模具材料通关指南

1、一、模具材料分类 冷作模具钢 铸铁模具钢 热作模具钢 其他模具材料 非铁金属及合金 塑料模具钢 硬质、钢结硬质合金 非金属材料二、模具材料的主要性能指标1、强度：表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标 冷作模具材料的变形抗力指标是：0.2或s 热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度 冷作模具的断裂抗力指标是：b、bb、抗压0.2和K1C影响强度的主要因素有：钢的化学成分， 金相组织 ，内应力状态2、硬度：衡量材料软硬程度的性能指标。 热硬性：指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。 模具对硬度的要求一般是：冷作模具为：5260HRC 热作模具为：4052HRC因为硬度实际上反映了材料的综合力学性

2、能，所以模具的性能要求在图样上只用硬度标注。影响硬度和热硬性的因素主要有：钢的化学成分，热处理工艺，表面处理工艺3、耐磨性：表征材料抗磨损的性能。 评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量 磨损形式主要有：磨料磨损，粘着磨损 ，氧化磨损，疲劳磨损。 影响磨损的因素有：化学成分，组织状态，力学性能，润滑条件4、 韧性 ：指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的能力。 评介指标：冲击韧度ak、静弯曲挠度 影响因素：钢的成分、组织和冶金质量 例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越高；细晶粒组织、M板、B下、S回都具有高的韧性。5、 耐热性： 表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正常工作的能力。 评价指标：高温热稳

3、定性、抗氧化性 高温热稳定性常以材料在600700时的屈服强度表示。 影响因素：再结晶温度 回火稳定性6、 耐蚀性 含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具有一定的腐蚀性。 合金化和表面处理是提高耐蚀性的主要方法。三、 模具的失效形式及分析模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。模具的失效形式：冷冲压模具过量塑性变形而失效，热锻模塌陷、磨损失效，冷镦冲头磨损、折断失效2、模具失效分析 模具失效分析的步骤：生产现场调查，模具用材和制造工艺调查，对模具进行失效分析模具失效原因主要产生在制造过程：结构设计不当，材料选择和质量问题，毛坯锻造不良机械加工缺陷，热处理不当，装配精度不高例：冷冲压冲头的失效分析R处

4、断裂：冲击疲劳造成 D处磨损超差：表面硬度不足造成 改进措施：增加R处的过渡圆角 D处采用表面强化处理第二节 影响模具寿命的主要因素1、 模具结构设计对模具寿命的影响1、模腔结构的影响：组合式优于整体式，塔形锻造凹模式，栓冷镦凹模 a)为整体式，易于开裂。 b)为组合式，不易开裂，寿命长。2、模腔过渡圆角半径R的影响：金属入口处的形状和内圆角半径R对模具寿命影响很大， 增大圆角半径R，可提高模具寿命。根据经验：r=(23.5)R适宜冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：3、模具工作部位角度的影响 反挤压凸模结构与寿命： a)、b)凸模顶部设有斜角，所受单位挤压力小，模具寿命较c)显著提高。

5、 模锻斜角及圆角半径对应力的影响：模锻斜角越大，圆角半径越大，底部所受最大比较应力越小。二、模具制造质量对模具寿命的影响零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。Ra低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。装配精度高，模具寿命高。三、模具材料对模具寿命的影响模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料，模具寿命不同。零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同，并非硬度越高模具的寿命越长。冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度低，模具寿命短。新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命。四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响正确的预先热处理规范对提高模

6、具寿命起着很大作用。采用先进的强韧化方法（淬火+回火）可以提高模具的寿命。表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。5、 模具的使用对模具寿命的影响1、 锻压设备的精度、刚度差，将加速模具的磨损。2、 被加工材料性质不符合要求，对模具寿命产生影响。3、模具的安装与使用条件。体现在安装精度、润滑油选择、冷却措施的合理性。4、模具的操作规程及维护。主要体现在模具使用过程中的后续处理，中途保温、中间去应力回火。5、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产生影响。第二章 冷作模具材料第一节 冷作模具对材料性能的要求1、 使用性能要求：冷作模具的受载形式：拉伸、弯曲、压缩，冲击、疲劳、摩擦冷作模具的失效形式：磨损、开

7、裂，断裂、变形、咬合、使用性能的基本要求：模具硬度应高于工件的30%50%，模具组织应为M回或B下加细小碳化物，良好的耐磨性，高强度S、压应满足模具受载要求，足够的韧性（受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具），良好的抗疲劳性：-1应满足模具的要求，良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质二、工艺性能要求：热锻变形抗力低、塑性好，锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小，锻造性，切削力小、切削用量大，刀具磨损小、加工表面光洁，切削加工性，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤与磨裂，磨削加工性，热处理工艺性淬透性 ：获得淬硬层深度回火稳定性：模具钢受热软化的能力脱碳倾向、过热敏感性淬火

8、变形开裂倾向三、冷作模具材料的成分特点1、钢的含量：对高耐磨的冷作模具：0.7%2.3%C 对高强韧性冷作模具：0.5%0.7%C2、合金化特点：加入强碳化物形成元素和增加淬透性的元素主要合金元素的作用：硅：淬透性大，回火稳定性大，屈服强度大，过热脱碳倾向大锰：淬透性大 ，减小变形，有回火脆性铬：淬透性大，抗氧化性大，耐磨性大镍：强度和韧性大，淬透性大，耐蚀性大，有回火脆钼：提高淬透性，高温蠕变强度钨：二次硬化，提高热硬性钒：强碳化物形成元素，提高钢的回火稳定性、耐磨性、耐热性。第二节 冷作模具材料及热处理规范冷作模具钢综合分类： 低淬透性冷作模具钢 低变形冷作模具钢 高耐磨微变形冷作模具钢

