模具材料及表面处理课件

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1、普通高等教育普通高等教育普通高等教育普通高等教育“ “十一五十一五十一五十一五” ”国家级规划教国家级规划教国家级规划教国家级规划教材材材材高高高高 等等等等 职职职职 业业业业 教教教教 育育育育 机机机机 电电电电 类类类类 规规规规 划划划划 教教教教 材材材材机机机机 械械械械 工工工工 业业业业 出出出出 版版版版 社社社社 精精精精 品品品品 教教教教 材材材材模具材料及表面处理（第二版）（第二版）主编：吴兆祥主编：吴兆祥模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件一、模具材料技术在模具工业中的地位一、模具材料技术在模具工业中的地位1 1、模具是重要的加工工艺装备、模具是重要的加工

2、工艺装备绪绪 论论l 汽车、拖拉机零件： 70%l 塑料制品： 80%90%l 日用五金： 60%70%2、模具材料技术对模具及被加工产品的影响l 模具材料技术影响到模具的制造成本。l 模具材料技术影响到模具的寿命，从而影响产品成本。l 模具材料技术影响模具的质量，从而影响产品的质量。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件3、行业要求l合理选用模具材料。l合理实施模具的热处理及表面处理。l大力推广模具新材料、新工艺、新技术的应用。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件二、国内、外模具材料技术水平概况二、国内、外模具材料技术水平概况1 1、国内概况、国内概况l 模具钢系列化水平提高，

3、现纳入GB有26只钢。l 研制出不少新型模具钢：冷作模具钢有GD、CH-1、LD、65Nb、CG-2等。热作模具钢有5Cr2NiMoVSi、HM1、012Al、HD等。塑料模具钢有P20、718、8Cr2S、5NiSCa等。l 硬质合金和钢结硬质合金应用成熟。l 强韧化处理新工艺广泛采用。l 表面技术水平不断提高。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2 2、国外概况、国外概况l 发达国家的模具钢系列化标准化程度高。l 发达国家模具钢品种规格齐全，多以厚板方料扁料类型并经预处理状态供应市场。l 发达国家模具钢冶金技术先进，钢材的纯净度、均匀性高。l 发达国家重视模坯及模具使用的后处理。l

4、 发达国家模具表面处理设备及工艺先进。三、课程性质与学习要求三、课程性质与学习要求本门课程属于专业课程，学习要求如下：掌握各类模具材料的特性、强韧化方法、使用范围。正确选用模具材料热处理方法。熟悉各类模具的表面处理及选用。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第一章 模具材料概论第一节第一节 模具及模具材料分类模具及模具材料分类一、模具分类一、模具分类一、模具分类一、模具分类l l冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。l l热作模具：热锻模、热

5、挤压模、压铸模、热冲裁模等。热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。l l成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末 冶金模等。冶金模等。冶金模等。冶金模等。按工作条件分：按工作条件分：按工作条件分：按工作条件分：按材料、工艺、设备分：按材料、工艺、设备分：按材料、工艺、设备分：按材料、工艺、设备分：1010类类类类模具材料及表面处理课件模具材料及表面

6、处理课件二、模具材料分类二、模具材料分类二、模具材料分类二、模具材料分类模具材料模具材料模具材料模具材料模具钢模具钢模具钢模具钢冷作模具钢冷作模具钢冷作模具钢冷作模具钢热作模具钢热作模具钢热作模具钢热作模具钢塑料模具钢塑料模具钢塑料模具钢塑料模具钢其他模具其他模具其他模具其他模具材材材材 料料料料铸铁铸铁铸铁铸铁非铁金属及合金非铁金属及合金非铁金属及合金非铁金属及合金硬质、钢结硬质合金硬质、钢结硬质合金硬质、钢结硬质合金硬质、钢结硬质合金非金属材料非金属材料非金属材料非金属材料模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第二节第二节 模具材料的主要性能指标模具材料的主要性能指标一、强度一、强度

7、一、强度一、强度强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标l l冷作模具材料的变形抗力指标是：冷作模具材料的变形抗力指标是：冷作模具材料的变形抗力指标是：冷作模具材料的变形抗力指标是： 0.20.2或或或或 s sl l热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度l l冷作模具的断裂抗力指标是：冷作模具的断裂抗力指标是：冷作模具的断裂抗力指标是：冷作模具的断裂抗力

8、指标是： b b、 bbbb、抗压抗压抗压抗压 0.20.2和和和和K K1C1C影响强度的主要因素有：影响强度的主要因素有：影响强度的主要因素有：影响强度的主要因素有：l l钢的化学成分钢的化学成分钢的化学成分钢的化学成分l l金相组织金相组织金相组织金相组织l l内应力状态内应力状态内应力状态内应力状态模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件二、硬度与热硬性二、硬度与热硬性二、硬度与热硬性二、硬度与热硬性硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。

9、热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。热硬性是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：模具对硬度的要求一般是：模具对硬度的要求一般是：模具对硬度的要求一般是：l l冷作模具为：冷作模具为：冷作模具为：冷作模具为：5260HRC5260HRCl l热作模具为：热作模具为：热作模具为：热作模具为：4052HRC4052HRC 因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模具因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模具因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模具因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模具的

10、性能要求在图样上只用硬度标注。的性能要求在图样上只用硬度标注。的性能要求在图样上只用硬度标注。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：影响硬度和热硬性的因素主要有：影响硬度和热硬性的因素主要有：影响硬度和热硬性的因素主要有：l l钢的化学成分钢的化学成分钢的化学成分钢的化学成分l l热处理工艺热处理工艺热处理工艺热处理工艺l l表面处理工艺表面处理工艺表面处理工艺表面处理工艺模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件三、耐磨性三、耐磨性表征材料抗磨损的性能。表征材料抗磨损的性能。表征材料抗磨损的性能。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评价耐磨性指标

11、：磨损量或相对磨损量评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量磨损形式主要有：磨损形式主要有：磨损形式主要有：磨损形式主要有：l l 磨料磨损磨料磨损磨料磨损磨料磨损l l 粘着磨损粘着磨损粘着磨损粘着磨损l l 氧化磨损氧化磨损氧化磨损氧化磨损l l 疲劳磨损疲劳磨损疲劳磨损疲劳磨损影响磨损的因素有：影响磨损的因素有：影响磨损的因素有：影响磨损的因素有：l l 化学成分化学成分化学成分化学成分l l 组织状态组织状态组织状态组织状态l l 力学性能力学性能力学性能力学性能l l 润滑条件润滑条件润滑条件润滑条件四、韧性四、韧性四、韧性四、韧性 韧性是指材料在冲击载荷

12、作用下抵抗脆断的能韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的能韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的能韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的能力。力。力。力。 评介指标：冲击韧度评介指标：冲击韧度评介指标：冲击韧度评介指标：冲击韧度a ak k、静弯曲挠度、静弯曲挠度、静弯曲挠度、静弯曲挠度 影响因素：钢的成分、组织和冶金质量影响因素：钢的成分、组织和冶金质量影响因素：钢的成分、组织和冶金质量影响因素：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；例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越高；例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越高；例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越高；细晶

13、粒组织、细晶粒组织、细晶粒组织、细晶粒组织、MM板板、BB下下、S S回回都具有高的韧性都具有高的韧性都具有高的韧性都具有高的韧性。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件三、耐热性三、耐热性 表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正常表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正常表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正常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。工作的能力。工作的能力。工作的能力。 评价指标：高温热稳定性、抗氧化性评价指标：高温热稳定性、抗氧化性评价指标：高温热稳定性、抗氧化性评价指标：高温热稳定性、抗氧化性 l 高温热稳定性常以材料在高温热稳定性常以材料在高温热稳定性常

14、以材料在高温热稳定性常以材料在600700600700时的屈服时的屈服时的屈服时的屈服强度表示。强度表示。强度表示。强度表示。 影响因素：再结晶温度影响因素：再结晶温度影响因素：再结晶温度影响因素：再结晶温度 回火稳定性回火稳定性回火稳定性回火稳定性五、耐蚀性五、耐蚀性五、耐蚀性五、耐蚀性l 含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具含有氯、氟的被加工材料对模具型腔具有一定的腐蚀性。有一定的腐蚀性。有一定的腐蚀性。有一定的腐蚀性。l 合金化和表面处理是提高耐蚀性的主要合金化和表面处理是提高耐蚀性的主要合金化和表面处理是提高耐蚀性的主要

15、合金化和表面处理是提高耐蚀性的主要方法。方法。方法。方法。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第三节第三节 模具的失效形式及分析模具的失效形式及分析一、模具的失效形式一、模具的失效形式一、模具的失效形式一、模具的失效形式冷冲压模具过量塑性变形而失效：冷冲压模具过量塑性变形而失效：冷冲压模具过量塑性变形而失效：冷冲压模具过量塑性变形而失效：模具的失效形式：模具的失效形式：模具的失效形式：模具的失效形式： 模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。热锻模塌陷、磨损失效：热锻模塌陷、

16、磨损失效：热锻模塌陷、磨损失效：热锻模塌陷、磨损失效：模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件冷镦冲头磨损、折断失效：冷镦冲头磨损、折断失效：冷镦冲头磨损、折断失效：冷镦冲头磨损、折断失效：二、模具失效分析二、模具失效分析二、模具失效分析二、模具失效分析模具失效分析的步骤：模具失效分析的步骤：模具失效分析的步骤：模具失效分析的步骤：l 生产现场调查生产现场调查生产现场调查生产现场调查l 模具用材和制造工艺调查模具用材和制造工艺调查模具用材和制造工艺调查模具用材和制造工艺调查l 对模具进行失效分析对模具进行失效分析对模具进行失效分析对模具进行失效分析 模具失效原因主要产生在制造过程：模具失效

