模具材料与热处理 课件 项目1-3 课程的特点与要求；模具材料的应用与发展趋势；模具材料的性能、质量检验与选用

模具零件材料与热处理1.1课程的地位与性质1.2课程的特点1.3课程的学习目标与学习方法项目一课程的特点与要求1.1课程的地位与性质课程《模具零件材料与热处理的选用》是高职高专模具设计与制造、材料成型专业的一门技术基础课，是在开设了《机械制图》、《机械原理》、《机械零件》、《公差配合与测量》等课程后，与《冷冲压模具设计》同时开设或稍后开设的模具类专业基础课程。本课程主要介绍模具材料的应用与发展状况、模具材料的特性与热处理概述、冷冲压模具零件材料与热处理的选用、塑料成型模具零件材料与热处理的选用、其他冷作模具零件材料与热处理的选用、模具零件表面的硬化等内容，是从基础课过渡到专业课的桥梁，是进行模具设计、编制模具零件制造工艺规程的基础。1.2课程的特点本课程的特点是，术语及定义多，代号、符号多，具体规定多，内容多，经验总结多，而逻辑性和推理性较少，往往使刚刚学完基础理论课的学生感到枯燥、内容繁多，记不住，不会用。从《模具零件材料与热处理》的学习内容看，理论性强，概念较多，知识点多，学生理解较困难。从高职的学生的基础和兴趣看，学生本身对学习文化理论知识就没有兴趣，基础理论知识较薄弱，理解能力较差。从高职的教学条件看，实验不到位，更不能到企业进行长时间的现场教学，最多是安排一次现场参观，老师只能利用多媒体进行教学，学生不能在一定工程背景下建构知识。为了学好由基础课向专业课过渡的本课程，应当有充分的精神准备。1.3课程的学习目标与学习方法1.3.1课程的学习目标《模具零件材料与热处理》是模具设计与制造专业必修的专业基础课，其目的是使学生获得有关模具、工程结构和机械零件常用的金属材料的基础理论知识和材料热处理的相关知识，并使其初步具备根据模具零件的工作条件和失效方式合理地选择和使用材料，正确制定模具零件的冷、热加工工艺路线的能力。高职高专的模具设计与制造专业的学生毕业后都是在企业一线工作，学生无论是从事模具设计，还是从事模具的加工制造，都必须具有材料的机械性能和工艺性能、材料的热处理相关的知识，并具有一定的选材能力。1.3课程的学习目标与学习方法1.3.2课程的教学方法（1）对整个课程的教学采用建构主义理论的教学方法进行教学，以学生为中心，设置合适的教学情境，在情境中学生相互讨论，不断地理解概念及相关的理论知识，在创设情境的时候，要注意工程背景的创设，有利于知识应用能力的培养，专业基础课的知识是学生学习其他专业课的基础，学生必须具有运用基础知识学习专业知识的能力，实现基础知识在专业知识中的重建构，培养学生的职业能力。

（2）在教学过程中，采用项目化教学法，将枯燥乏味的知识点贯穿到实际的项目中，在具体的项目中，以完成每一个任务为目标，实现知识的建构，即学中做，做中学，动手、动脑，手脑并用。

1.3课程的学习目标与学习方法1.3.2课程的教学方法（3）针对课程教学内容和职业能力培养设置综合实训项目，模具专业的学生要了解机械零件加工的基本方法，一般的机加工实训和特种加工实训，为此可结合课程学习内容，从加工工件使用性能的分析、材料选择、材料的性能的测试、材料的加工、材料加工后性能的测试、材料性能的比较、需要进行热处理的方法的选择、材料的再加工、直到生产出产品。在完成这样的产品加工实训中，学生会在企业具体环境中，通过学生之间的相互协作和老师的指导，学生不仅理解机械零件的加工方法和工序，而且理解《模具材料与热处理的选用》知识在实际生产中的作用。