9、抗冲击冷作模具钢 高强韧性冷作模具钢 高耐磨、高韧性冷作模具钢 特殊用途冷作模具钢1、 低淬透性冷作模具钢2、 （一）碳素工具钢 1、主要性能特点 优点：价格便宜，来源方便，较高的硬度，一定的耐磨性，易于锻造，易于软化。 缺点：淬透性差，淬火易于变形、开裂 ，模具寿命短。典型钢种：T7A、T10A、T12A2、应用：适于制作尺寸较小，形状简单，负荷较轻，生产批量不大的冷作模具钢，T10A性能较好，常用来制作小型切边模、落料模以及小型拉伸模具。（二）GCr15钢1、主要性能特点 GCr15钢是专用轴承钢，冶金质量较高，与碳工钢相比：硬度高，耐磨性好，接触疲劳强度高，淬透性高，淬、回火变形开裂倾向

10、小，回火稳定性高，有较高的强韧性，使用寿命大幅提高2、应用范围;适于制作精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝板和成型模。 二、低变形冷作模具钢成分特点：碳工钢+少量Cr、Mn、Si、W、V典型钢种：CrWMn、9Mn2V、MnCrWV（一） CrWMn1、主要性能特点：淬透性良好（4050模具油中可淬透） ，耐磨性良好（W碳化物作用），淬火变形小，易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差2、应用范围：主要用于制造要求变形小、形状复杂的轻载冲裁模，轻载拉深、弯曲、翻边模。（二）9Mn2V钢1、主要性能特点：碳含量：0.85%-0.95%，Mn含量：1.7%-2.0%碳含量高是为了高硬度和耐磨性，

11、Mn是为了提高淬透性与CrWMn钢相比，二者耐磨性相近，9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比CrWMn钢小，但淬透性低，回火稳定稍差。2、应用范围：9Mn2V钢适用于制作钢板厚度小于4mm的冷冲模，还适合制作精密量具。三、高耐磨微变形冷作模具钢高碳高铬钢，莱氏体钢，从应用上看，应用广，用量大。既有传统钢种，也有新型钢种，典型钢号有：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr4W2MoV.（一） Cr12 型钢 包括 Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1。其中Cr12Mo1V1属于新型钢种。 1、主要性能特点：应用状态，组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性很高。具有高

12、硬度、高抗压强度和高承载能力。淬火变形小，通过淬火温度的调整可达微变形程度。 Cr12 型钢特点比较：Cr12碳量高达2.3%，碳化物不均匀性严重，脆性大；Cr12MoV碳量减少至1.5%，Mo、V加入碳化物细化，韧性增加； Cr12Mo1V1钢Mo、V进一步增加，碳化物更加细化，韧性更好，但锻造性稍差，难退火。 3、应用范围：Cr12钢：只适用于制造冲击负荷小、耐磨性要求高的冲切薄硬钢板的冲裁模。Cr12MoV和Cr12Mo1V1钢：广泛用于制造大截面、形状复杂的重载模具，如切边模、落料模、滚边模、拉丝模。Cr12Mo1V1脆断倾向最小，模具寿命是Cr12MoV的几倍。（二）Cr4W2MoV

13、钢1、主要性能特点：Cr4W2MoV钢是新型中合金冷作模具钢，Cr量比Cr12型钢减少2/3，性能相近，主要特点如下：共晶碳化物颗粒细小，分布均匀。 具有较高的淬透性和淬硬性。具有较好的耐磨性和尺寸稳定性。（具体性能指标见教材表212、213）3、应用范围：Cr4W2MoV钢主要用于制造各种冲模、冷镦模、落料模、冷挤凹模及搓丝板，可替代Cr12 型钢。三、其他高耐磨微变形冷作模具钢中合金冷作模具钢Cr6WV：具有较好的耐磨性和韧性的配合，碳化物分布均匀，淬火变形小。主要用于制造高强度、高耐磨和承受一定冲击载荷的模具，如钻套、冷冲模及冲头等。中合金空冷模具钢Cr5Mo1V：引自美国的A2开发的新

14、钢种，具有良好的空冷硬化性能，这对制造形状复杂的冷冲模是极为有利，特别适于制造要求高耐性又要求好的韧性的模具，如下料模、冲头、滚丝模、剪刀片等。四、高强度高耐磨冷作模具钢典型钢种：即高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V21、主要性能特点：成分特点：Wc：0.7%0.9% 具有高屈服强度、高抗压强度、高抗弯强度，高耐磨性，同时具有很高的回火稳定性和热硬性。承载能力位于各传统冷作模具钢之首。 主要缺陷：轧材中存在大量的合金碳化物，并且成带状、网状、块状分布，只能用改锻的方法使之细化。其次，导热性差、韧性不足，易脱碳氧化。3、应用范围：高速钢主要用来制作重负荷冲头，如冷挤压钢铁材料的凸模，冷镦冲