17、原因主要产生在制造过程：模具失效原因主要产生在制造过程：模具失效原因主要产生在制造过程：模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l l结构设计不当结构设计不当结构设计不当结构设计不当l l材料选择和质量问题材料选择和质量问题材料选择和质量问题材料选择和质量问题l l毛坯锻造不良毛坯锻造不良毛坯锻造不良毛坯锻造不良l l机械加工缺陷机械加工缺陷机械加工缺陷机械加工缺陷l l热处理不当热处理不当热处理不当热处理不当l l装配精度不高装配精度不高装配精度不高装配精度不高例：冷冲压冲头的失效分析例：冷冲压冲头的失效分析例：冷冲压冲头的失效分析例：冷冲压冲头的失效分析RR处断裂处断裂处断裂处断裂 冲

18、击疲劳造成冲击疲劳造成冲击疲劳造成冲击疲劳造成DD处磨损超差处磨损超差处磨损超差处磨损超差 表面硬度不足造成表面硬度不足造成表面硬度不足造成表面硬度不足造成改进措施：改进措施：改进措施：改进措施： 增加增加增加增加RR处的过渡圆角处的过渡圆角处的过渡圆角处的过渡圆角 D D处采用表面强化处理处采用表面强化处理处采用表面强化处理处采用表面强化处理模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第二节第二节 影响模具寿命的主要因素影响模具寿命的主要因素 一、模具结构设计对模具寿命的影响一、模具结构设计对模具寿命的影响一、模具结构设计对模具寿命的影响一、模具结构设计对模具寿命的影响1 1、模腔结构的影响

19、、模腔结构的影响、模腔结构的影响、模腔结构的影响l l组合式优于整体式组合式优于整体式组合式优于整体式组合式优于整体式塔形锻造凹模式塔形锻造凹模式塔形锻造凹模式塔形锻造凹模式 螺栓冷镦凹模螺栓冷镦凹模螺栓冷镦凹模螺栓冷镦凹模a)a)为整体式，易于开裂。为整体式，易于开裂。为整体式，易于开裂。为整体式，易于开裂。b)b)为组合式，不易开裂，寿命长。为组合式，不易开裂，寿命长。为组合式，不易开裂，寿命长。为组合式，不易开裂，寿命长。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、模腔过渡圆角半径、模腔过渡圆角半径R的影响的影响 冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：冷挤压凹模几何形状及尺寸对模

20、具寿命的影响： 由图可见，金属由图可见，金属由图可见，金属由图可见，金属入口处的形状和内圆角半径入口处的形状和内圆角半径R对模对模具寿命影响很大，增大圆角半径具寿命影响很大，增大圆角半径R，可提高模具寿命。，可提高模具寿命。l l根据经验：根据经验：根据经验：根据经验：r=(23.5)Rr=(23.5)R适宜适宜适宜适宜3 3、模具工作部位角度的影响、模具工作部位角度的影响、模具工作部位角度的影响、模具工作部位角度的影响uu 反挤压凸模结构与寿命：反挤压凸模结构与寿命：反挤压凸模结构与寿命：反挤压凸模结构与寿命：模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 a) a)、b)b)凸模顶部设有斜角

21、，所受单凸模顶部设有斜角，所受单凸模顶部设有斜角，所受单凸模顶部设有斜角，所受单位挤压力小，模具寿命较位挤压力小，模具寿命较位挤压力小，模具寿命较位挤压力小，模具寿命较c)c)显著提高。显著提高。显著提高。显著提高。uu模锻斜角模锻斜角模锻斜角模锻斜角 及圆角半径对应力的影响：及圆角半径对应力的影响：及圆角半径对应力的影响：及圆角半径对应力的影响： 由图可见，模锻斜角由图可见，模锻斜角由图可见，模锻斜角由图可见，模锻斜角 越大，圆角半径越大，越大，圆角半径越大，越大，圆角半径越大，越大，圆角半径越大，底部所受最大比较应力越小。底部所受最大比较应力越小。底部所受最大比较应力越小。底部所受最大比较

22、应力越小。二、模具制造质量对模具寿命的影响二、模具制造质量对模具寿命的影响二、模具制造质量对模具寿命的影响二、模具制造质量对模具寿命的影响l l 零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。l l RRa a低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。l l 硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具

23、寿命高。硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。l l 装配精度高，模具寿命高。装配精度高，模具寿命高。装配精度高，模具寿命高。装配精度高，模具寿命高。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件三、模具材料对模具寿命的影响三、模具材料对模具寿命的影响l l 模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料，模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料，模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料，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。模具寿命不同。模具寿命不同。模具寿命不同。l l 零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同，零件硬度：不同工作条

24、件的模具，硬度要求不同，零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同，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。并非硬度越高模具的寿命越长。并非硬度越高模具的寿命越长。并非硬度越高模具的寿命越长。l l 冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度低，模具寿命短。低，模具寿命短。低，模具寿命短。低，模具寿命短。l l 新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命新材料：积极使

25、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四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响l 正确的预先热处理规范对提高模具寿命起着很正确的预先热处理规范对提高模具寿命起着很正确的预先热处理规范对提高模具寿命起着很正确的预先热处理规范对提高模具寿命起着很大作用。大作用。大作用。大作用。l l 采用先进的强韧化方法（淬火采用先进的强韧化方法（淬火采用先进的强韧化方法（淬火采用先进的强韧化方法（淬火+回火）可以提高回火）可以提高回火）可以提高回火）可以提高模具的寿命。模具的寿命。模具的寿命。模具的寿命。

26、l l 表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件五、模具的使用对模具寿命的影响五、模具的使用对模具寿命的影响 1 1、锻压设备的精度、刚度差，将加速模、锻压设备的精度、刚度差，将加速模、锻压设备的精度、刚度差，将加速模、锻压设备的精度、刚度差，将加速模具的磨损。具的磨损。具的磨损。具的磨损。 2 2、被加工材料性质不符合要求，对模具、被加工材料性质不符合要求，对模具、被加工材料性质不符合要求，对模具、被加工材料性质不符合要求，对模具寿命产生影响。寿

27、命产生影响。寿命产生影响。寿命产生影响。 3 3、模具的安装与使用条件。体现在安装、模具的安装与使用条件。体现在安装、模具的安装与使用条件。体现在安装、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。精度、润滑油选择、冷却措施的合理性。精度、润滑油选择、冷却措施的合理性。精度、润滑油选择、冷却措施的合理性。 4 4、模具的操作规程及维护。主要体现在、模具的操作规程及维护。主要体现在、模具的操作规程及维护。主要体现在、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、中模具使用过程中的后续处理，中途保温、中模具使用过程中的后续处理，中途保温、中模具使用过程中

28、的后续处理，中途保温、中间去应力回火。间去应力回火。间去应力回火。间去应力回火。 5 5、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产、入库防锈、及时刃磨对模具寿命都产生影响。生影响。生影响。生影响。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第二章第二章 冷作模具材料冷作模具材料第一节第一节 冷作模具对材料性能的要求冷作模具对材料性能的要求一、使用性能要求一、使用性能要求一、使用性能要求一、使用性能要求冷作模具的受载形式冷作模具的受载形式冷作模具的受载形式冷作模具的受载形式拉伸、弯曲、压缩拉伸、弯曲、压缩拉伸、弯曲、压缩拉伸、弯曲、压缩

29、冲击、疲劳、摩擦冲击、疲劳、摩擦冲击、疲劳、摩擦冲击、疲劳、摩擦冷作模具的失效形式冷作模具的失效形式冷作模具的失效形式冷作模具的失效形式磨损、开裂磨损、开裂磨损、开裂磨损、开裂断裂、变形、咬合、断裂、变形、咬合、断裂、变形、咬合、断裂、变形、咬合、使用性能的基本要求：使用性能的基本要求：使用性能的基本要求：使用性能的基本要求：l l良好的耐磨性良好的耐磨性良好的耐磨性良好的耐磨性模具硬度应高于工件的模具硬度应高于工件的模具硬度应高于工件的模具硬度应高于工件的30%50%30%50%模具组织应为模具组织应为模具组织应为模具组织应为MM回回或或B B下下加细小碳化物加细小碳化物加细小碳化物加细小碳

30、化物l l高强度高强度高强度高强度 S S、 压压压压应满足模具受载要求应满足模具受载要求应满足模具受载要求应满足模具受载要求l足够的韧性（受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具）足够的韧性（受冲击载荷大、易受偏心弯曲的模具）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l l良好的抗疲劳性：良好的抗疲劳性：良好的抗疲劳性：良好的抗疲劳性： -1-1应满足模具的要求应满足模具的要求应满足模具的要求应满足模具的要求l l良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料

31、的性质二、工艺性能要求二、工艺性能要求l锻造性锻造性热锻变形抗力低、塑性好热锻变形抗力低、塑性好锻造温度范围宽锻造温度范围宽锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小l切削加工性切削加工性切削力小、切削用量大切削力小、切削用量大刀具磨损小、加工表面光洁刀具磨损小、加工表面光洁l磨削加工性磨削加工性对砂轮质量及冷却条件不敏感对砂轮质量及冷却条件不敏感不易发生磨伤与磨裂不易发生磨伤与磨裂l热处理工艺性热处理工艺性淬透性淬透性 ：获得淬硬层深度：获得淬硬层深度回火稳定性：模具钢受热软化的能力回火稳定性：模具钢受热软化的能力脱碳倾向、过热敏感性脱碳倾向、过热敏感性淬火变形开裂倾向淬火变形

32、开裂倾向模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件三、冷作模具材料的成分特点三、冷作模具材料的成分特点1、钢的含量、钢的含量对高耐磨的冷作模具：对高耐磨的冷作模具：0.7%2.3%C对高强韧性冷作模具：对高强韧性冷作模具：0.5%0.7%C2、合金化特点、合金化特点加入强碳化物形成元素和增加淬透性的元素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：主要合金元素的作用：锰锰淬透性淬透性 减小变形减小变形有回火脆有回火脆硅硅淬透性淬透性回火稳定性回火稳定性屈服强度屈服强度过热脱碳倾向大过热脱碳倾向大铬铬淬透性淬透性抗氧化性抗氧化性耐磨性耐磨性有回火脆性有回火脆性镍镍强度和韧性强度和韧

