《模具钢介绍及选材》课件

模具钢介绍及选材模具钢是制造各种金属工件模具所需的特殊钢材。它要求具有良好的耐磨性、热处理性能和尺寸稳定性等特点,是模具制造的关键材料。模具钢概述定义模具钢是一种特殊的工具钢,主要用于制造各种模具。它具有优良的耐磨性、韧性和抗热震性能。特性模具钢应具有高强度、高硬度、良好的耐磨性和抗热冲击性,以确保模具使用过程中的稳定性和寿命。种类常见的模具钢包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、热作工具钢和冷作工具钢等。它们在化学成分、热处理工艺和性能方面各有特点。应用模具钢广泛应用于注塑模具、压铸模具、冲压模具、锻造模具等制造领域,是现代工业生产不可或缺的关键材料。模具钢的主要成分碳碳是最主要的合金元素,决定了模具钢的基本性能。含碳量一般在0.5%~1.5%。铬铬提高钢的硬度、耐磨性、抗腐蚀性等,含量一般为0.5%~5%。钨钨能提高钢的高温强度和硬度,含量一般为0.5%~18%。钒钒能细化组织,提高钢的强度和耐磨性,含量一般为0.1%~2%。碳素工具钢1成分简单碳素工具钢主要包含碳、铁两种成分,是最简单的工具钢种类。2质地坚硬通过热处理可以使碳素工具钢达到较高的硬度,适用于制造切削工具。3耐磨性好碳素工具钢具有良好的耐磨性,可以长期保持切削性能。4价格相对便宜由于成分简单,碳素工具钢的生产成本较低,价格相对较为便宜。合金工具钢高强度合金工具钢含有钨、钼、铬等元素,可以大幅提高钢材的硬度和强度,非常适合制造复杂模具和承受高压的工具。耐磨性强合金元素可以提高钢材的耐磨性,使模具在长期使用下仍能保持良好的表面质量。良好的热处理性能合金工具钢在加热和淬火过程中能够保持优良的组织结构和尺寸稳定性。高速钢优异的耐高温性能高速钢含有大量合金元素,如钨、钼、铬等,可以提高其硬度和耐热性能,即使在高温下也能保持良好的切削性能。卓越的切削性能高速钢具有优异的耐磨性和硬度,可以在较高的切削速度下保持尖利的刃口,适用于高速切削加工。复杂的组织结构高速钢由于含有大量合金元素,显微组织较为复杂,需要经过严格的热处理工艺来优化性能。冷作工具钢耐磨性强冷作工具钢具有良好的耐磨性,能长时间保持打磨后的细腻表面。适用于需要高耐磨性的工具,如金属切削刀具、模具等。优异的韧性冷作工具钢的韧性较高,可以承受一定的撞击和变形而不会破损。适用于需要承受冲击力的工具,如锤子、凿子等。良好的尺寸稳定性冷作工具钢在热处理后具有出色的尺寸稳定性,可以保持形状和精度。适用于对尺寸精度要求高的工具,如量具、测量仪等。热作工具钢耐高温性能热作工具钢具有良好的耐高温性能,能承受高温加工过程中的高温冲击和磨损。它们通常用于制造模具、锻造锤头、压铸模具等设备。高硬度热作工具钢经过特殊的热处理,能达到高硬度。这确保了它们在高温环境下仍能保持良好的耐磨损性和稳定性。耐热氧化热作工具钢还具有良好的抗热氧化性,减少了高温环境下的表面氧化和脱碳问题。这延长了模具的使用寿命。高韧性适当的合金成分赋予了热作工具钢足够的韧性,能承受高温加工过程中的冲击和变形。模具钢的热处理淬火通过快速加热后快速冷却以提高硬度和强度。需要根据不同钢种选择合适的加热温度和冷却介质。回火通过适当的加热和缓慢冷却来降低内部应力和提高韧性。回火温度和时间需要根据钢种而定。退火通过缓慢加热和冷却来软化钢材,降低硬度和提高加工性。退火温度和时间需根据具体情况而定。调质先淬火后回火,组合热处理工艺可以同时提高硬度和韧性。对模具制造很重要。淬火淬火过程淬火是模具制造中的关键工艺之一。通过快速加热和冷却,可以提高模具钢的硬度和强度。这是保证模具使用寿命的重要步骤。淬火后的特性淬火后,模具钢表面会形成一层坚硬的马氏体结构,能有效抵御磨损和变形。