15、头，中厚钢板冲孔冲头（1025），直径<56mm的小凸模以及用于冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强度钢板的中、小凸模和粉末冶金压模等。W6Mo5Cr4V2钢的综合性能优于W18Cr4V钢，制作重载冲头的使用效果更好。五、抗冲击冷作模具钢这类钢化学成分接近合金调质钢，主加元素Mn、Si、Cr、W、Mo（见教材表217）。（一）铬钨硅系钢典型钢种：4CrW2Si、5CrW2Si、 6CrW2Si1、主要性能特点：淬透性良好，碳化物少，组织均匀，淬火组织以板条状马氏体为主。具有高抗弯强度，高冲击疲劳抗力高韧性和一的耐磨性。抗压强度低，热稳定性差。淬火变形难以控制，脱碳敏感性较大。六、高强韧性冷作模具钢

16、低合金钢、不锈钢和轴承钢冷挤压技术的发展对冷作模具钢担出了更高的要求，不但要有高硬度、高耐磨性，而且还要有高韧性。能够满足这些性能要求的只有近年来研制的降碳高速钢、基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。其典型钢种的牌号及成分见教材表229。（一）降碳高速钢6W6Mo5Cr4V（6W6）1、主要性能特点：与高速钢比较碳、钒含量减少较多，使得碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善。淬火硬化状态的抗弯强度和塑性提高了30%50%，冲击韧度提高了50%100%，硬度降低了23HC。易脱碳，耐磨性稍差。2、热加工工艺：1）锻造 始锻温度：10501100，终锻温度：850900，锻后缓冷。2）退火 可

17、按高速钢进行。 3）淬回火 图224是淬、回火温度对6W6钢的力学性能的影响：为了获得良好的韧性和较高的耐磨性，可采用较低温度淬火和较高的回火温度，即：加热11801200油淬，560580/1.5h回火三次。3、应用范围：6W6钢主要用于取代高速钢或Cr12型钢制作易于脆断或开裂的冷挤压凸模或冷镦模，寿命可提高210倍；用于大规格的圆钢下料剪刀寿命可提高10倍。（二）基体钢：是指具有高速钢正常淬火时基体成分的钢。 典型钢种：65Cr4W3Mo2VNb（65Nb） 7Cr7Mo2V2Si（LD）5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)1 65Nb钢 主要性能特点：具有高速钢的强度、硬度和耐磨

18、性，又有较好的韧性。钢的工艺性能得到很大改善，直径小于50mm的钢轧材坯料不需改锻，仍可获得满意的性能和寿命。（2）热加工工艺：1）锻造 始锻：10801120，终锻：900850，锻后缓冷。 2）退火 加热860/730740等温。该钢退火易软化，延长等温时间，硬度可降至180HBW，为模具的冷挤压成型提供了条件。 3）淬火与回火 图225是淬火温度对65Nb钢力学性能的影响 当淬火温度大于1180，晶粒粗化，残余奥氏体增加，硬度、强度下降。适宜淬火温度为：10801180 由于有二次硬化现象，65Nb钢一般采用高温回火，回火温度为520580/12h，二次。（3）应用范围：65Nb钢适于制

19、作形状复杂的非铁金属挤压模、冷冲模、冷剪模及单位压力为2500MPa左右的钢铁材料冷挤压模具，也可用于轴承、标准件、汽车行业中的锻模、冲模及剪切模具可获得高的使用寿命。2 7Cr7Mo2V2Si（LD）（1）主要性能特点：该钢不含钨，铬、钼、钒含量都高于高速钢基体，二 次硬化强烈，淬透性提高，晶粒细化。所以，该钢性能优于Cr12型钢、高速钢、，具有高强度、高韧性和高耐磨性。其次是冷热加工工艺性良好，通用性强。 回火工艺：510回火二次，每次2h油冷。回火硬度为6062HRC。（3）应用范围：012Al用于冷作模具，主要替代Cr12MoV钢制作，冷镦模、中厚钢板凸模、搓丝板、内六角凸模、切边模等

20、，使用寿命比Cr12MoV钢大幅提高。3 6CrNiSiMnMoV（GD） 基体钢的缺陷是：合金化程度高，钢材成本较大。淬火温度区间都较窄，一般不能用箱式电阻炉加热，限制了该项钢在中小企业的推广使用。GD钢就是针对上述缺陷研制的新钢种。 主要性能特点：钢的韧性、抗压强度等性能显著优于CrWMn和Cr12MoV钢，但耐磨性略低于Cr12MoV。碳化物偏析小，可以不改锻，下料后直接使用。 淬透性良好，空冷可以淬硬，淬火变形小。淬火加热温度低，区间宽，可采用油淬、风冷及火焰加热淬火，回火温度也低，利于节能。淬硬性良好，油淬硬度可达6465HRC，空淬硬度可达6061HRC 最佳热处理工艺：淬火加热8

21、70930，回火175230/2h一次。 应用范围：GD钢主要替代CrWMn、Cr12型钢、9Mn2V、6CrW2Si钢制造各种异形、细长薄片冷冲凸模，形状复杂的大型凸凹模，中厚钢板冲裁模、剪刀片及精密淬硬型塑料模具等。4 7CrSiMnMoV（CH-1） CH-1钢又称火焰淬火钢，也称低合金空淬模具钢。是为适应大型、特大型模具的热处理要求、缩短制造周期、节约生产成本而研制的新钢种。七、高耐磨高韧性冷静作模具钢高强韧性冷作模具钢由于钢中含碳量的减少，耐磨性不如高铬钢和高速钢，高耐磨、高强韧性冷作模具钢弥补了这类钢不足。 典型钢种： 9Cr6W3Mo2V2（GM）Cr8MoWV3（ER5）（一）