33、性淬透性淬透性耐蚀性耐蚀性有回火脆有回火脆模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 钼、钨、钒：钼、钨、钒：属强碳化物形成元素，具有二次属强碳化物形成元素，具有二次硬化效果，对提高钢的回火稳定性、耐磨性、耐热性硬化效果，对提高钢的回火稳定性、耐磨性、耐热性都具有显著作用。都具有显著作用。第二节第二节 冷作模具材料及热处理规范冷作模具材料及热处理规范冷作模具钢综合分类：冷作模具钢综合分类： 低淬透性冷作模具钢低淬透性冷作模具钢 低变形冷作模具钢低变形冷作模具钢 高耐磨微变形冷作模具钢高耐磨微变形冷作模具钢 抗冲击冷作模具钢抗冲击冷作模具钢 高强韧性冷作模具钢高强韧性冷作模具钢 高耐磨、高韧性

34、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特殊用途冷作模具钢模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件一、低淬透性冷作模具钢一、低淬透性冷作模具钢（一）碳素工具钢（一）碳素工具钢1、主要性能特点、主要性能特点 优点：优点：价格便宜，来源方便，较高的硬度，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。一定的耐磨性，易于锻造，易于软化。 缺点：缺点：淬透性差，淬火易于变形、开裂淬透性差，淬火易于变形、开裂 ，模具寿命短。模具寿命短。典型钢种：典型钢种：T7A、T10A、T12A2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 锻造工艺见表锻造工艺见表23。工艺要点：工艺要

35、点： 终锻温度不能过高，冷却速度不宜过缓（锻后空终锻温度不能过高，冷却速度不宜过缓（锻后空冷），以避免析出二次网状渗碳体。冷），以避免析出二次网状渗碳体。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l无粗大或网状碳化物时，采用球化退火。无粗大或网状碳化物时，采用球化退火。l出现粗大或网状碳化物时，先正火再球化退火。出现粗大或网状碳化物时，先正火再球化退火。2）退火与正火）退火与正火锻后模具毛坯应经预备热处理：锻后模具毛坯应经预备热处理：u球化退火和正火工艺见表球化退火和正火工艺见表2-4、2-5。3）淬火与回火）淬火与回火 碳素工具钢淬火和回火工艺规范见表碳素工具钢淬火和回火工艺规范见表2-6

36、，但对于具体模具应进行选择。，但对于具体模具应进行选择。n淬火温度的选择淬火温度的选择考虑的因素见图考虑的因素见图2-1、2-2。 图图2-1 淬火温度对淬火温度对T10A钢强韧性的影响 图图2-2 淬火温度对淬火温度对T8钢钢淬硬层深度的影响淬硬层深度的影响模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 综合分析如下综合分析如下： 提高淬火温度，钢的强韧性下降，变形、开裂提高淬火温度，钢的强韧性下降，变形、开裂的倾向增大。但提高淬火温度，可提高淬透性，增的倾向增大。但提高淬火温度，可提高淬透性，增加硬化层深度，提高模具的承载能力。加硬化层深度，提高模具的承载能力。据此，碳素工具钢制模具的淬火温

37、度选择原则是：据此，碳素工具钢制模具的淬火温度选择原则是：l对于小型模具，可采用较低淬火温度对于小型模具，可采用较低淬火温度（760780）。）。l对于较大型模具，适当提高淬火温度对于较大型模具，适当提高淬火温度（800850）。）。l对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。对于形状复杂的模具，应采用较低淬火温度。n淬火冷却方式的选择淬火冷却方式的选择冷却方式冷却方式水溶液、油冷水溶液、油冷水溶液水溶液油、水溶液油、水溶液硝盐硝盐分级淬火、等温淬火分级淬火、等温淬火具体冷却方法及适用范围见表具体冷却方法及适用范围见表2-7。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件n 回火温度选择回火温度选

38、择 淬火后应及时回火，回火温度根据性能要淬火后应及时回火，回火温度根据性能要求而定。图求而定。图2-3所示为碳素工具钢的力学性能所示为碳素工具钢的力学性能与回火温度的关系。与回火温度的关系。图图2-3综合分析，回火温度确定如下：综合分析，回火温度确定如下：l硬度要求较高时，宜采用硬度要求较高时，宜采用150200回火。回火。l抗弯强度要求较高时，宜采用抗弯强度要求较高时，宜采用220280回火回火n回火时间回火时间 12小时小时n回火冷却回火冷却 油冷或硝盐浴油冷或硝盐浴3、应用范围、应用范围 碳素工具钢只适宜制作尺寸较小、形碳素工具钢只适宜制作尺寸较小、形状简单受载轻、生产批量不大的模具。状

39、简单受载轻、生产批量不大的模具。 如：如：T7-轻载小型冷作模，轻载小型冷作模，T8-拉深模，拉深模，T10-冷冷镦模，镦模，T12-拉丝、切边模拉丝、切边模模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（二）（二）GCr15钢钢1、主要性能特点、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：钢是专用轴承钢，冶金质量较高，与碳工钢相比：l硬度高，耐磨性好硬度高，耐磨性好 l接触疲劳强度高接触疲劳强度高l淬透性高，淬、回火变形开裂倾向小淬透性高，淬、回火变形开裂倾向小l回火稳定性高，有较高的强韧性回火稳定性高，有较高的强韧性l使用寿命大幅提高使用寿命大幅提高2、热加工工艺、热加

40、工工艺GCr15钢的锻造性能较好，工艺规程一般是：钢的锻造性能较好，工艺规程一般是： 加热温度：加热温度：10501100 始锻温度：始锻温度：10201080 终锻温度：终锻温度：850，锻后缓冷。，锻后缓冷。l锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。锻造工艺不当，碳化物将出现不良分布。1)锻造锻造模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2)球化退火与正火球化退火与正火锻后采用等温球化退火：锻后采用等温球化退火：加热温度：加热温度：770790，保温，保温24h。等温温度：等温温度：690720，等温，等温46h。退火后硬度：退火后硬度：217255HBW。l锻后若出现网状、条状碳化物，在退

41、火前必须正火。锻后若出现网状、条状碳化物，在退火前必须正火。正火工艺：正火工艺： 加热温度加热温度 930950。 冷却方式冷却方式 小型模块，空冷；较大模块，鼓小型模块，空冷；较大模块，鼓风或喷雾；大型模块，热油中冷却。风或喷雾；大型模块，热油中冷却。3）淬火与回火）淬火与回火淬火加热温度：淬火加热温度：830860，油冷。，油冷。l尺寸较大或分级淬火的模具，宜选尺寸较大或分级淬火的模具，宜选840860。l尺寸较小模具，宜选尺寸较小模具，宜选830850。l箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。箱式炉加热应比盐浴炉加热温度高。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 3、应用、应用 适于制作

42、精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、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。搓丝板和成型模。 二、低变形冷作模具钢二、低变形冷作模具钢成分特点：成分特点：碳工钢碳工钢+少量少量Gr、Mn、Si、W、V典型钢种：典型钢种：CrWMn、9Mn2V、MnCrWV（一）（一） CrWMn1、主要性能特点、主要性能特点l淬透性良好（淬透性良好（4050模具油中可淬透）模具油中可淬透）l耐磨性良好（耐磨性良好（W碳化物作用）碳化物作用）l淬火变形小淬火变形小l易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差易形成网状碳化物，锻造不良，韧性差2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造加热：加热：11

43、001150，始锻：，始锻：10501100模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件终锻：终锻：800850，锻后空冷至，锻后空冷至650后缓冷后缓冷2)退火与正火退火与正火 退火工艺：退火工艺：加热加热790830，等温，等温700720，保温，保温12h，炉冷至，炉冷至550出炉。出炉。 锻造不良，出现网状碳化物或粗大晶粒时，需正火。锻造不良，出现网状碳化物或粗大晶粒时，需正火。 正火工艺：正火工艺：930950保温后空冷保温后空冷3)淬、回火淬、回火图图26、27为为CrWMn钢的力学性能与淬火温度的关钢的力学性能与淬火温度的关系：系：模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 综

44、合两图分析：综合两图分析：普通淬火温度普通淬火温度820840油冷适宜，油冷适宜，硬度可达硬度可达6365HRC。 图图28为为CrWMn钢普通淬火与等温淬火的力学性能比钢普通淬火与等温淬火的力学性能比较。较。 由图可见：由图可见：要求高韧性的模具，采要求高韧性的模具，采用等温淬火合适。用等温淬火合适。图图28 图图29、210、211为为CrWMn钢回火温度与力学性能的关系。钢回火温度与力学性能的关系。 由图可见由图可见CrWMn 钢回火温度钢回火温度160200合适合适图图29图图210图图211模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件3、应用范围、应用范围 主要用于制造要求变形小、形

45、状复杂的轻载冲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。裁模，轻载拉深、弯曲、翻边模。 CrWMn钢碳化物易产生偏析的问题，生钢碳化物易产生偏析的问题，生产中往往难以解决，造成模具使用中脆断损坏产中往往难以解决，造成模具使用中脆断损坏比较严重，建议选用比较严重，建议选用MnCrWV或或9CrWMn钢替代。钢替代。（二）（二）9Mn2V钢钢1、主要性能特点、主要性能特点 与与CrWMn钢相比，二者耐磨性相近，钢相比，二者耐磨性相近，9Mn2V钢的碳钢的碳化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比化物不均匀性和淬火开裂的倾向性比CrWMn钢小，但淬钢小，但淬透性低，回火稳定稍差。

46、透性低，回火稳定稍差。2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 始锻：始锻：11301160，终锻：，终锻：800850，空冷至空冷至650700转入炉灰中冷却。转入炉灰中冷却。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 2）退火）退火 加热加热750770/35h，等温，等温0700/46h。3）淬、回火）淬、回火 图图211、图、图212为为9Mn2V钢的力学性能与淬火温钢的力学性能与淬火温度的关系。度的关系。图图211图图212 由图分析可知：由图分析可知： 9Mn2V钢的淬火温度范围较宽，在钢的淬火温度范围较宽，在840以下淬火，力学性能基本不变，以下淬火，力学性能基本不变，840以