（4）进行必要的企业参观，争取进行8课时以上现场教学。在参观企业生产过程中，学习课程知识，实现看中学。材料的热处理是与企业实践紧密结合的知识点，在介绍完热处理的原理后，将热处理工艺方法的讲解安排到企业参观中讲，让学生在看中学，学生对这一知识点的不仅容易接受，而且理解深刻。1.3课程的学习目标与学习方法1.3.3课程的学习方法（1）在学习中，应当了解每个术语、定义的实质，及时归纳总结并掌握各术语及定义的区别和联系，在此基础上牢记，才能灵活运用。（2）认真独立完成作业和实训任务，巩固并加深对所学内容的理解与记忆。通过自己动手完成准实际工作任务，掌握正确的标注方法，熟悉公差与配合选择原则和方法。（3）树立理论联系实际、严肃认真的科学态度，培养基本技能，利用互联网查询、了解模具设计与制造行业企业选用模具材料及热处理的实际方法，了解模具材料及热处理的成熟技术与方法，为学习和以后走向工作岗位打下坚实基础。1.3课程的学习目标与学习方法1.3.3课程的学习方法（4）要达到正确运用本课程所学知识，熟练正确地选用模具材料及热处理方法，还需要经过实际工作的锻炼。对学习过程中遇到的困难，应当坚持不懈地努力，反复记忆、反复练习、不断应用是达到熟练的保证。（5）在后续课程（如《机械零件》、《机床夹具设计》等课程）学习中，特别是《冷冲压模具设计》及课程设计、《塑料成型工艺与模具设计》及课程设计、《模具制造工艺学》及课程设计专业课课程设计和毕业设计中，才能加深对本课程学习内容的理解，逐步掌握选用模具材料及热处理方法的要领。

项目二模具材料的应用与发展趋势内容模具材料的应用与发展趋势学习目标了解模具材料的应用与发展趋势主要知识点模具工业的地位与作用模具材料及热处理在模具工业中的地位与作用国外模具材料的生产现状和发展趋势我国模具材料的生产现状和发展趋势模具热处理技术的应用及发展模具表面强化技术的应用及发展2.1模具工业在国民经济中的地位与作用1.模具工业在现代工业中的作用

（1）模具是压力加工和其他成形加工工艺中，使材料（金属和非金属）变形制成产品的一种重要工艺装备，应用广泛。它在锻造、塑料加工、压铸等行业中起着重要的作用。

（2)少无切削加工是机械制造业发展的一个方向，而模具是利用压力加工实现少无切削工艺的关键。模具成形有优质、高产、低消耗和低成本等特点，因此得到了广泛应用。（3）模具生产影响到产品开发、更新换代和发展速度。

2.1模具工业在国民经济中的地位与作用2.我国模具工业的现状

目前,我国已成为制造业和模具生产的大国。2018年中国模具消费量达2555亿元人民币,约占世界模具消费的1/3,模具产值亦占世界模具总产值的1/3。2018年,中国模具出口量达60.85亿美元,比上一年增长10.8%,占全球模具出口总量的1/4,出口遍及全球约200个国家和地区；模具进口量为21.4亿美元,同比增长4.3%,占全球模具进口总量的1/8。2018年中国模具2555亿元人民币的消费量可以支撑起全国28万亿元的工业制成品市场,是“中国制造”的重要组成部分,扮演着从“大国重器”到人民生活变化提升的“幕后英雄”角色。以汽车行业为例,汽车制造的模具依存度已超过90%,全国95%以上的模具企业涉及汽车模具。近年来,中国模具企业加快“走出去”,完成相关并购超过20起,交易金额近70亿美元,主要并购方向是模具的智能化、电动化和轻量化。

2.1模具工业在国民经济中的地位与作用3.模具工业将进一步促进产业升级

(1)汽车行业领域：模具装备是推进汽车产品升级换代、节能环保型汽车研发生产和汽车自主品牌发展的重要保障。(2)家电行业领域：家电零件成型依靠扳金冲压、塑料、发泡、吸附等各类模具,模具制造的水平是实现我国家电转型升级(如低噪音、节能节水、多间室)的技术保证。(3)航空装备领域：饭金装备、飞机内饰件模具成套技术的研究开发及产业化对航空制造、减轻飞机的自重、节约燃油等具有关键作用。(4)电子专用装备及新兴产业配套领域：IT模具中电脑周边模具、媒体数码产品模具、光电通信产品模具、网络产品模具、钟表礼品模具等的需求越来越大。(5)医疗器械制造领域：精密、超精密模具具有举足轻重的地位。(6)轨道交通领域：动车组走行核心部件超高速(300千米以上/小时)精密轴承模具核心技术，铁路重载货车和城市轨道交通车辆用轴承、齿轮传动装置，高速动车组用齿轮箱精密铸造模具等是轨道交通发展的必需。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.1国外模具钢的发展状况1.国外模具钢种类的发展1）冷作模具钢高韧性、高耐磨性模具钢低合金空淬微变形模具钢火焰淬火模具钢粉末冶金冷作模具材料2）热作模具钢高淬透性特大型锻压模具钢