22、GM钢1、主要性能特点：与高铬钢、高速钢相比，碳化物不均匀程度大大降低，晶粒细化，强度、韧性提高，具有最佳的耐磨性和强韧性配合。（见教材表231）2、热加工工艺：（1）锻造 加热11001150，始锻1100，终锻850900，锻后缓冷并及时退火。 （加热要缓，锤击时应按轻重轻法则操作） （2）退火 采用球化退火。加热850870/3h，炉冷至730750/46h，炉冷至500出炉。 （3）淬火与回火淬火温度对GM钢硬度的GM钢二次硬化能力显著高于Cr12型钢，接近高速钢水平，硬化峰值范围宽，说明回火稳定性高。 GM钢适宜的回火温度为：520540/2h，回火2次。3、应用范围:主要用于多工位

23、级进模、高强度螺栓滚丝模和电机 转子片复式冲模等，其寿命比65Nb钢和Cr12MoV钢提高26倍以上。（二）ER5钢1、主要性能特点:与基体钢相比，ER5钢提高了C、V、Cr、Mo、W等碳化物元素的含量，因此，在保持高韧性的同时，耐磨性比基体钢、GM钢好，远远超过Cr12MoV。2、热加工工艺：锻造：锻造性能良好，始锻1150，终锻900。 退火：860/2h，冷至760/4h，炉冷至500以下出炉空冷，硬度为220240HBW。 淬火与回火：淬火温度宽，二次硬化效果好，热处理变形小。一般工工艺为1120加热，550三次回火。应用范围：适于制作大型重载冷镦模、精密冷冲模等。如用ER5制作的电动

24、机硅钢片冲模，总寿命达500万次。八、特殊用途冷作模具钢耐蚀冷作模钢：9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo等。 这类钢的成分特点是高碳高铬，淬火后马氏体中含铬量高达12%，所以，既有高的耐磨性又有良好的耐蚀性能，主要用来制作耐蚀塑料模具。 无磁模具钢：7Mn15Cr2Al3V2WMo:该钢锰含量高，在使用状态呈稳定的奥氏体组织，所以导磁率非常低，在磁场中不被磁化，主要用来制造磁性材料的成型模具和无磁轴承。热处理工艺：1170固溶淬火，650750时效15h，可获得较高强度、硬度和耐磨性，但切削加工性较差。九、硬质合金种类：金属陶瓷硬质合金、钢结硬质合金1、金属陶瓷硬质合金 成分：碳化物粉末

25、（WC、TiC)+粘结剂（Co、Ni）性能特点：具有高硬度、高抗压强度和高耐磨性，脆性大，不能进行锻造、热处理及切削加工。应用：用于冷冲模的硬质合金一般是钨钴类（ Co+ WC），主要用于制作多工位级进模、大直径拉深凹模的镶块。（钨钴类硬质合金的力学性能见教材表234）2、钢结硬质合金钢结硬质合金与金属陶瓷硬质合金比较：粘结剂为合金钢粉末。力学性能特点相同，但钢结硬质合金具有可加工性和热处理性。 典型牌号：GT35、TLMW50、DT 其中DT合金是较理想的有代表性的工模具材料（1）DT合金的力学性能:具有高硬度、高耐磨性和高强度，又有一定的韧性，还具有较好的抗热裂能力，不易出现崩刃、碎裂等。

26、（2）DT合金的热加工特性:等温球化退火工艺：860880/23h，炉冷，700720/6h，炉冷至550以下出炉空冷。 淬火、回火工艺：预热800850，加热10001020油淬。回火温度取决于合金钢基体的成分，一般采用低温回火或高温回火，回火时间为2h。锻造工艺：经烧结态的合金必须经过锻造成形，提高合金密度，降低碳化物偏析。DT合金导热性差，预热要充分，加热要缓慢均匀，要防止氧化脱碳，变形量控制在5%，采用轻锤快打，防止锻裂。锻后要缓冷，严禁水冷、空冷。 工艺为：预热700800，始锻11501200，终锻880900。（3）DT合金的切削加工: DT合金退火后能够进行各种切削加工，但加工

27、难易与加工工艺参数有很大的关系。磨削加工时，应采用高转速，小磨削量，并供给充足的冷却液，磨削退火工件，采用干磨合适。电加工后，一般要采用二次回火来消除硬化层，并仔细研磨电加工面。（4）DT合金的应用；DT合金性能优越，现已越来越多地用于制造冷镦模具、冷挤压模具、冲裁模具、拉深模具等，使用寿命比高速钢和高铬钢提高几倍到几十倍。DT合金价格比合金钢贵几倍，小批量生产时，技术经济效益不明显。为了节约材料，制作模具时，一般采用镶套、焊接、粘结和机械组合连接的方法。第三节 冷作模具的选材一、冷作模具的选材原则1、满足模具的使用性能要求：根据模具的工作条件、结构尺寸和生产批量确定所选材料应具备的主要性能指

28、标。2、满足模具的工艺性能要求：根据模具的制造工艺方法、尺寸大小、精度要求等，要考虑所选用的模具材料是否能满足模具制造的各种工艺性能要求。如：可锻性、可加工性、焊接性、淬透性、氧化脱碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。3、经济性：尽可能选用价格低廉、货源丰富、供应方便的材料。二、常用冷作模具的材料选用（一）冷冲裁模1、工作条件及失效形式工作条件：冲裁模刃口在侧向压力F的作用下，刃口部位受到很大的弯曲应力，其次刃口部位受到冲击和强烈的磨擦。 失效形式：磨损 刃口磨损到一定的程度会使冲裁件产生毛剌，为使刃口锋利，需磨削，多次刃磨，导致失效。崩刃、凸模折断 安装不良、冲裁工艺执行不严或热处理不当导致这类非