47、上淬火，综合力学性以上淬火，综合力学性能将会下降。因此能将会下降。因此合适的淬火温度为合适的淬火温度为780840，根据模具根据模具的性能要求在此范围可适当调整。的性能要求在此范围可适当调整。 淬火一般采用油冷，形状复杂的模具可用淬火一般采用油冷，形状复杂的模具可用100热油冷却热油冷却或硝盐浴分级淬火。或硝盐浴分级淬火。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 图图214是回火温度对是回火温度对9Mn2V钢的硬度和冲击韧性的影响，钢的硬度和冲击韧性的影响，分析可知：分析可知： 因此，因此， 9Mn2V钢适宜的回火温度为钢适宜的回火温度为160180。l在在200250回火，出现明显的回火

48、脆。回火，出现明显的回火脆。l在在200以上回火，硬度下降速率增大，以上回火，硬度下降速率增大，表明回火稳定性差。表明回火稳定性差。3、应用范围、应用范围 9Mn2V钢适用于制作钢板厚度小于钢适用于制作钢板厚度小于4mm的冷冲模，还适的冷冲模，还适合制作精密量具。合制作精密量具。图图214（三）其他低变形冷作模具钢（三）其他低变形冷作模具钢 应用较多的低变形冷作模具钢还有应用较多的低变形冷作模具钢还有9CrWMn、MnCrWnV、SiMnMo等。往往作为等。往往作为CrWMn和和9Mn2V的替代钢种，使用的替代钢种，使用效果良好。效果良好。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 Cr12

49、 型钢包括型钢包括 Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1。其。其中中Cr12Mo1V1属于新型钢种。属于新型钢种。 此类钢从成分特点看属于高碳高铬钢，从组织特点看属于莱此类钢从成分特点看属于高碳高铬钢，从组织特点看属于莱氏体钢，从应用上看，应用广，用量大。既有传统钢种，也有新氏体钢，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：型钢种，典型钢号有：Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr4W2MoV. （一）（一） Cr12 型钢型钢三、高耐磨微变形冷作模具钢三、高耐磨微变形冷作模具钢1、主要性能特点、主要性能特点n应用状态，组织中含有大量铬的碳化物颗粒

50、，耐磨性很高。应用状态，组织中含有大量铬的碳化物颗粒，耐磨性很高。n具有高硬度、高抗压强度和高承载能力。具有高硬度、高抗压强度和高承载能力。n淬火变形小，通过淬火温度的调整可达微变形程度。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：型钢特点比较： Cr12碳量高达碳量高达2.3%，碳化物不均匀性严重，脆性大；，碳化物不均匀性严重，脆性大；Cr12MoV碳量减少至碳量减少至1.5%，Mo、V加入碳化物细化，韧性加入碳化物细化，韧性增加；增加； Cr12Mo1V1钢钢Mo、V进一步增加，碳化物更加细化，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。韧性更好，

51、但锻造性稍差，难退火。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 Cr12型钢因是莱氏体钢，轧制后仍残留明型钢因是莱氏体钢，轧制后仍残留明 显的带状和网状碳化物，将造成模具淬火开裂，严重损害显的带状和网状碳化物，将造成模具淬火开裂，严重损害钢的力学性能，必须严格锻造，使碳化物级别符合要求。钢的力学性能，必须严格锻造，使碳化物级别符合要求。 （P24：表：表211为碳化物级别与力学性能的关系）为碳化物级别与力学性能的关系）锻造工艺锻造工艺预热预热750850，加热，加热10501100始锻始锻10001050，终锻，终锻850900uCr12型钢锻造性能

52、差，必须坚持多向、多次镦拔才能型钢锻造性能差，必须坚持多向、多次镦拔才能使碳化物碎化并分布合理。使碳化物碎化并分布合理。2）退火）退火 锻后应及时退火。锻后应及时退火。等温退火工艺等温退火工艺加热加热850870/24h等温等温740760/46h炉冷至炉冷至550以下出炉空冷以下出炉空冷退火后的硬度为退火后的硬度为207255HBW，便于切削加工。，便于切削加工。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件3）淬火与回火）淬火与回火 图图215、216是淬火温度对是淬火温度对Cr12MoV钢的组织和性能的影响。钢的组织和性能的影响。图图215图图216由图分析可知：由图分析可知：l随着淬火温

53、度升高，淬火硬度相应增加。随着淬火温度升高，淬火硬度相应增加。l淬火温度大于淬火温度大于1050若再提高淬火温度，残留奥氏体大若再提高淬火温度，残留奥氏体大幅增加导致硬度急剧下降。幅增加导致硬度急剧下降。l淬火温度大于淬火温度大于1050淬火，奥氏体变粗，抗弯强度、冲淬火，奥氏体变粗，抗弯强度、冲击韧度明显降低。击韧度明显降低。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件图图217、218、219是回火温度对是回火温度对Cr12MoV钢力学性钢力学性能的影响。能的影响。图图217图图218图图219由图分析可见：由图分析可见：l钢在钢在520左右回火出现明显的二左右回火出现明显的二次硬化。次硬

54、化。l在在200左右回火，其抗弯、抗压左右回火，其抗弯、抗压强度最高。强度最高。l在在400左右回火，断裂韧度最高。左右回火，断裂韧度最高。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 因此，因此，Cr12 型钢的淬火、回火温度应根据模具的性能要型钢的淬火、回火温度应根据模具的性能要求而定，一般可选用三种淬回火工艺。求而定，一般可选用三种淬回火工艺。 低温淬火及低温回火低温淬火及低温回火淬火温度分别为淬火温度分别为Cr12 钢钢950980， Cr12MoV钢为钢为10001020， Cr12Mo1V1钢为钢为9801040，回火都为，回火都为180200。性能特点：性能特点：具有高的硬度、耐

55、磨性及韧性，但抗压强度较低具有高的硬度、耐磨性及韧性，但抗压强度较低 高温淬火及高温回火高温淬火及高温回火 淬火温度分别为：淬火温度分别为： Cr12 钢为钢为10001100， Cr12MoV钢为钢为11151130， Cr12Mo1V1钢为钢为10601100，回火都为，回火都为500520。性能特点：性能特点：具有高耐磨性、热硬性及较高抗压强度。具有高耐磨性、热硬性及较高抗压强度。 中温淬火及中温回火中温淬火及中温回火 主要用于主要用于Cr12MoV钢，淬火温度为钢，淬火温度为10201040，回火，回火400425。性能特点：性能特点：最好的韧性，较高的断裂韧度。最好的韧性，较高的断裂

56、韧度。 Cr12 型钢淬火可采用空冷、油冷、分级淬火，回火型钢淬火可采用空冷、油冷、分级淬火，回火可采用油冷或空冷，回火次数可采用油冷或空冷，回火次数13次。次。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件3、应用范围、应用范围 Cr12钢：钢：只适用于制造冲击负荷小、耐磨性要求高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。的冲切薄硬钢板的冲裁模。 Cr12MoV和和Cr12Mo1V1钢：钢：广泛用于制造大截面、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。形状复杂的重载模具，如切边模、落料模、滚边模、拉丝模。nCr12Mo1V1脆断倾向最小，模具寿

57、命是脆断倾向最小，模具寿命是Cr12MoV的的几倍。几倍。（二）（二）Cr4W2MoV钢钢 Cr4W2MoV钢是新型中合金冷作模具钢，钢是新型中合金冷作模具钢，Cr量比量比Cr12型钢减少型钢减少2/3，性能相近，主要特点如下：，性能相近，主要特点如下：1、主要性能特点、主要性能特点共晶碳化物颗粒细小，分布均匀。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。（具体性能指标见教具有较好的耐磨性和尺寸稳定性。（具体性能指标见教材表材表212、213）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件1、热加工工艺、热加工工艺 Cr4W2M

58、oV钢锻造温度较窄，变形抗力较大，锻造钢锻造温度较窄，变形抗力较大，锻造时应注意这点。时应注意这点。加热：加热：11301150，始锻：始锻：10401060终锻：终锻：850，坑冷或热砂缓冷。，坑冷或热砂缓冷。2）退火）退火 采用等温退火。采用等温退火。1）锻造）锻造加热：加热：860/3h，炉冷至，炉冷至760等温等温46h出炉缓冷。出炉缓冷。（球化效果良好，硬度小于（球化效果良好，硬度小于241HBW）3）淬火与回火）淬火与回火根据模具工作条件可采用两种淬回火工艺：根据模具工作条件可采用两种淬回火工艺： 要求耐磨性和热硬性高的模具：要求耐磨性和热硬性高的模具：10201040淬火，淬火，

59、520540三次回火。三次回火。 要求韧性好、变形小的模具：要求韧性好、变形小的模具：960980分级淬火，分级淬火，270290回火二次。回火二次。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 Cr4W2MoV钢主要用于制造各种冲模、冷镦模、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，可替代落料模、冷挤凹模及搓丝板，可替代Cr12 型钢。型钢。3、应用范围、应用范围三、其他高耐磨微变形冷作模具钢三、其他高耐磨微变形冷作模具钢 中合金冷作模具钢中合金冷作模具钢Cr6WV：具有较好的耐磨性和韧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。主要用于制性的配合，碳化物分布均

60、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、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。冷冲模及冲头等。 中合金空冷模具钢中合金空冷模具钢Cr5Mo1V：引自美国的引自美国的A2开开发的新钢种，具有良好的空冷硬化性能，这对制造形状发的新钢种，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、剪刀要求好的韧性的模具，如下料模、冲头、滚丝模、剪刀片等。片等。（以上两只钢的热处理工艺见教材表（以上两只钢的热处理工艺见教材表