高热强性模具钢高温热作模具材料3）塑料模具钢预硬型塑料模具钢时效硬化型塑料模具钢耐蚀塑料模具钢无磁塑料模具钢2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.1国外模具钢的发展状况2.国外模具材料的发展趋势1）多品种化国外为适应模具扁平的需要，扁钢和中厚板的生产数量逐年增加，如日本1997年扁钢产量已占合金工具钢总产量的30%以上。2）制品化国外特殊钢生产企业为了满足模具制造业的生产需要,大力开发模具钢的深加工,提供高附加值的模具制品,如经过精加工和浴回火处理的模块、模架、模板及各种标准化配件。模具生产企业只需对选购的模块的型腔或刃口部分进行加工,然后组装在标准模架上即可,所以生产效率高、交货周期短、制造费用低,能较好地满足模具用户的需要。3）精料化国外特殊钢生产企业为模具制造业提供无氧化、无脱碳层、尺寸精度高的多种精密模具材料。如美国ASTM合金工具钢标准专门对一些钢材制定了详细规定,为用户提供高精度的模具材料。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况1.冷作模具钢的发展状况1）低合金冷作模具钢近年来我国研制了一些新型低合金冷作模具钢,这些钢的主要特点是合金总量低、浴透性好、浴火温度低、热处理畸变小、强韧性高,并且有适当的耐磨性2）高韧性高耐磨性模具钢为了改善Cr12型冷作模具钢的碳化物偏析，提高韧性并进一步提高耐磨性国内冶金工作者做了大量研发工作，先后开发了多种高韧性高耐磨性模具钢如LD(7Cr7Mo2V2Si)钢、GM(9Cr6W3Mo2V2)钢、ER5(Cr8MoWV3Si)钢’以及Cr8MoV2Ti钢、8Cr7Mo3W2V钢等。与Cr12型模具钢相比，这类新开发的钢适当降低了C和Cr的含量，以改善碳化物偏析，还适当增加了W、Mo和V的含量，以增加二次硬化的能力和提高其耐磨性。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况1.冷作模具钢的发展状况3）基体钢基体钢是为了改善高速钢碳化物分布不均匀和韧性较差等问题而研制开发的。基体钢一般指其成分与高速钢浴火组织中基体组织化学成分相同的钢。4）无磁高强度模具钢电子工业的发展对无磁模具钢的需求量大大增加，传统的无磁模具钢7Mn15Cr2Al3V2WMo是一种高强度奥氏体型无磁模具钢，其磁导率低并具有良好的强度和耐磨性，但由于其有冷作硬化现象，切削加工比较困难，为此，国内科技工作者研发了一些新型无磁模具钢，有A18(18Mn12Cr18NiN)、WCG(8Mn15Cr18)、50Mn(50Mnl8Cr4WN)等，这几种钢磁导率较低，强度较高，并具有良好的可切削加工性能。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况1.冷作模具钢的发展状况5）钢结硬质合金用硬质合金制造模具在不受冲击、韧性要求不高的情况下性能比钢要好，寿命很长但成本较高；更为困难的是由于受制造条件的限制难以制造形状复杂的模具。我国研制的钢结硬质合金有以TiC为硬质相的GT35、R5、DT、Ti等’和以WC为硬质相的TLMW50、GW50、GJW50等。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况2.热作模具钢的发展状况1）中小型热锻模用钢热锻模由于与被加热到高温的锻件接触，模具型腔表面温度有时高达400℃以上，局部温度甚至能达到600℃以上，传统的热锻模具钢5CrMnMo、5CrNiMo的高温性能难以达到要求，其浴透性也不能满足大截面锤锻模的要求。为解决此问题，通过对国内外锻模钢的分析、对比和研究，国内较早开发的有2Cr3Mo3VNb、ER8(4Cr3Mo2MnVB)等3Cr-3Mo型和3Cr-2Mo型高强度热作模具钢，后又开发了3Cr3Mo3VNb。在3Cr-3Mo钢中加入V、Nb可细化晶粒，降低过热敏感性。这些新研制的热作模具钢浴火温度范围宽、浴透性好、高温强度高，并且具有良好的塑韧性、热稳定性、抗冷热疲劳和抗热磨损等性能，在中小热锻模上使用，比5CrMnMo、5CrNiMo钢制造的模具寿命有较大提高。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况2.热作模具钢的发展状况2）大截面热锻模用钢对于制造模块厚度大于400mm的大型和特大型热锻模，5CrMnMo、5CrNiMo钢的热稳定性、抗热疲劳性、浴透性严重不足。国内在5CrNiMo钢的基础上适当降低碳含量，提高了Cr、Mo的含量，并加入适量的V和Si，先后开发了45Cr2(45Cr2NiMoVSi)、5Cr2(5Cr2NiMoVSi)、B2(3Cr2MoVNi)和3Cr2MoWVNi等大截面热锻模用钢，其热稳定性、浴透性和使用寿命都有了较大提高。与5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2钢提高了浴透性、高温强度、热稳定性，而冲击韧性相当；此外钢的抗热磨损和抗热疲劳性能也优于5CrNiMo钢。