29、正常失效。 性能要求：高硬度、高耐磨性。足够的抗弯、抗压强度和适当的韧性。 板料厚度不同，要求不同。薄板以高精度、高耐磨为主；厚板以高耐磨、高强韧性为主。凸凹模要求也有差异，对凹模来说，抗压强度和韧性比凸模高。2、冷冲裁模材料选用选材考虑的因素：产品的形状和尺寸、被冲材料特性、工作载荷大小、失效形式、生产批量、模具成本等。一般选用概况：对于形状简单、载荷轻的冲裁模 : 选用碳素工具钢，如T10A。对于形状复杂、尺寸较大、载荷较轻、精度较高：选用低合金工具钢，如9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV等。对于大中型模具：可选用高耐磨、高淬透性、变形小的高碳中铬钢、高铬钢、高速钢、基体钢和高

30、强韧性低合金冷作模具钢。对于大量生产的冷冲裁模：选用硬质合金、钢结硬质合金。（二）冷镦模具的选材1、工作条件和失效形式：工作条件：冲击力大，单位冲击压力可达20002500MPa并且冲击频率高。凹模型腔表面和凸模工作表面受强烈的冲击摩擦，工作温度可达300左右。材料的不均、坯料端面不平、镦机调整精度不够，冲头还受到弯曲应力。 失效形式：擦伤 冲头和凹模工作表面出现沟痕或磨损。崩落 坯料金属粘附在凹模上，致使凸模偏载，使局部区域成块崩落。脆性开裂 常见冷镦凹模，一是擦伤和崩落处，二是整个截面淬硬或非金属夹杂物偏析造成脆性开裂。硬度不足，或硬化层过浅而凹陷，或因尺寸超差而过早报废。主要失效形式：擦

31、伤和脆性开裂性能要求：足够的抗压强度和耐磨性。尤其是冷镦凹模，需要良好的强韧性配合，硬化层控制在1.54mm，硬度5862HRC，心部需韧性较好的索氏体组织，不能整个截面淬硬。2、 冷镦模材料选用：选材考虑因素：模具零件受力情况、截面大小、硬化层要求、批量大小等。3、 一般选材情况：对于轻载小型凹模，硬化层要求不深时可选用T10A钢；硬化层要求较深时，选用低合金工具钢。对于受载较重、形状复杂的凹模，可选用高铬中碳钢或高速钢、基体钢制作的嵌镶块嵌入模套内，模套则采用韧性较好的材料。 产量超过20万件以上时，可选用钨钴类硬质合金或钢结硬质合金制成的嵌镶模块。冷镦凸模的材料：轻载时，大多采用T10A

32、或低合金工具钢；重载时，采用与凹模相同的材料制成模块式镶拼模具。冷镦模具的选材实例和辅助零件的选材可参考教材表240。（三）冷挤压模具的选材1、冷挤压模的工作条件和失效形式：工作条件：变形抗力大。挤压非铁金属时，模具截面上的平均压应力可达1000MPa以上；正挤压钢材时，可达20002500MPa；反挤压时可达30003500MPa。模具表面反复受到剧烈摩擦，使接触面磨损大，并且模具温升最低温度可达160180，最高可达300400。凸模比凹模工作条件更繁重，往往受到偏心载荷，致使冲头受到很大的弯曲应力作用。冲头在脱模时还受到拉应力的作用。 失效形式：擦伤磨损或氧化磨损。装配不良导致折断模所受

33、应力超过材料的屈服极限凸模断裂脱模时，拉应力使模端部折断，产生“脱帽”断裂性能要求：必须具有高强韧性、良好的耐磨性、足够的回火稳定性和耐热疲劳性。1、冷挤压模具的材料选用：挤压力较小、批量不大的正挤压模具，可选用碳素工具钢和低合金工具钢。挤压力较大的正挤压模具，普遍采用Cr12型钢，但锻造、热处理不良时，脆断倾向大，模具寿命短。承受高负荷的反挤压凸模，可选用高速钢，但也有脆断问题，可用低温淬火来提高脆断抗力。挤压力较大、批量也较大的冷挤压凸模，选用降碳高速钢和基体钢使用效果良好。对于大批量生产的冷挤压模具，应采用硬质全金、钢结硬质合金。（四）冷拉深、拉丝模具1、拉深模具工作条件：凹模承受强烈摩

34、擦和径向拉应力；凸模主要承受轴向压缩力和摩擦力的作用。工作表面温度可达400500。 失效形式：被拉深材料撕落粘附在模具表面，形成凹凸不平的伤痕或粘结成瘤，使拉深产品表面质量降低或成废品。 性能要求：具有高的强度和耐磨性。材料选用：对中小模具，可选用T10A和低合金工具钢；对大中型模具，可采用球墨铸铁或合金铸铁，批量大时，磨损部位采用较好合金钢镶块硬质合金。防止粘附措施：拉深铝、铜合金和碳素钢时，凸、凹模应渗氮或镀铬。拉深奥氏体不锈钢时，凹模应采用铝青铜材料。高碳中铬钢和高碳高铬钢作拉深凹模时，应进行渗氮和抛光。2、拉丝模：拉丝变形量小，主要是刃口部分承受强烈的摩擦和径向弯曲力。失效形式主要是