61、214）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件四、高强度高耐磨冷作模具钢四、高强度高耐磨冷作模具钢典型钢种：即高速钢典型钢种：即高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V21、主要性能特点、主要性能特点成分特点：成分特点：Wc：0.7%0.9% 性能特点：性能特点：具有高屈服强度、高抗压强度、高抗弯强具有高屈服强度、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。（与能力位于各传统冷作模具钢之首。（与Cr12MoV的性能比的性能比较见教材表较见教材表215） 主要缺陷：主要缺陷：轧材中

62、存在大量的合金碳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。差、韧性不足，易脱碳氧化。耐磨性比较见图耐磨性比较见图220图图220模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 钨系高速钢：钨系高速钢：加热加热11201150，始锻，始锻10401050，终锻，终锻900950，锻后坑冷、砂冷或炉冷。，锻后坑冷、砂冷或炉冷。钼系高速钢：钼系高速钢：始锻始锻10001020，终锻，终锻850工艺要点：工艺要点：应

63、反复镦粗与拔长，锻造比一般为应反复镦粗与拔长，锻造比一般为10左右左右2）退火）退火 常采用等温退火常采用等温退火 W18Cr4V钢：钢：加热加热870880/24h，等温，等温720750 /46h，随炉冷至，随炉冷至600650 出炉空冷。出炉空冷。 W6Mo5Cr4V2钢：钢：加热加热850860 ，其余工，其余工艺参数同上。艺参数同上。3）淬回火）淬回火 高速钢传统的用途主要用制造高速切削的各类刀具，为高速钢传统的用途主要用制造高速切削的各类刀具，为了满足刀具的热硬性和耐磨性的要求，常采用高淬高回的热了满足刀具的热硬性和耐磨性的要求，常采用高淬高回的热处理工艺，这种处理对于刀具虽然满足

64、了热硬性和耐磨性的处理工艺，这种处理对于刀具虽然满足了热硬性和耐磨性的要求，但韧性不足。要求，但韧性不足。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 W6Mo5Cr4V2钢经不同淬火温度和回火温度的处钢经不同淬火温度和回火温度的处理，其硬度和韧性的变化见图理，其硬度和韧性的变化见图221。图图221 由图可见，由图可见，如要求较高的韧性，如要求较高的韧性，采用低温淬火工艺较合理。采用低温淬火工艺较合理。 因此，高速钢用于重载模具常采因此，高速钢用于重载模具常采用低淬低回或低淬高回的工艺。用低淬低回或低淬高回的工艺。具体工艺如下：具体工艺如下： W18Cr4V钢：钢：11001250加热淬火，

65、加热淬火，560 回火三次或回火三次或150250 回火一次。回火一次。 W6Mo5Cr4V2钢：钢：10501200 加热淬火，加热淬火，560 回火三次或回火三次或150250 回火一次。回火一次。经此处理硬度约为经此处理硬度约为5864HRC，韧性良好。，韧性良好。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件3、应用范围、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，冷镦冲头，中厚钢板冲孔冲头（的凸模，冷镦冲头，中厚钢板冲孔冲头（1025），），直径直径56mm的小凸模以及用于冲裁奥氏体钢、弹簧的小凸模以及用于冲裁奥氏体钢、

66、弹簧钢、高强度钢板的中、小凸模和粉末冶金压模等。钢、高强度钢板的中、小凸模和粉末冶金压模等。 W6Mo5Cr4V2钢的综合性能优于钢的综合性能优于W18Cr4V钢，制钢，制作重载冲头的使用效果更好。作重载冲头的使用效果更好。五、抗冲击冷作模具钢五、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（见教材表217）。）。（一）铬钨硅系钢（一）铬钨硅系钢典型钢种：典型钢种：4CrW2Si、5CrW2Si、 6CrW2Si（均已纳入国标）（均已纳入国标）1、主要性能特点、主要性能特点l淬透性良好，碳化物少，组织均匀，淬

67、火组织以板淬透性良好，碳化物少，组织均匀，淬火组织以板条状马氏体为主。条状马氏体为主。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l具有高抗弯强度，高冲击疲劳抗力高韧性和一的具有高抗弯强度，高冲击疲劳抗力高韧性和一的耐磨性。耐磨性。l抗压强度低，热稳定性差。抗压强度低，热稳定性差。l淬火变形难以控制，脱碳敏感性较大。淬火变形难以控制，脱碳敏感性较大。2、热加工工艺、热加工工艺1）锻造）锻造 始锻：始锻：11501180，终锻：，终锻：800850 ，锻后，锻后缓冷。缓冷。2）退火）退火 普通退火：加热普通退火：加热800820/35h，炉冷至，炉冷至550出炉空冷。出炉空冷。为了改善切削加工性

68、可采用软化退火（高温回火）为了改善切削加工性可采用软化退火（高温回火）。 工艺：加热工艺：加热710740/36h，炉冷或空冷。，炉冷或空冷。3）淬火与回火）淬火与回火模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件图图222为铬钨硅系钢的热处理特性：为铬钨硅系钢的热处理特性：a）淬火温度对淬火温度对6CrW2Si钢的硬度和钢的硬度和冲击韧度的影响冲击韧度的影响b） 5CrW2Si钢的淬火工艺、回火钢的淬火工艺、回火温度对硬度的影响温度对硬度的影响c） 5CrW2Si钢的淬硬层曲线钢的淬硬层曲线d）回火温度对回火温度对6CrW2Si钢硬度、冲钢硬度、冲击韧度的影响击韧度的影响 综合分析可知：综合分

69、析可知： 铬钨硅系钢具有较好的淬透性及明显的强韧性峰值。铬钨硅系钢具有较好的淬透性及明显的强韧性峰值。淬硬性低的淬硬性低的4CrW2Si钢进行渗碳淬火，可以获得良好的综钢进行渗碳淬火，可以获得良好的综合力学性能。合力学性能。 铬钨硅系钢在铬钨硅系钢在300350回火有轻微的回火有轻微的回火脆回火脆，450左右回火可以获得左右回火可以获得较高的冲击韧度较高的冲击韧度。因此回火工艺有。因此回火工艺有两种选择，即两种选择，即20250低回低回和和430470中回中回。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件铬钨硅系钢适宜的淬回火工艺为：铬钨硅系钢适宜的淬回火工艺为：淬火加热：淬火加热：86090

70、0油冷，油冷，淬火硬度淬火硬度5357HRC回火加热回火加热消除应力，稳定组织：消除应力，稳定组织：200250，5358HRC良好韧性：良好韧性：430470，4550HRC3、应用范围、应用范围4CrW2Si钢：钢：主要制造大中型重载冷镦冲头及精压模主要制造大中型重载冷镦冲头及精压模 5CrW2Si钢：钢：主要制造重载冷剪刀片、中厚钢板穿孔主要制造重载冷剪刀片、中厚钢板穿孔冲头及风动工具等。冲头及风动工具等。 6CrW2Si钢：钢：常用于耐磨和强度要求较高的重载冲模、常用于耐磨和强度要求较高的重载冲模、压模。压模。（二）（二）9SiCr 该钢是传统的低合金工具钢，广泛用于制造薄刃具，也该钢

71、是传统的低合金工具钢，广泛用于制造薄刃具，也多用于制造形状复杂的轻载冷冲模。多用于制造形状复杂的轻载冷冲模。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件主要性能特点：主要性能特点：l具有较好的淬透性和回火稳定性。具有较好的淬透性和回火稳定性。l碳化物颗粒细小，组织均匀。碳化物颗粒细小，组织均匀。l淬火变形较小。淬火变形较小。l脱碳倾向大。脱碳倾向大。淬回火工艺：淬回火工艺： 图图223为淬、回火温度对为淬、回火温度对9SiCr钢的力学性能的影响钢的力学性能的影响综合分析可知，适宜的淬回火工艺为：综合分析可知，适宜的淬回火工艺为：模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件淬火工艺：加热淬火工艺

72、：加热860880油冷、分级。油冷、分级。回火工艺：回火工艺：硬度要求为硬度要求为6264HRC时，取时，取180220回火。回火。硬度要求为硬度要求为5658HRC时，取时，取280320回火。回火。硬度要求为硬度要求为5456HRC时，取时，取350400回火。回火。应用范围：应用范围： 主要用于制造形状复杂、变形小，耐磨性要求较高的主要用于制造形状复杂、变形小，耐磨性要求较高的冷作模具，如冲模、打印模、搓丝板、冷轧辊等。冷作模具，如冲模、打印模、搓丝板、冷轧辊等。（三）其他抗冲击冷作模具钢（三）其他抗冲击冷作模具钢 典型的合金弹簧钢典型的合金弹簧钢60Si2Mn常作为抗冲击工具、模具常作

73、为抗冲击工具、模具使用，如标准件行业中的冷镦模冲头、螺母冷镦模具等。使用，如标准件行业中的冷镦模冲头、螺母冷镦模具等。（抗冲击冷作模具钢的常规热处理工艺见教材表（抗冲击冷作模具钢的常规热处理工艺见教材表218）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件六、高强韧性冷作模具钢六、高强韧性冷作模具钢 低合金钢、不锈钢和轴承钢冷挤压技术的发展对冷作模低合金钢、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还要有高韧性。能够满足这些性能要求的只有近年来研

74、制的降碳高速钢、基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。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其典型钢种的牌号及成分见教材表229。（一）降碳高速钢（一）降碳高速钢6W6Mo5Cr4V（6W6）1、主要性能特点、主要性能特点 与高速钢比较碳、钒含量减少较多，使得碳化物总量减与高速钢比较碳、钒含量减少较多，使得碳化物总量减少，少，碳化物不均匀性碳化物不均匀性得到改善。得到改善。 淬火硬化状态的淬火硬化状态的抗弯强度抗弯强度和和塑性塑性提高了提高了30%50%，冲击韧度冲击韧度提高了提高了50%100%，硬度降低了硬度降低了23HC。易脱碳，耐磨性稍差。