45Cr2钢的C和Si较5Cr2钢稍有降低，更适宜作锤锻模。这类钢用于制造40000kN以上的机械压力机锻模和30kN以上的锤锻模，使用寿命为5CrNiMo和5CrNiMoV钢锻模的1.5~2倍。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况2.热作模具钢的发展状况3）热挤压模具钢高热强性模具钢一般用于热挤压模、压型模等。由于模具和高温工件长期接触，使模具本身温度升高，易造成模具型腔(凹模)塌陷、磨损、表面氧化和热疲劳，因此要求模具钢具有较高的高温强度、硬度和热稳定性，良好的耐磨性和抗氧化性能，较高的抗热疲劳性能和断裂韧度。特别受关注的是铜铝合金挤压模，特别是铜合金热挤压模的底模和穿针孔。由于模具长时间与被加热到高温的工件接触，使模具的使用条件极其恶劣。经过对比研究，我国先后开发研制了提高此类模具使用寿命的新钢种，如HD(4Cr3Mo2NiVNbB)钢、Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)钢等，用于铜合金挤压模，使用寿命为3Cr2W8V钢模具的2倍左右。铝合金热挤压模对钢的韧性要求较高，国内引进的中合金铭系热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)已成为首选的模具用钢、国内研制的高强韧性热作模具钢HM1(3Cr3Mo3W2V)、HM3(3Cr3Mo3VNb)也是较好的铝合金热挤压模用钢。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况2.热作模具钢的发展状况4）压铸模具钢金属压铸工艺生产效率高，降低了生产成本，节约了原材料，生产的铸件性能较好，近几十年来已得到广泛的应用。压铸模具的工作表面直接与液态金属接触，承受高压、高速流动的液态金属的冲蚀和加热，以及随后的急冷，因此对模具钢的高温强度、韧性、耐冷热疲劳性能要求较高。为此，国内先后开发了几种新型压铸模具用钢，如Y4(4Cr3Mo2MnVNiB)、Y10(4Cr5Mo2MnVSi)等。其中，Y4钢是铜合金压铸模具用钢，使用寿命较3Cr2W8V钢有明显提高，该钢种也可用于热挤压模；Y10钢是铝合金压铸模用钢，也较3Cr2W8V钢使用寿命长。国际上通用的H13(4Cr5MoSiV1)在铝合金压铸模应用上也是首选钢种。另外，国内研制的沉淀硬化钢PH(2Cr3Mo2NiVSi)、低碳高速钢和基体钢(如6W6Mo5Cr4V钢、6Cr4W3Mo2VNb钢、65W8Cr4VTi钢、5Cr4W5Mo2V钢等)，以及奥氏体热作模具钢等，在热作模具的应用上都取得了较好的成效，模具的使用寿命有所提高2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况3.塑料模具钢的发展状况1）预硬化型塑料模具钢该类钢一般为中碳低合金钢，在钢厂经过锻打后制成模块，预先热处理至模具要求硬度，把钢调至30~35HRC供使用单位制造模具，从而可避免由于热处理而引起的模具变形和裂纹问题。预硬化塑料模具钢主要用于制作形状复杂的大、中型精密塑料模具。预硬化塑料模具钢使用硬度一般在30~42HRC’尤其在高硬度区间(>35HRC)’可加工性能较差。为了改善预硬化型塑料模具钢的加工性能’往往在预硬钢中加入易切削元素S、Ca、Pb、Sb等。我国先后开发研制了一些易切削预硬化型塑料模具钢，如5NiSCa(5CrNiMnMoVSCa)、8Cr2S(8Cr2MnWMoVS)、P20BSCa(40CrMnVBSCa)、SM1(Y55CrNiMnMoVS)等钢，使钢在高硬度下的切削加工性能得到显著改善。预硬化易切削塑料模具钢不仅可用于制造大、中型精密塑料模具，也可以用于制造精密复杂的冷作模具。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况3.塑料模具钢的发展状况2）时效硬化型塑料模具钢对于形状复杂、精密、要求使用寿命较长的塑料模具，为了避免其在浴火热处理过程中产生变形，时效硬化型塑料模具钢受到了关注。该类钢一般碳含量不高，钢中含有Ni、Al、Mo、Ti、Cu等合金元素，经固溶处理后硬度较低(一般坚32HRC)很容易进行加工，加工成型后再进行低温时效热处理，就能获得要求的综合力学性能和耐磨性。由于时效温度较低，时效处理后模具变形极小，所以时效后不需再进行切削加工，就可得到精度很高的模具成品，使用寿命高于预硬型塑料模具钢，适于制作要求高镜面的热塑性塑料制品模具。我国先后开发研制的时效硬化型塑料模具钢有：PMS(1Ni3Mn2CuAlMo)、06Ni(06Ni6CrMoVTiAl)、SM2(20CrNi3AlMnMo)、25CrNi3MoAl等。其中SM2钢中含有0.1%(质量分数)的S，改善了其加工性能，是一种易切削时效硬化型塑料模具钢。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况3.塑料模具钢的发展状况3）非调质塑料模具钢国内在开发研究非调质塑料模具钢方面较为滞后，近几年才开发研制出来。