这为后续的抛光和表面处理奠定了基础。淬火技术正确的淬火工艺包括合理的加热温度、冷却介质以及冷却速度等,都需要严格控制。这需要丰富的经验和先进的装备支持。回火1缓解内部应力回火是在经过淬火后对工件进行热处理,目的是缓解内部应力,提高韧性。2控制硬度通过调整回火温度,可以适当降低工件的硬度,提高其塑性和韧性。3改善性能合理的回火处理可以进一步改善工件的耐磨性、耐冲击性和抗开裂性能。4选择适当温度不同材质的模具钢需要选择不同的回火温度,以达到最佳的性能。退火退火工艺退火是模具钢热处理的一个重要步骤,通过缓慢冷却来消除内部应力,提高模具的强度和延展性。退火温度模具钢的退火温度一般在700-800℃之间,根据不同钢种适当调整。适当的退火可以提高模具钢的耐磨性和冲击韧性。退火效果评价通过金相分析可以观察到退火后的组织结构,确保内部应力充分释放,为后续热处理做好准备。调质加热与淬火模具钢首先需要加热到一定温度并快速冷却,使其达到较高的硬度。回火接着需要在适当的温度下加热并缓慢冷却,以提高韧性并消除内应力。调整性能通过调质处理,可以精确调整模具钢的硬度、强度和韧性,满足使用需求。模具钢的表面处理镀铬镀铬是一种常见的模具钢表面处理方式,能够提高耐磨性和耐腐蚀性。氮化氮化处理可以显著提升模具钢表面的硬度和耐磨性,适用于高应力和高摩擦的场景。离子镀离子镀可以在模具表面形成致密、均匀的涂层,提高耐磨性和耐蚀性。PVD涂层PVD涂层技术能在模具表面沉积致密、耐磨的涂层,适用于高温高压环境。铬钨处理强化表面铬钨处理可以在模具表面形成一层高硬度的钨化物和碳化物层，提高模具的耐磨性和表面强度。防腐抗氧化经过铬钨处理的模具表面还能够提高耐腐蚀性和抗氧化能力，延长模具的使用寿命。提高光洁度通过精确的铬钨处理工艺还能够改善模具表面的光洁度，提高产品的外观质量。窒化表面硬化处理窒化是一种表面热化学处理方法,能有效提高钢铁制品表层的硬度和耐磨性。高温氮化在高温下,钢件被浸泡在富含氮的气体或液体中,氮原子会渗入表层形成硬质氮化物。增强耐磨性窒化处理可以大幅提高模具表面的抗磨损性能,延长模具的使用寿命。离子淋渍原理离子淋渍是一种表面改性技术,通过将模具表面浸入氮等离子中进行热处理,从而增强表面强度和耐磨性。优点这种方法能够显著提升模具表面的硬度和抗磨损能力,大幅延长模具的使用寿命。同时还能改善表面平整度和光洁度。工艺离子淋渍过程包括真空抽气、离子活化、扩散渗透等步骤,通过严格控制温度、时间等参数来达到理想效果。应用离子淋渍广泛应用于塑料注塑、压铸、模锻等模具领域,能有效改善模具的使用性能。模具钢的选材要点1了解模具使用环境如操作温度、工作压力、模具寿命要求等，这些因素决定了所需要的模具钢性能。2分析模具承受应力如压缩应力、剪切应力等，选用具有合适强度和抗疲劳性能的模具钢。3考虑模具加工工艺选用易于加工的模具钢，以提高模具的制造效率和质量。4关注模具钢的性能要求如硬度、韧性、耐磨性、抗热影响等，以满足模具使用的各项需求。模具应用条件分析模具工作环境分析模具在生产过程中所面临的温度、压力、振动等因素,选用合适的钢材以确保模具的耐久性和稳定性。生产要求根据所生产零件的复杂程度、精度要求、表面质量等因素,选用最适合的模具钢种。模具制造工艺考虑模具的加工工艺,选用易加工、容易热处理的模具钢种,确保模具制造过程的高效顺利。模具使用环境高温环境模具在注塑成型过程中需承受高温，塑料熔体可达200-300°C的高温条件。高压环境模具在注塑过程中同时面临上千吨的高压力，必须具备足够的强度和刚性。磨损环境模具表面在快速填充和冷却的过程中承受严重的磨损，需要耐磨性能良好的材料。模具承受的应力外部压力模具在成型过程中会承受来自成型压力、挤压力等外部作用力。