75、易脱碳，耐磨性稍差。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、热加工工艺、热加工工艺 1）锻造）锻造 始锻温度：始锻温度：10501100，终锻温度：，终锻温度：850900，锻后缓冷。，锻后缓冷。2）退火）退火 可按高速钢进行。可按高速钢进行。 3）淬回火）淬回火 图图224是淬、回火温度对是淬、回火温度对6W6钢的力钢的力学性能的影响：学性能的影响：图图 224 由图分析可知：为了获得良好的韧性和较高的耐磨性，由图分析可知：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：可采用较低温度淬火和较高的回火温度，即： 加热加热11801200油淬，油淬，56058

76、0/1.5h回火回火三次。三次。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件3、应用范围、应用范围 6W6钢主要用于取代钢主要用于取代高速钢或高速钢或Cr12型钢制作易于脆断或型钢制作易于脆断或开裂的冷挤压凸模或冷镦模开裂的冷挤压凸模或冷镦模，寿命可提高，寿命可提高210倍；用于倍；用于大规格的圆钢下料剪刀寿命可提高大规格的圆钢下料剪刀寿命可提高10倍。倍。（二）基体钢（二）基体钢l是指具有高速钢正常淬火时基体成分的钢。是指具有高速钢正常淬火时基体成分的钢。典型钢种：典型钢种：65Cr4W3Mo2VNb（65Nb）7Cr7Mo2V2Si（LD）5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)1、65

77、Nb钢钢 （1）主要性能特点）主要性能特点l具有高速钢的强度、硬度和耐磨性，又有较好的韧性。具有高速钢的强度、硬度和耐磨性，又有较好的韧性。l钢的工艺性能得到很大改善，直径小于钢的工艺性能得到很大改善，直径小于50mm的钢的钢轧材坯料不需改锻，仍可获得满意的性能和寿命。轧材坯料不需改锻，仍可获得满意的性能和寿命。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（2）热加工工艺）热加工工艺 1）锻造）锻造 始锻：始锻：10801120，终锻：，终锻：900850，锻后缓冷。，锻后缓冷。2）退火）退火 加热加热860/730740等温。等温。 该钢退火易软化，延长等温时间，硬度可降至该钢退火易软化，延

78、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。，为模具的冷挤压成型提供了条件。 3）淬火与回火）淬火与回火 图图225是淬火温度对是淬火温度对65Nb钢力钢力学性能的影响学性能的影响 由图可见，当淬火温度大于由图可见，当淬火温度大于1180，晶粒粗化，残余奥氏体增，晶粒粗化，残余奥氏体增加，硬度、强度下降。加，硬度、强度下降。适宜淬火温度为：适宜淬火温度为：10801180回火温度与力学性能的关系见教回火温度与力学性能的关系见教材表材表220。由于有二次硬化现象，由于有二次硬化现象，65Nb钢一般钢一般采用采用高温回火，回火温度为高温回火，回火温度为520580/12h，二

79、次。，二次。图图225模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 生产中常根据模具的不同用途，采用不同的淬、回火生产中常根据模具的不同用途，采用不同的淬、回火工艺，具体工艺方案及性能见教材表工艺，具体工艺方案及性能见教材表221。（3）应用范围）应用范围 65Nb钢适于制作形状复杂的钢适于制作形状复杂的非铁金属挤压模、冷冲非铁金属挤压模、冷冲模、冷剪模及单位压力为模、冷剪模及单位压力为2500MPa左右的钢铁材料冷左右的钢铁材料冷挤压模具挤压模具，也可用于轴承、标准件、汽车行业中的锻模、，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。冲模及剪切模具可获得高的使用寿

80、命。2、7Cr7Mo2V2Si（LD） 该钢不含钨，铬、钼、钒含量都高于高速钢基体，二该钢不含钨，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。次硬化强烈，淬透性提高，晶粒细化。 所以，该钢所以，该钢性能优于性能优于Cr12型钢、高速钢、，具有型钢、高速钢、，具有高强度、高韧性和高耐磨性。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。其次是冷热加工工艺性良好，通用性强。（1）主要性能特点）主要性能特点模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（2）热加工工艺）热加工工艺 1）锻造）锻造 宜缓慢加热，锻造温度严格控制在宜缓慢加热，锻造温度严格控制在11

81、301150，终锻温度为，终锻温度为850，锻后砂冷。，锻后砂冷。 2）退火）退火 采用球化退火。加热采用球化退火。加热840860/2h，等，等温温700720/46h，缓冷至，缓冷至400以下出炉空冷。以下出炉空冷。 3）淬火与回火）淬火与回火 LD钢淬火温度与硬度、晶粒度、残留钢淬火温度与硬度、晶粒度、残留奥氏体量的关系及回火硬度见教材表奥氏体量的关系及回火硬度见教材表222、223。 综合分析：淬火温度为综合分析：淬火温度为11001150。淬后有。淬后有34%的残留奥氏体。的残留奥氏体。 回火温度回火温度540570/12h，回火，回火23次。次。高韧性要求的模具，也可以采用低淬低回

82、工艺。高韧性要求的模具，也可以采用低淬低回工艺。 （3）应用范围）应用范围 广泛用于冷挤、冷镦、冲压和弯曲等冷作模具的制造，广泛用于冷挤、冷镦、冲压和弯曲等冷作模具的制造，其寿命可比高铬钢、高速钢提高几倍到几十倍。其寿命可比高铬钢、高速钢提高几倍到几十倍。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件3、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)（1）主要性能特点）主要性能特点l碳量较低，为碳量较低，为0.47%0.57%。l强韧性高，热疲劳性好。强韧性高，热疲劳性好。l是冷、热兼用型模具钢。是冷、热兼用型模具钢。l渗碳性能良好，可通过渗氮进一步提高耐磨性。渗碳性能良好，可通过渗氮进一步提高耐磨

83、性。（2）热加工工艺）热加工工艺该钢导热性差，变形抗力大，锻造较为困难。该钢导热性差，变形抗力大，锻造较为困难。锻造工艺：锻造工艺：加热加热11001140， 始锻始锻10501100 终锻终锻850以上，锻后砂冷。以上，锻后砂冷。 退火工艺：退火工艺：加热加热850870/4h，炉冷至，炉冷至710720/6h，保温结束炉冷至，保温结束炉冷至550出炉空冷。出炉空冷。 淬火工艺：淬火工艺：用于冷作模具最佳工艺为用于冷作模具最佳工艺为500和和800二次预热，盐浴加热二次预热，盐浴加热10901120油淬。油淬。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 回火工艺：回火工艺：510回火二次，

84、每次回火二次，每次2h油冷。回火油冷。回火硬度为硬度为6062HRC。（3）应用范围）应用范围 012Al用于冷作模具，主要替代用于冷作模具，主要替代Cr12MoV钢制作钢制作冷镦模、中厚钢板凸模、搓丝板、内六角凸模、切边模冷镦模、中厚钢板凸模、搓丝板、内六角凸模、切边模等，使用寿命比等，使用寿命比Cr12MoV钢大幅提高。钢大幅提高。（三）（三）6CrNiSiMnMoV（GD） 基体钢的缺陷是基体钢的缺陷是：合金化程度高，钢材成本较大。：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。

85、制了该项钢在中小企业的推广使用。GD钢就是针对上钢就是针对上述缺陷研制的新钢种。述缺陷研制的新钢种。 主要性能特点：主要性能特点： 钢的韧性、抗压强度等性能显著优于钢的韧性、抗压强度等性能显著优于CrWMn和和Cr12MoV钢，但耐磨性略低于钢，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。碳化物偏析小，可以不改锻，下料后直接使用。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 淬透性良好，空冷可以淬硬，淬火变形小。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

86、节能。及火焰加热淬火，回火温度也低，利于节能。 淬硬性良好，油淬硬度可达淬硬性良好，油淬硬度可达6465HRC，空淬硬度可达空淬硬度可达6061HRC最佳热处理工艺：最佳热处理工艺： 淬火加热淬火加热870930，回火，回火175230/2h一次。一次。 应用范围：应用范围：GD钢主要钢主要替代替代CrWMn、Cr12型钢、型钢、9Mn2V、6CrW2Si钢制造各种钢制造各种异形、细长薄片冷冲凸异形、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。精密淬硬型塑料模具等。（四）（四）7CrSiMnMoV（CH

87、-1） CH-1钢又称火焰淬火钢，也称低合金空淬模具钢。钢又称火焰淬火钢，也称低合金空淬模具钢。是为是为适应大型、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。生产成本而研制的新钢种。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件主要性能特点：主要性能特点： 具有高强韧性（参见教材表具有高强韧性（参见教材表226）。）。耐磨性良好（见下图）。耐磨性良好（见下图）。CH-1钢耐磨性比较钢耐磨性比较 淬火温度范围很宽，在淬火温度范围很宽，在860960范围内变化，利于范围内变化，利于火焰加热淬火。火焰加热淬火。 淬透性好，淬硬性

88、高，热处淬透性好，淬硬性高，热处理变形小，空冷后硬度可达理变形小，空冷后硬度可达60HRC以上。以上。碳化物偏析小，塑性变形抗力低，锻造性能良好。碳化物偏析小，塑性变形抗力低，锻造性能良好。焊接工艺性好，能满足冲模的焊补要求。焊接工艺性好，能满足冲模的焊补要求。应用范围：应用范围： 主要用于主要用于大型、形状复杂的多孔位薄板冷冲模，如汽车大型、形状复杂的多孔位薄板冷冲模，如汽车覆盖件冷冲模覆盖件冷冲模，也可以替代，也可以替代Cr12MoV钢制造强韧性要求钢制造强韧性要求高的冷作模具。高的冷作模具。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（五）（五）8Cr2MnWMoVS（8Cr2S） 8C