非调质塑料模具钢的特点是不经调质处理，锻轧后即可达到预硬化硬度，有利于节约能源、降低生产成本、缩短生产周期。我国开发的新钢种有：FT(2Mn2CrVTiSCaRe)、2Cr2MnMoVS、2Mn2CrVCaS、B20、B30等。2Cr2MnMoVS钢在空冷条件下，100mm厚的截面上硬度可达40HRC以上。非调质塑料模具钢FT(2Mn2CrVTiSCaRe)中加入了S、Ca、Re作为易切削元素，比S-Ca复合系易切削模具钢有更好的切削性能。低碳MnMoVB系非调质贝氏体型大截面塑料模具钢(B30)，钢中加入S、Ca作为易切削元素，工业试生产表明400mm厚板坯热轧后空冷，硬度沿截面分布较均匀。由于在模具制造过程中，非调质塑料模具钢不需热处理(浴火、回火)，避免了因热处理可能产生的变形开裂等问题，改善了劳动条件，减少或避免了热处理造成的污染，具有较好的经济效益和社会效益，在模具制造业中得到推广应用。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况3.塑料模具钢的发展状况4）冷挤压成型塑料模具钢冷挤压成型塑料模具钢,又称渗碳型塑料模具钢。渗碳型塑料模具钢的碳含量很低,一般为质量分数0.1%~0.2%,塑性变形抗力很小,软化退火后硬度坚160HBW,复杂型腔坚130HBW，以便进行型腔的冷挤压。过去我国一般采用低碳钢和低碳合金钢,如15、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3、20Cr2Ni4和20CrMnTi等钢。我国近年来研制了冷挤压成型塑料模具专用钢LJ(0Cr4NiMoV),该钢冷挤压成型后经渗碳、浴火和低温回火后,表面硬度达58~62HRC,心部硬度为28HRC,模具耐磨性好,无塌陷及表面剥落现象,可用于制造形状复杂和承受载荷较高的塑料成型模具。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况3.塑料模具钢的发展状况5）耐蚀塑料模具钢一些塑料工厂生产批量较大的聚氯乙矫、氣化塑料、阻燃塑料等产品时,模具将受到化学性腐蚀,因此,模具材料需具有防蚀性能和较好的耐磨性,需选用耐蚀塑料模具钢制造,国内常用的钢种有：3Cr13、4Cr13、2Cr13、9Cr18、0Crl7Ni4CuNb等。国内近年来新开发研制的耐蚀塑料模具钢有PCR(0Crl6Ni4Cu3Nb)钢,这是一种马氏体沉淀硬化不锈钢,这种新型耐蚀塑料模具钢在含有卤素元素的介质中,其耐蚀性能明显比0Cr17Ni4CuNb钢好,并且有较好的综合力学性能。2.2模具材料的生产现状和发展趋势2.2.2我国模具钢的发展状况4.国内模具材料的发展趋势近几十年来,我国模具钢生产技术发展很快,目前,我国模具钢产量已跃居世界前列,建成了不少先进的生产工艺装备,推广应用了炉外精炼、电渣重熔等工艺技术,一些特殊钢企业采用新工艺、新技术生产的模具钢已达到国外同类钢的水平,并形成了我国的模具钢系列。但是,总体看来,我国模具钢的生产技术、产品质量等与发达国家相比还存在一定差距,很多制造大型、精密、复杂、长寿命模具的钢材还需进口。因此,我国模具钢制造企业应该大力发展、推广高性能的模具钢品种,大力生产、推广高纯净度、高精度、高均匀性、质量稳定的模具材料,结合模具工业的发展,形成我国新的模具钢系列,以满足高性能、长寿命的模具生产需要,加快发展步伐,使我国在模具钢的产量上、模具钢的生产技术上和品种质量上都达到世界先进水平。2.3模具热处理及表面强化技术的应用及发展2.3.1模具钢的强韧化热处理技术1.锻造余热滓火——双细化工艺许多钢可以采用锻后余热浴火、高温回火、最终热处理的双重浴火工艺，以改善碳化物的分布，细化碳化物，提高模具的韧性基体，从而提高模具的寿命。2.固溶双细化工艺固溶双细化工艺完全利用热处理方法，使碳化物细化、棱角圆整化，同时使奥氏体晶粒超细化。该工艺的主要措施是高温固溶和循环细化。高温固溶可以改善碳化物的形态和粒度；循环细化的目的在于使奥氏体晶粒超细化。2.3模具热处理及表面强化技术的应用及发展2.3.1模具钢的强韧化热处理技术3.高温滓火3Cr2W8V这类合金度比较高的热作模具钢，采用高温浴火热处理工艺，可以使大量合金碳化物在加热时充分溶解，充分发挥各合金元素的作用，浴火后得到比较多的合金固溶度高的板条马氏体组织，通过高温回火后，有更多的高度弥散的合金碳化物析出，可以提高钢的热稳定性、断裂韧度和冷热疲劳性能，使模具的使用寿命有所提高。4.降温滓火一些厂家对高速钢和基体钢采用“低浴低回”的工艺比较好，浴火温度偏低可大大提高模具的韧度，尽管模具的硬度略有降低，但对提高因折断或疲劳破坏的模具寿命极为有利。2.3模具热处理及表面强化技术的应用及发展2.3.1模具钢的强韧化热处理技术5.复相热处理工艺(模具钢的等温淬火)所谓复相热处理指模具钢在Ms点温度附近等温淬火，可以得到下贝氏和马氏体的组织，适量的下贝氏体分布在高强度马氏体的基体上’可以提高钢的强韧性。等温浴火产生的内应力减少，减少了工件的变形和开裂，而且在不降低强度的同时’能大幅度地提高模具的韧性，模具使用寿命有较大提高。模具钢的复相热处理工艺实例见表2-2。