35、磨损和崩刃，要求高硬度和耐磨性以及良好的抗粘附性能。材料选用，主要根据被加工材料的类型、线径大小生产批量等选用常用合金模具钢、硬质合金、人造金刚石等。二、冷作模具的热处理技术1、冷作模具的制造工艺路线： 一般冷作模具：锻造 球化退火 机械粗加工 淬火与回火 钳修装配。 成形磨削及电加工冷作模具 ：锻造 球化退火机械粗加工 淬火与回火 机械加工或电加工成形 钳修装配。 高精度冷作模具：锻造 球化退火 机械粗加工 去应力退火或调质 加工成形 淬火与回火 钳工修配。热处理工序安排应注意以下几点： 对于高精度要求的模具为减少热处理变形，常在机械加工之后安排高温回火或调质处理。对于线切割加工模具，为防止

36、线切割时变形开裂，其淬回火常采用分级淬火或多次回火和高温回火。 为了保持模具尺寸的稳定性，线切割之后应及时再回火2、 冷作模具的淬火（1）合理选择淬火加热温度：对于具体模具，在加热工艺规范的基础上要作精细选择，选择的依据主要是模具的使用性能要求。如保证淬透、淬硬或较高的热硬性，应选择较高的淬火加热温度；如要求较高的韧性和耐磨性，应选择较低的淬加热温度。（2）合理选择淬火保温时间：生产中常采用到温入炉的方法加热，淬火保温时间可按以下经验公式确定 ：t=D 经验公式仅作为参考，生产中必须具体情况具体分析，对于形状复杂的模具有时要通过实验来确定淬火保温时间。（3）合理选择淬火介质：一般：高合金冷作模

37、具钢，采用较缓的淬火冷却介质；碳素工具钢和低合金工具钢模具采用双介质淬火。市场上有不少新型的淬火冷却介质，如三硝水溶液。氯化锌碱溶液、氯化钙水溶液等，选择适当可以提高淬火质量。（4）采用合适的淬火加热保护措施主要是防止氧化、脱碳，常用的方法有：盐浴加热法 装箱保护法 涂料保护法 包装保护法3、冷作模具的强韧化处理工艺（1）低温淬火工艺：相对于于传统淬火工艺进行的淬火操作。工艺特点：相对传统淬火加热温度低2030。性能特点：提高韧性和冲击疲劳抗力，降低冷作模具脆断、脆裂倾向性。（2）高温淬火工艺：对于某些冷模钢，如T7ATI0A、GCr15等，采用高于传统工艺淬火温度淬火，可使模具获得较高断裂韧

38、性和耐磨性，从而提高模具寿命。（3）微细化处理工艺：即细化基体组织和碳化物，提高模具寿命的方法四步热处理法： 高温淬火+高温回火+低温淬火+低温回火 如9Mn2V:820油冷+650回火+750 油冷+200 回火。 循环超细化处理 加热Ac1（Acm）+1020 加热Ac1（Acm）+1020 如Cr12MoV钢：1150加热油淬+650回火+1000加热油淬+650回火+1030加热油淬+170等温30min空冷+170回火.（4） 分级淬火和等温淬火是模具最重要的强韧性化方法，可以减少模具的变形和开裂.冷作模具钢的分级淬火和等温淬火工艺及应用范围（5）其他强韧化处理方法：主要是：形变热处

39、理、喷液淬火、快速加热淬火、消除链状碳化物组织的预处理工艺等。第三章 热作模具材料第一节 热作模具性能要求及成分特点一、性能要求:较高的高温强度和韧性,良好的耐磨性,高的热稳定性,优良的耐热疲劳性,高淬透性,良好的导热性,良好的成形加工工艺性能二、成分特点:碳质量分数：一般小于0.5%（个别达0.60.7%） 主加元素：Cr、Mn、Ni、Si具有强化铁素体提高淬透性的作用。 辅加元素：W、Mo、V。作用是防止回火脆、产生二次硬化、提高耐热疲劳抗力。第二节 热作模具钢及热处理热作模具钢分类按用途分类:锤锻模和大型机锻模用钢,中、小机锻模和热挤压和钢,压铸模用钢,热冲裁模用钢,按工作温度分:低耐热

40、钢（350370）,中耐热钢（550600）,高耐热钢（580650）按性能分:高韧性热作模具钢,高热强热作模具钢,高耐磨热作模具钢一、锤锻模及大型机锻模用钢及热处理1、工作条件及性能要求:锤锻模：受到高温（400600）、高压、高冲击负荷的作用，模腔表面与赤热金属产生强烈的摩擦，锻件出模后，要对模腔实施强烈冷却，如此反复加热与冷却，使模具表面产生较大的热应力。大型机锻模：工作条件与锤锻模相近，所不同的是成形速度慢，单件滞模时间长，模腔表面温升比锤锻模高。失效形式：主要是氧化磨损、断裂、热疲劳裂纹等。性能要求：具有良好的耐磨性，较高的高温强度和韧性。具有良好的耐热性和耐热疲劳性。具有高的淬透性