89、r2S钢又称易切削精密冷作模具钢，主要性能特钢又称易切削精密冷作模具钢，主要性能特点如下：点如下： 淬透性、淬硬性良好，淬透性、淬硬性良好，100mm的圆钢空淬或硝盐分的圆钢空淬或硝盐分级淬火，硬度可达级淬火，硬度可达6164HRC。 热处理工艺简单，热处理工艺简单，作为预硬钢的热处理工艺为作为预硬钢的热处理工艺为：（860880）2min/mm空冷，（空冷，（550620）2h回火。回火。作为高硬态模具的热处理工艺为作为高硬态模具的热处理工艺为：860900空淬，空淬，160250回火。回火。具有较高的强韧性（见教材表具有较高的强韧性（见教材表228）。）。 切削加工性良好，退火态可比一般工

90、模具钢缩短加工切削加工性良好，退火态可比一般工模具钢缩短加工工时工时30%以上，硬度为以上，硬度为4045HRC的调质状态仍可采用的调质状态仍可采用高速钢刀具顺利地进行车、铣、刨、钻、镗高速钢刀具顺利地进行车、铣、刨、钻、镗 攻螺纹等常规攻螺纹等常规加工。加工。热处理变形小。热处理变形小。 具有良好的表面热处理性能。具有良好的表面热处理性能。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件应用范围：应用范围： 作为预硬钢，适于制作精密的塑料模、胶木模和印作为预硬钢，适于制作精密的塑料模、胶木模和印刷电路板冲孔模，与其他模具钢相比，配合精度提高，使刷电路板冲孔模，与其他模具钢相比，配合精度提高，使用

91、寿命提高。用寿命提高。 作为高硬态钢，主要制作精密零件的冲裁模，如作为高硬态钢，主要制作精密零件的冲裁模，如手表零件、电子零件的冲裁模，寿命较传统模具钢都有手表零件、电子零件的冲裁模，寿命较传统模具钢都有大幅提高。大幅提高。（高强韧性冷作模具钢的热处理规范见教材表（高强韧性冷作模具钢的热处理规范见教材表229）七、高耐磨高韧性冷静作模具钢七、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。了这类钢不足。典型钢种：

92、典型钢种： 9Cr6W3Mo2V2（GM）Cr8MoWV3（ER5）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（一）（一）GM钢钢1、主要性能特点、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。强韧性配合。（见教材表（见教材表231）2、热加工工艺、热加工工艺 （1）锻造）锻造 加热加热11001150，始锻，始锻1100，终锻终锻850900，锻后缓冷并及时退火。，锻后缓冷并及时退火。 （加热要缓，锤击时应按轻（加热要缓，锤击时

93、应按轻重重轻法则操作）轻法则操作） （2）退火）退火 采用球化退火。加热采用球化退火。加热850870/3h，炉冷至炉冷至730750/46h，炉冷至，炉冷至500出炉。出炉。（3）淬火与回火）淬火与回火 图图227 淬火温度对淬火温度对GM钢硬度的钢硬度的影响见图影响见图227。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件淬火温度对淬火温度对GM钢残留奥氏体量的影响见图钢残留奥氏体量的影响见图228。 淬火温度对淬火温度对GM钢奥氏体晶粒尺寸的影响见图钢奥氏体晶粒尺寸的影响见图229。 图图228 图图229 由图分析可知：由图分析可知：GM钢有较宽的淬火温度，淬火后钢有较宽的淬火温度，淬火

94、后晶粒细小，残留奥氏体量少。晶粒细小，残留奥氏体量少。通常淬火温度为：通常淬火温度为：10801120，油淬。油淬。 淬火硬度为：淬火硬度为：6466HRC。回火温度对回火温度对GM钢硬度的影响见图钢硬度的影响见图230。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 图图230 由图可见，由图可见，GM钢二次硬化能钢二次硬化能力显著高于力显著高于Cr12型钢，接近高型钢，接近高速钢水平，硬化峰值范围宽，说速钢水平，硬化峰值范围宽，说明回火稳定性高。明回火稳定性高。GM钢适宜的回火温度为：钢适宜的回火温度为：520540/2h，回火，回火2次次.3、应用范围、应用范围 主要用于主要用于多工位级进

95、模、高强度螺栓滚丝模和电机多工位级进模、高强度螺栓滚丝模和电机 转子片复式冲模转子片复式冲模等，其寿命比等，其寿命比65Nb钢和钢和Cr12MoV钢提高钢提高26倍以上。倍以上。（二）（二）ER5钢钢1、主要性能特点、主要性能特点 与基体钢相比，与基体钢相比，ER5钢提高了钢提高了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、磨性比基体钢、GM钢好，远远超过钢好，远远超过Cr12MoV（见教（见教材表材表232、233）。）。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、热加工工艺、热加工工艺 锻造：锻造：

96、锻造性能良好，锻造性能良好，始锻始锻1150，终锻，终锻900。 退火：退火：860/2h，冷至，冷至760/4h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷，硬度为以下出炉空冷，硬度为220240HBW。 淬火与回火：淬火与回火：淬火温度宽，二次硬化效果好，热处理变淬火温度宽，二次硬化效果好，热处理变形小。一般工工艺为形小。一般工工艺为1120加热，加热，550三次回火三次回火。 应用范围：应用范围：适于制作大型重载冷镦模、精密冷冲模等。适于制作大型重载冷镦模、精密冷冲模等。如用如用ER5制作的电动机硅钢片冲模，总寿命达制作的电动机硅钢片冲模，总寿命达500万次。万次。八、特殊用途冷作模具钢八、特殊用

97、途冷作模具钢l耐蚀冷作模钢：耐蚀冷作模钢：9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo等等。 这类钢的成分特点是高碳高铬，淬火后马氏体中含铬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量高达12%，所以，既有高的耐磨性又有良好的耐蚀性，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。能，主要用来制作耐蚀塑料模具。l无磁模具钢：无磁模具钢：7Mn15Cr2Al3V2WMo模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 该钢锰含量高，在使用状态呈稳定的奥氏体组织，所该钢锰含量高，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，主要用来制造磁以导磁率非常低，在磁

98、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。性材料的成型模具和无磁轴承。 热处理工艺：热处理工艺：1170固溶淬火，固溶淬火，650750时效时效15h，可获得较高强度、硬度和耐磨性，但切削加工性较，可获得较高强度、硬度和耐磨性，但切削加工性较差。差。九、硬质合金九、硬质合金种类：种类：金属陶瓷硬质合金、钢结硬质合金金属陶瓷硬质合金、钢结硬质合金1、金属陶瓷硬质合金、金属陶瓷硬质合金成分：成分：碳化物粉末（碳化物粉末（WC、TiC)+粘结剂（粘结剂（Co、Ni） 性能特点：性能特点：具有高硬度、高抗压强度和高耐磨性，脆性具有高硬度、高抗压强度和高耐磨性，脆性大，不能进行锻造、热处理

99、及切削加工。大，不能进行锻造、热处理及切削加工。 应用：应用：用于冷冲模的硬质合金一般是钨钴类（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主要用于制作多工位级进模、大直径拉深凹模的镶块。块。（钨钴类硬质合金的力学性能见教材表（钨钴类硬质合金的力学性能见教材表234）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、钢结硬质合金、钢结硬质合金钢结硬质合金与金属陶瓷硬质合金比较：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。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力学性能特点相同，但钢结硬质合金具有可加工

100、性和热处理性。和热处理性。典型牌号：典型牌号：GT35、TLMW50、DTn其中其中DT合金是较理想的有代表性的工模具材料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（见教材表合金的力学性能（见教材表235） 具有高硬度、高耐磨性和高强度，又有一定的韧性，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。还具有较好的抗热裂能力，不易出现崩刃、碎裂等。（2）DT合金的热加工特性合金的热加工特性 等温球化退火工艺：等温球化退火工艺：860880/23h，炉冷，炉冷，700720/6h，炉冷至，炉冷至550以下出炉空冷。以下出炉空冷。 淬火、回

101、火工艺：淬火、回火工艺：l 预热预热800850，加热，加热10001020油淬。油淬。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l 回火温度取决于合金钢基体的成分，一般采用低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，回火时间为温回火或高温回火，回火时间为2h。锻造工艺：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，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。降低碳化物偏析。DT合金导热性差，预热要充分，加热合金导热性差，预热要充分，加热要缓慢均匀，要防止氧化脱碳，变形量控制在要缓慢均匀，要防止氧化脱碳，变形量控制在5%，采用，采用轻锤快打，防

102、止锻裂。锻后要缓冷，严禁水冷、空冷。轻锤快打，防止锻裂。锻后要缓冷，严禁水冷、空冷。 工艺为：预热工艺为：预热700800，始锻，始锻11501200，终锻终锻880900。（3）DT合金的切削加工合金的切削加工 DT合金退火后能够进行各种切削加工，但加工难合金退火后能够进行各种切削加工，但加工难易与加工工艺参数有很大的关系。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。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，电加工后，一般要采用二次回火

103、来消除硬化层，并仔细研磨电加工面。并仔细研磨电加工面。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（4）DT合金的应用合金的应用 DT合金性能优越，现已越来越多地用于合金性能优越，现已越来越多地用于制造冷镦模制造冷镦模具、冷挤压模具、冲裁模具、拉深模具等具、冷挤压模具、冲裁模具、拉深模具等，使用寿命比高，使用寿命比高速钢和高铬钢提高几倍到几十倍。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

104、方法。镶套、焊接、粘结和机械组合连接的方法。第三节第三节 冷作模具的选材冷作模具的选材一、冷作模具的选材原则一、冷作模具的选材原则1、满足模具的使用性能要求、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标。料应具备的主要性能指标。2、满足模具的工艺性能要求、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。要求。模具材料及

105、表面处理课件模具材料及表面处理课件 如：可锻性、可加工性、焊接性、淬透性、氧化脱如：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。碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。3、经济性、经济性尽可能选用价格低廉、货源丰富、供应方便的材料。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二、常用冷作模具的材料选用（一）冷冲裁模（一）冷冲裁模1、工作条件及失效形式、工作条件及失效形式冲裁模工作部位受力情况如图冲裁模工作部位受力情况如图231图图231 由图分析可知：冲裁模刃口在侧向压由图分析可知：冲裁模刃口在侧向压力力F的作用下，刃口部位受到很大的的作用下，刃口