表2-2模具钢的复相热处理工艺2.3模具热处理及表面强化技术的应用及发展2.3.2模具钢的真空热处理技术模具钢经真空热处理后，表面不氧化，不脱碳，淬火变形小，表面硬度均匀，钢的断裂韧度有所提高，模具的使用寿命普遍有所提高，一般可提高40%～400%，甚至更高。

2.3.3模具钢的深冷热处理技术深冷处理是指在－1300C以下对模具进行处理的一种方法。常用液氮（－1960C）为制冷剂。近年来的研究工作表明，模具钢经深冷处理以后，可以提高其力学性能，而且使用寿命也显著提高。模具钢的深冷处理可以在淬火后进行，也可以在淬火回火后进行，深冷热处理后应进行一次回火。2.3模具热处理及表面强化技术的应用及发展生产实践表明，表面强化技术是提高模具质量和延长模具使用寿命的重要措施。常用的表面强化技术有以下几种。1.化学热处理1）渗碳和碳氮共渗2）渗氮或氮碳共渗3）氧氮共渗、硫氮共渗、硫氮碳共渗、稀土催渗和多元共渗4）渗硼和渗金属2.高能束表面强化技术3.模具表面气相沉积强化2.3.4模具钢的表面强化技术2.3模具热处理及表面强化技术的应用及发展精密复杂塑料模具，尺寸精度和表面粗糙度都要求很高，模具加工好以后无论采用何种热处理都无法保证模具不变形。为了保证模具的精度，而且又使模具具有一定的力学性能，可在模具机械加工前进行预先热处理，使之达到使用时硬度（较低硬度25～30HRC，较高硬度40～50HRC)，然后把模具加工成形不再进行热处理，从而保证精密复杂模具的精度，这就是模具钢的预硬化技术。2.3.5模具钢的预硬化技术项目三模具材料的性能、质量检验与选用项目内容模具材料的性能与质量检验学习目标了解模具材料的性能与质量检验主要知识点模具与模具材料的分类模具钢的分类模具钢的冶金生产工艺模具钢的热加工工艺模具材料的性能要求模具材料的质量检验我国模具钢的技术要求模具材料的选用原则3.1模具与模具材料的分类3.1.1模具与模具材料的分类1.模具分类1）冷作模具冷作模具包括冷冲压模、冷挤压模、冷镦模、拉丝模等。2）热作模具热作模具包括热锻模、热精锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。3）成型模具成型模具包括塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末冶金模等。3.1模具与模具材料的分类3.1.1模具与模具材料的分类2.模具材料的分类3.1模具与模具材料的分类3.1.1模具与模具材料的分类3.模具钢的分类1）依据模具钢的特性、使用性能和工艺性能分：冷作模具钢，热作模具钢和塑料模具钢。