这需要材料具有足够高的抗压强度。冲击载荷在注塑和压铸工艺中,模具会遭受大的瞬时冲击载荷。材料必须具有良好的抗冲击性能。疲劳应力模具在不断的开合和产品脱模过程中会遭受周期性的应力变化,材料需要有出色的抗疲劳性能。模具制造工艺1模具设计合理的模具设计可以确保产品质量和生产效率。需要考虑材料、工艺、尺寸等多方面因素。2零件加工采用铣削、车削、磨削等加工工艺制造模具的各个零部件。严格把控工艺参数以确保精度。3装配调试将精加工的零件组装成完整的模具,并进行调试校正,确保模具的工作性能。4表面处理模具表面通常需要进行优化,如镀膜、氧化等表面处理工艺,提高模具耐磨性和使用寿命。模具材料性能要求耐磨性模具在重复使用过程中需要承受高度的摩擦和冲击力,因此材料必须具有优异的耐磨性。抗开裂性模具承受的重复应力可能会导致裂纹和开裂,所以材料需要有良好的抗开裂性。尺寸稳定性模具的尺寸精度对成品质量至关重要,材料必须能在高温下保持形状和尺寸的稳定。强度与韧性材料需要足够的强度和韧性以承受成型过程中的各种应力,防止变形和失效。模具钢的选择原则满足模具使用条件选择模具钢时需考虑模具的使用环境和承受的应力,以满足模具的性能要求。适合热处理工艺选用的模具钢需能够良好地经受模具制造工艺,如淬火、回火等热处理过程。具备良好加工性模具钢应易于切削、锻造、焊接等加工,以提高模具制造效率。适合表面处理工艺选用的模具钢应能够承受表面处理工艺,如铬钨镀层、窒化等,以提升使用寿命。常用模具钢牌号碳素工具钢如W1、W2、W6等,适用于制造低硬度、韧性要求较高的模具。合金工具钢如40Cr、Cr12、Mn12Cr4V等,适用于制造中等硬度和耐磨性要求的模具。高速钢如M2、M3:2、M42等,适用于制造高硬度、高耐磨的模具,如塑料注塑模具。热作工具钢如H13、H21等,适用于制造各种压锻模、挤压模、挤出模和压铸模等。碳素工具钢特点碳素工具钢含碳量较高,具有优良的硬度和耐磨性。但韧性较差,抗冲击性能较弱。应用主要用于制造需要高硬度的工具,如切削刀具、冲压模具、冷挤压模具等。种类常见的碳素工具钢牌号有W1、W2、W6等,其中W6含碳量最高,硬度最高。热处理碳素工具钢需要经过淬火和回火处理,以提高硬度和耐磨性。合金工具钢1高性能合金合金工具钢添加了钼、钒、钨等元素,提高了耐磨性、强度和韧性,适用于制造各种精密模具。2优异的热稳定性合金工具钢在高温下仍能保持出色的硬度和强度,适用于制造高温模具。3广泛应用领域合金工具钢广泛应用于塑料注射模具、压铸模具、冲压模具等各类精密模具制造。高速钢材料性能高速钢具有出色的耐磨性、高温强度和韧性,适用于制造各种刀具和冲压模具。广泛应用广泛用于制造切削工具、冲压模具、板料成形模具等,是模具制造的重要材料。热处理工艺高速钢需经过淬火、回火等热处理工艺,以提高其硬度和抗热冲击性能。热作工具钢高温强度热作工具钢具有优良的高温强度和韧性,能在高温环境下承受剧烈的应力和冲击。耐磨性热作工具钢表面经过特殊处理,具有卓越的耐磨性,可以长期承受高温高压下的磨损。耐热性热作工具钢能在高温下保持稳定的组织结构和性能,不易发生软化或变形。冷作工具钢特点冷作工具钢具有优异的硬度、耐磨性和韧性,可用于制造各种冷加工模具和工具,如冲压模具、剪切刀具、拉拔模具等。常见牌号主要包括碳素工具钢(如W1、W2等)和合金工具钢(如Cr12、Cr12MoV等)。这些材料经过热处理可达到HRC55-63的硬度。应用场景冷作工具钢广泛应用于需要高硬度和耐磨性的各种冷加工模具和工具的制造,能满足复杂零件的高精度加工要求。选材建议选用时应根据具体加工工艺、零件形状复杂程度、使用环境等因素进行合理选择。对于高要求的模具,可采用合金工具钢。模具钢选材实例汽车仪表盘模具材料选用热作工具钢