41、。对于锤锻模要求燕尾处的硬度比模面低。2、锤锻模及大型机锻模用钢（1）常用钢种及化学成分 常用钢种 传统钢5CrNiMo、5CrMnMo 新研制4CrMoSiMoV、5Cr2NiMoVSi,45Cr2NiMoVSi（2）典型钢种的特点及应用5CrNiMo 性能特点：优良的综合力学性能，高淬透性，第二类回火脆性不敏感；但工作温度较低，锻坯易产生白点。 应用特点：主要用于制作形状复杂、冲击负荷大、要求高强度和较高韧性的中大型锤锻模。5CrMnMo 性能特点：硬度、强度与5CrNiMo相当；但冲击韧度低、淬透性、耐热疲劳性也稍差，并且过热倾向较大。 应用特点：适于制造受力较轻的中小锤锻模。4CrMo

42、SiMoV 性能特点：强度、热稳定性、淬透性均高于5CrNiMo，冲击韧度与5CrNiMo相近。 应用特点：可用于制造中、大型或特大型锤锻模及机锻模。45Cr2NiMoVSi 性能特点：综合力学性能优于5CrNiMo，热、锻工艺性良好，但切削加工性略差。 应用特点：适用于制造高强韧性大截面锤锻模和机锻模。寿命较目前国内外使用的传统锤锻模钢均有提高。（3）锤锻模与大型机锻模的选材 选材的一般情况是： 中小型（<3t）锤锻模 选用5CrMnMo大型（>3t）及复杂锤锻模 选用5CrNiMo、 4CrMoSiMoV 大型、重载锤锻模及机锻模 选用5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMo

43、VSi、 4Cr5MoSiV13、锤锻模及大型机锻模的热处理 该类模具制造工艺路线： 下料锻造退火机械粗加工探伤机械或电火花加工成形淬、回火钳修抛光。（1）锻造 选用钢材若是轧材，必须进行锻造。 锻造工艺：加热11001150，始锻10501100，终锻800850，锻后缓冷至150200空冷。（2）退火 消除锻造内应力和组织不均匀性 退火工艺：见表34，退火硬度一般为197241HBW。二、热挤压模及中、小机锻模用钢及热处理1、工作条件与性能要求:热挤压模:工作条件：受到压应力、弯曲应力和脱模拉应力的作用，所受冲击载荷比锤锻模小，但工作温度比锤锻模高，最高可达800850，热应力和摩擦都大于

44、锤锻模。 失效形式：模腔过量塑性变形、热疲劳破坏、热磨损及表面氧化腐蚀。性能要求：良好的耐热疲劳性、热稳定性和耐磨性，以及较高的高温强度和足够的韧性。中、小型机锻模:工作条件与热挤压模相近，所不同的是受到的冲击载荷比挤压模大。因此失效形式和性能要求也与热挤压模相近。2、热挤压模及中、小机锻模用钢（1）钨系热作模具钢 典型钢种：3Cr2W8V 由于其耐热疲劳性较差，在热挤压模方面的应用已逐渐减少。但在压铸模方面还广泛应用。（2）铬系热作模具钢 代表性钢种：4Cr5MoSiV 、4Cr5MoSiV1和4Cr5W2VSi 性能特点：含铬量较多，具有较高淬透性，适合分级淬火。耐热疲劳性较好，较能适应急

45、冷急热的工作条件。回火稳定性较高，具有二次硬化。与钨系相比，韧性较高，高温强度较低，耐热性稍差，工作温度小于600。热塑性较高，变形抗力小，锻造开裂倾向性小，但锻造温度范围窄。（3）铬钼系及铬钨钼系钢 主要钢种：4Cr3Mo3SiV（H10）、3Cr3Mo3VNb（HM3）,3Cr3Mo3W2V（HM1）、5Cr4W5Mo2V（RM2）,4Cr3Mo3W4VNb（GR）,4Cr3Mo2NiVNbB（HD）部分钢种介绍：1）3Cr3Mo3VNb（HM3） 性能特点：较高的耐热疲劳性和强韧性，回火稳定性好，冷热加工性良好。应用特点：适于制造强烈水冷的压力机成形模、辊锻模、小型锤锻模，寿命明显高于传

46、统热作模具钢。2） 5Cr4W5Mo2V（RM2） 性能特点：具有较高的回火抗力及热稳定性，在50HRC时热稳定性可达700，碳化物较多，抗磨损性能好。应用特点：适于制作小截面热挤压模、高速锻模及辊锻模具。3） 4Cr3Mo3W4VNb（GR）性能特点：热强性、热硬度、热硬度、冷热疲劳抗力及冷、热加工性均高于3Cr2W8V。 应用特点：适于制造热镦、精锻、高速锻等热锻模具。4）基体钢 基体钢中有多只冷热兼用的模具钢，如6W8Cr4VTi（LM1）、6Cr5Mo3W2VSiTi（LM2）、6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2)及前面介绍的0Cr12Al。其中0Cr12Al具有代表性，用于热作模具较

47、多，如热挤压冲头、传动杆热锻模等，寿命明显高于3Cr2W8V。3、热挤压模及中、小机锻模的材料选用热挤压模选材依据：被挤压金属种类,挤压温度,挤压比、挤压速度和润滑条件等中、小机锻模的选材依据：锻压材料种类,生产批量,模具尺寸、变形速度和润滑条件等4、热挤压模及中、小机锻模的热处理该类模具制造工艺路线一般为：下料锻造预先热处理机械加工成形淬、回火精加工。压铸模工作条件:受热温度比热锻模高（非铁金属400600，钢铁材料1000以上），受热时间长。承受压力大，在20120MPa之间。受反复加热和冷却的作用。金属液流高速冲刷的作用。 常见失效形式：热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀。 压铸模性能要求：具有