2）按模具钢的用途分：压铸模钢、冷冲压模具钢、冷挤压模具钢、热挤压模具钢、锻模模具钢等。

3）按模具钢的化学成分（合金化）来分：非合金模具钢、高碳高铬型模具钢、低合金模具钢、中合金空气淬硬钢、高合金模具钢等。4）按模具钢的工艺特点分水淬模具钢、油淬模具钢、空冷模具钢、易切削模具钢、火焰淬火模具钢、渗碳型模具钢、预硬型模具钢、时效硬化型模具钢等。3.2模具钢的生产加工工艺3.2.1模具钢的冶金生产工艺1.电炉冶炼电炉炼钢的钢水化学成分容易控制，因而钢材质量好，可冶炼高级优质特殊钢材。2.电渣重熔电渣重熔生产的模具钢，其内部组织均匀，等向性能好，碳化物分布均匀细小，提高了模具钢材的质量。3.炉外精炼

表3-14Cr5MoSiV1重熔钢和电炉钢锻材性能的比较3.2模具钢的生产加工工艺3.2.2模具钢的热加工工艺

1.钢锭锻轧经不同方法冶炼的模具钢浇注成所需钢锭，经过锻造或轧制生产出所需要的毛坯。

2.钢坯改锻由于模具钢含碳量及合金量很高，经钢厂锻轧后，钢坯中共晶碳化物不均匀度仍较大，偏析严重。使用单位从冶金厂购进的钢材首先应检验共晶碳化物的分布，如果不均匀度大于3级，则应进行改锻。3.锻轧工艺常用合金模具钢的锻造工艺，见表3-2。锻轧工艺的关键是锻造温度范围的选择，包括加热温度、始锻温度和终锻温度。此外，消除疏松、枝状晶和碳化物等缺陷必须要保证一定的锻造比。锻造比的确定与模具类型有关。表3-2常用合金模具钢的锻造工艺3.2模具钢的生产加工工艺3.2模具钢的生产加工工艺3.2.2模具钢的热加工工艺

4.锻轧工艺应用Cr12型冷模钢的塑性很差，共晶碳化物的分布对使用性能影响极大。通常，为进一步降低共晶碳化物级别，冶金厂供给的模具坯料需经使用单位多次反复徽拔改锻后才能使用。5.锻造缺陷及预防模具钢锻造中产生的主要缺陷是裂纹和开裂。（1）由于加热不当而引起的锻造开裂（2）由于锻打变形不当而引起的裂纹（3）终锻温度不当影响锻件质量（4）锻后冷却不当对锻件质量的影响（5）锻后出现白点（发裂）3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

模具材料的使用性能要求1）强度2）韧性3）硬度和热硬性4）耐磨性5）抗疲劳性3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

2.模具钢的常规力学性能1）强度2）硬度

（1）洛氏硬度（HR）（2）布氏硬度（HB）（3）维氏硬度（HV）3）耐磨性4）塑性5）韧性6）抗热性能：（1）热稳定性，（2）耐回火性7）耐蚀性3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

3.模具材料的工艺性能要求1）冷加工工艺性能

：冷加工工艺性能包括切削、磨削、抛光、冷挤压和冷拉等工艺性能。2）热加工工艺性能：热加工工艺性能包括热塑性和热加工温度范围等。（1）可锻性（2）铸造工艺性能（3）焊接性3）热处理工艺性能：热处理工艺性能实际上也是一种热加工工艺性能。（1）淬硬性和淬透性（2）淬火变形和开裂倾向（3）氧化脱碳敏感性3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

