透性、尺寸稳定性 二、热作模工作条件及选材（锻模、热挤压、压铸模）二、热作模工作条件及选材（锻模、热挤压、压铸模） 1、 模腔表层金属受热，工作湿度提高，保证受热条件的硬度