48、良好的耐热性和高温力学性能。具有优良的耐热疲劳性和导热性。具有良好的抗氧化性和耐蚀性。具有高淬透性。2、压铸模用钢及处理工艺铬系 ：4Cr5MoSiV1 钨系 ：3Cr2W8V 铬钼钨系：3Cr3Mo3W2V 铬钼系：4Cr3Mo3SiV 新钢种：Y10、Y4典型钢种介绍：（1）3Cr2W8V 成分及性能特点：低碳，但铬、钨含量较高。属于过共析钢组织。因回火稳定性高，具有较高的热硬性和热强性。韧性和导热性较好。 锻造工艺：因碳化物粗大需反复镦粗与拔长始锻温度：10801120终锻温度：900850，空冷至700缓冷。 预备热处理:采用不完全退火或等温退火。 不完全退火工艺：830850加热，保

49、温34h，炉冷（40/h）至400出炉空冷。等温退火工艺：710740等温34 h，然后炉冷至500出炉空冷。 淬火与回火:3Cr2W8V钢的淬火温度、回火温度与主要力学性能的关系见表315和表316，综合分析可知：钢的常规淬火温度应采用10501150。如果模具要求较好的塑性和韧性，则采用下限加热温度；压铸较高熔点的合金，模具需要较高的热硬性和热稳定性，则采用上限温度加热淬火。淬火冷却：油淬、分级淬火或等温淬火.回火温度主要根据模具性能要求来选择，回火次数为23次，采用油冷。（2）3Cr3Mo3W2V（HM1） 性能特点：使用实践表明，这种钢的回火稳定性、抗磨损性能均高于3Cr2W8V钢，尤

50、其是耐热疲劳性比3Cr2W8V高得多。 锻造工艺：加热11501180，始锻11201150。锻后应及时退火。 退火工艺：860880加热保温24h，炉冷720740等温46h，炉冷至550以下出炉空冷。退火后的硬度252HBW。 淬回火工艺：淬火加热10601130，油淬或分级淬火，淬后硬度为5056HRC。回火至600630时硬度为5055HRC，回火至630650时硬度为4550HRC。（3）Y4、Y10钢（新型模具钢） Y4适宜作铜合金压铸模 Y10适宜作铝合金压铸模 主要特性：与3Cr2W8V钢相比，冷热疲劳抗力、抗溶蚀能力、冲击韧性、断裂韧性均比较高，但耐热性稍差。Y10可在610

51、以下长期工作，Y4工作温度更高些。用于压铸模寿命普遍提高110倍。 热加工特性：锻造与退火工艺性良好，工艺参数与3Cr2W8V钢相近。 淬火温度为10201120，回火温度为600630。3、压铸模材料选择选材依据：压铸金属种类、压铸温度高低。生产批量大小。压铸件的形状、重量及精度要求。锌合金压铸模常用材料:合金结构钢：40Cr、30CrMnSi等 模具钢：5CrNiMo、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V等。 合金结构钢压铸模寿命为2030万次，模具钢可达100万次。铝合金压铸模常用材料:新型模具钢：H13、H11、Y10、HM3等。 传统热模钢： 3Cr2W8V新型模具钢使用效果、寿命均

52、高于传统钢。铜合金压铸模常用材料:HM1、Y4、 3Cr2W8V。后者用量最大，但效果不如前两只钢。钢铁压铸模材料:常用仍为3Cr2W8V，但热疲劳抗力差，寿命低。高熔点钼基合金（TZM）及钨基合金（Anviloy1150）但价格昂贵。铍青铜合金、铬锆钒铜合金等，使用效果良好，价格贵。4、压铸模热处理特点压铸模工艺路线:一般压铸模：锻造 退火机械粗加工稳定化处理精加工成形淬火及回火钳工修配。形状复杂、精度要求高的模具：锻造退火粗加工调质电加工或精加工成形钳工修磨渗氮（或软氮化）研磨抛光。热处理工艺目的及特点： 稳定化处理（也称去应力退火）目的是，消除机加工应力和电火花变质层应力。去应力退火工艺

53、为加热650680，保温35h。 预处理一般采用球化退火或调质处理。调质处理对改善模具强韧性的效果优于球化退火，所以调质在高强韧性要求的压铸模上应用较多。 压铸模的热处理应缓慢加热，多次预热。较低温度（400650）的预热在空气炉中进行，较高温度的预热应在盐浴炉中进行。 压铸模淬火加热温度。要求较高韧性时采用较低淬火温度，要求较高高温强度时采用较高温度淬火。淬火保温时间较长，一般在盐浴炉中加热保温系数取0.81.0min/mm. 淬火冷却。压铸模一般采用油冷，形状复杂的采用分级淬火。无论是何种冷却方法都不允许冷却到室温，一般冷至150180均热后立即回火。 压铸模回火必须充分。一般回火3次，第一次选在二次硬化的温度范围，第二次选在使模具达到硬度要求的温度范围，第三次回火温度应低于第二次1020。 为了防止熔融金属粘模、侵蚀，压铸模常采用表面强化处理，如渗氮、氮碳共渗、渗铬、渗铝、渗硼等。四、热冲裁模用钢推荐使用的钢种：5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、8Cr3。8Cr3是使用最多的钢种。制作凹模使用硬度为4345HRC，不宜大于50HRC；制作凸模使用硬度为3545HRC。8Cr3钢的锻后退火一般采用等温退火工艺，淬火温度为820840，油冷，入油前应