4.模具钢的冶金质量要求1）化学成分的均匀性：模具钢通常是含有多元素的合金钢，钢在锭模中从液态凝固时，由于选向结晶的缘故，钢液中各种元素在凝固的结构中分布不均匀而形成偏析，这种化学成分的偏析将造成组织和性能的差异，它是影响钢材质量的重要因素之一。2）有害元素的含量：硫和磷在钢凝固过程中形成磷化物和硫化物而在晶界沉淀，因而产生晶间脆性，使钢的塑性降低，过高的S、P含量，会使钢锭在轧制时易产生裂纹，而且会大大降低钢的力学性能。3）钢中的非金属夹杂物

：质量良好的钢材不仅化学成分要符合技术标准的规定，并且钢中的非金属夹杂物的含量要尽可能地少，因为非金属夹杂物在钢中所占的体积虽然很小，但对钢材的性能影响却很大。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

4.模具钢的冶金质量要求4）白点：白点是热轧钢坯和大型锻件中比较常见的缺陷，是钢的内部破裂的一种。白点的存在对钢的性能有极为不利的影响，这种影响主要表现在使钢的力学性能降低，热处理时使锻件淬火开裂，或使用时发展成更为严重的破坏事故，所以，在任何情况下，都不能使用有白点的锻件。不同的钢对白点的敏感程度是不同的，一般认为容易发生白点的钢有铬钢、铬铝钢、锰钢、锰铝钢、铬镍铝钢、铬钨钢等。5）氧含量：对模具钢一般都未规定钢中的允许的气体含量。随着氧含量的增加，氧化物的颗粒和数量都随之增加，钢的疲劳性能降低，热裂纹也容易产生。6）碳化物的不均匀度：碳化物是绝大多数模具钢的必需组分，除可溶于奥氏体的碳化物外，还会有部分不能溶于奥氏体的残留碳化物。碳化物的尺寸、形态、分布对模具钢的使用性能等有十分重要的影响。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

4.模具钢的冶金质量要求7）偏析：偏析即钢的成分与组织不均匀性的表现，这是在模具钢的低倍组织的检验中常存在的一种缺陷。是钢锭在凝固过程中形成的，与钢的化学成分和浇注温度等有关。一般分为树枝状的偏析、方形偏析、点状偏析等。8）疏松：疏松是钢的不致密性的表现。疏松多数出现在钢锭的上部及中部，在这些地方因为集中了较多的杂质和气体造成的。由于疏松缺陷的存在，降低了钢的强度和韧性，也严重地影响了加工后的表面的粗糙度，在一般的模具钢中的影响不是特别大，但如冷轧辊、大型的模块、冲头和塑料成型模具零件等都有较严格的要求。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.2模具材料的质量检验1.宏观检验：模具钢的宏观检验是用肉眼或在不大于10倍的放大镜下检查钢材表面或断面，以确定钢材组织缺陷及质量的方法。

1）酸浸检验：酸浸检验是常用的、最简单的宏观质量检验方法。

2）断口检验：断口检验也是一种重要的宏观分析手段，可以提供某些损坏的直观证据，从而发现钢材本身和模具制造中的问题。2.显微组织检验：显微组织检验是控制模具钢质量必要手段之一。通过在光学显微镜或其他显微镜下观察钢材组织，根据有关标准和规定判断质量和生产工艺是否合格或完善，并分析产生某些缺陷的原因。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求1.钢号系列：在GB/T1299——2000标准中，共纳入合金工具钢37个钢号，其中量具刃具用钢6个，耐冲击用钢5个，冷作模具钢11个，热作模具钢12个，无磁模具钢1个，塑料模具钢2个。2.化学成分：对钢的有害元素的规定，日本的标准规定较严，我国与美国标准规定相类似，比德国的标准规定严格。对成品的化学成分的偏差只有我国与日本的标准有规定。尤其规定残余w(Cu）含量应不大于0.30%,w(Cu+Ni）含量应不大于0.55%。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求3.低倍组织：在标准中规定，钢材应检验低倍组织，在酸浸低倍试片上不得有目视可见的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡和白点。表3-8GB/T1299——2000标准中规定的低倍组织合格级别3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求4.交货状态：除了美国标准规定交货状态为退火、淬火或回火外，其他工业先进国家的标准规定以退火状态交货。但是，在塑料模具钢方面用户己经要求以预硬化状态交货。模块要求六面进行机加工状态交货。我国一般规定退火状态交货。5.硬度：交货状态钢材和试样淬火后的硬