106、部位受到很大的弯曲弯曲应力，其次刃口部位受到冲击和强烈的应力，其次刃口部位受到冲击和强烈的磨擦。磨擦。工作条件：工作条件：失效形式：失效形式： 磨损磨损 刃口磨损到一定的程度会使冲裁件产生毛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。剌，为使刃口锋利，需磨削，多次刃磨，导致失效。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 崩刃、凸模折断崩刃、凸模折断 安装不良、冲裁工艺执行不严安装不良、冲裁工艺执行不严或热处理不当导致这类非正常失效。或热处理不当导致这类非正常失效。 性能要求：性能要求： 高硬度、高耐磨性。高硬度、高耐磨性。足够的抗弯、抗压强度和适当的韧

107、性。足够的抗弯、抗压强度和适当的韧性。l 板料厚度不同，要求不同。薄板以高精度、高耐板料厚度不同，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。磨为主；厚板以高耐磨、高强韧性为主。l凸凹模要求也有差异，对凹模来说，抗压强度和韧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。性比凸模高。2、冷冲裁模材料选用、冷冲裁模材料选用选材考虑的因素：选材考虑的因素：u产品的形状和尺寸、被冲材料特性、工作载荷大产品的形状和尺寸、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。小、失效形式、生产批量、模具成本等。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件一般选用概况：一

108、般选用概况： 对于形状简单、载荷轻的冲裁模对于形状简单、载荷轻的冲裁模 : 选用碳素工具钢，选用碳素工具钢，如如T10A。 对于形状复杂、尺寸较大、载荷较轻、精度较高：对于形状复杂、尺寸较大、载荷较轻、精度较高：选选用低合金工具钢，如用低合金工具钢，如9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV等。等。 对于大中型模具：对于大中型模具：可选用高耐磨、高淬透性、变形小可选用高耐磨、高淬透性、变形小的高碳中铬钢、高铬钢、高速钢、基体钢和高强韧性低的高碳中铬钢、高铬钢、高速钢、基体钢和高强韧性低合金冷作模具钢。合金冷作模具钢。 对于大量生产的冷冲裁模：对于大量生产的冷冲裁模：选用硬质合金、钢结硬选

109、用硬质合金、钢结硬质合金。质合金。 选材时应重视新型冷作模具材料的使用，选用时可参选材时应重视新型冷作模具材料的使用，选用时可参照照教材表教材表238。 冷作模具的材料选用实例可参考冷作模具的材料选用实例可参考教材表教材表237。 模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 冲裁模辅助零件的选材及热处理要求参见教材表冲裁模辅助零件的选材及热处理要求参见教材表239，不同的冷冲裁模具，差异性不大。不同的冷冲裁模具，差异性不大。（二）冷镦模具的选材（二）冷镦模具的选材1、工作条件和失效形式、工作条件和失效形式工作条件：工作条件： 冲击力大，单位冲击压力可达冲击力大，单位冲击压力可达2000250

110、0MPa并并且冲击频率高。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，工作温度可达作温度可达300左右。左右。 材料的不均、坯料端面不平、镦机调整精度不够，冲材料的不均、坯料端面不平、镦机调整精度不够，冲头还受到弯曲应力。头还受到弯曲应力。失效形式：失效形式：擦伤擦伤 冲头和凹模工作表面出现沟痕或磨损。冲头和凹模工作表面出现沟痕或磨损。 崩落崩落 坯料金属粘附在凹模上，致使凸模偏载，使局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。部区域成块崩落。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 脆性开裂脆性开裂 常见冷镦凹模

111、，一是擦伤和崩落处，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。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，或因尺寸超差硬度不足，或硬化层过浅而凹陷，或因尺寸超差而过早报废。而过早报废。主要失效形式：擦伤和脆性开裂主要失效形式：擦伤和脆性开裂性能要求：性能要求： 足够的足够的抗压强度和耐磨性抗压强度和耐磨性。尤其是冷镦凹模，需要良。尤其是冷镦凹模，需要良好的强韧性配合，好的强韧性配合，硬化层控制在硬化层控制在1.54mm，硬度，硬度5862HRC，心部需韧性较好的索氏体组织，心部需韧性较好的索氏体组织，不能整个不能整个截面

112、淬硬。截面淬硬。2、冷镦模材料选用、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。层要求、批量大小等。一般选材情况：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。钢；硬化层要求较深时，选用低合金工具钢。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 对于受载较重、形状复杂的凹模，可选用高铬中对于受载较重、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，模套碳钢或高速钢、基体钢制作的嵌镶块嵌入模套

113、内，模套则采用韧性较好的材料。则采用韧性较好的材料。 产量超过产量超过20万件以上时，可选用钨钴类硬质合金万件以上时，可选用钨钴类硬质合金或钢结硬质合金制成的嵌镶模块。或钢结硬质合金制成的嵌镶模块。冷镦凸模的材料：冷镦凸模的材料： 轻载时，大多采用轻载时，大多采用T10A或低合金工具钢；重载时，采或低合金工具钢；重载时，采用与凹模相同的材料制成模块式镶拼模具。用与凹模相同的材料制成模块式镶拼模具。l 冷镦模具的选材实例和辅助零件的选材可参考教材冷镦模具的选材实例和辅助零件的选材可参考教材表表240。（三）冷挤压模具的选材（三）冷挤压模具的选材1、冷挤压模的工作条件和失效形式、冷挤压模的工作条件

114、和失效形式工作条件：工作条件：变形抗力大。挤压非铁金属时，模具截面上的平均变形抗力大。挤压非铁金属时，模具截面上的平均压应力可达压应力可达1000MPa以上；正挤压钢材时，可达以上；正挤压钢材时，可达20002500MPa；反挤压时可达；反挤压时可达30003500MPa。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 模具表面反复受到剧烈摩擦，使接触面磨损大，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并且模具温升最低温度可达160180，最高可达，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，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

115、很大的弯曲应力作用。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。冲头在脱模时还受到拉应力的作用。失效形式：失效形式： 擦伤磨损或氧化磨损。擦伤磨损或氧化磨损。凸模断裂凸模断裂l装配不良导致折断装配不良导致折断l模所受应力超过材料的屈服极限模所受应力超过材料的屈服极限产生产生“劈裂劈裂”（见下图（见下图a）l脱模时，拉应力使模端部折断，产生脱模时，拉应力使模端部折断，产生“脱帽脱帽”断裂（见下图断裂（见下图b）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件性能要求：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

116、劳性。性和耐热疲劳性。1、冷挤压模具的材料选用、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。具钢和低合金工具钢。 挤压力较大的正挤压模具，普遍采用挤压力较大的正挤压模具，普遍采用Cr12型钢，但型钢，但锻造、热处理不良时，脆断倾向大，模具寿命短。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。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，选用降碳高挤压力

117、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。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。结硬质合金。（选材示例可参考教材表（选材示例可参考教材表241）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（四）冷拉深、拉丝模具（四）冷拉深、拉丝模具1、拉深模具、拉深模具工作条件：工作条件： 凹模承受强烈摩擦和径向拉应力；凸模主要承凹模承受强烈摩擦和径向拉应力；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：失效形式： 被

118、拉深材料撕落被拉深材料撕落粘附粘附在模具表面，形成凹凸不在模具表面，形成凹凸不平的伤痕或平的伤痕或粘结成瘤粘结成瘤，使拉深产品表面质量降低或，使拉深产品表面质量降低或成废品。成废品。性能要求：性能要求： 具有高的强度和耐磨性。具有高的强度和耐磨性。材料选用：材料选用： 对中小模具，可选用对中小模具，可选用T10A和低合金工具钢；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。大时，磨损部位采用较好合金钢镶块硬质合金。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件防止粘附措施：防止粘附措施：l拉深铝、

119、铜合金和碳素钢时，凸、凹模应渗氮或镀铬。拉深铝、铜合金和碳素钢时，凸、凹模应渗氮或镀铬。l拉深奥氏体不锈钢时，凹模应采用铝青铜材料。拉深奥氏体不锈钢时，凹模应采用铝青铜材料。l高碳中铬钢和高碳高铬钢作拉深凹模时，应进行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。渗氮和抛光。（拉深模材料选用参照表（拉深模材料选用参照表242）2、拉丝模、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。失效形式主要是磨损和崩刃，要求高硬度和耐向弯曲力。失效形式主要是磨损和崩刃，要求高硬度和耐磨性以及良好的抗粘附性能。磨性以及良好的抗粘附性能。

120、 材料选用，主要根据被加工材料的类型、线径大小生材料选用，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、人造金刚石产批量等选用常用合金模具钢、硬质合金、人造金刚石等。（具体选用可参照表等。（具体选用可参照表243）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第四节第四节 冷作模具的锻造与热处理冷作模具的锻造与热处理一、冷作模具材料的锻造一、冷作模具材料的锻造 锻造目的：锻造目的：提高材料的致密度和均匀性、细化组织、提高材料的致密度和均匀性、细化组织、获得合理的流线分布等。获得合理的流线分布等。 1、高碳高合金钢的锻造、高碳高合金钢的锻造工艺操作要点：工艺操作要点：加

121、热和冷却应均匀缓慢，大尺寸坯料应先预热再加热。加热和冷却应均匀缓慢，大尺寸坯料应先预热再加热。严格控制锻造温度范围，力争一火锻成。严格控制锻造温度范围，力争一火锻成。锻造工具圆角要大些，锤头与锤砧要预热锻造工具圆角要大些，锤头与锤砧要预热200300。操作要领应遵循操作要领应遵循“二轻一重二轻一重”和和“两均匀两均匀”的原则。的原则。尽量避免冲孔和扩孔。尽量避免冲孔和扩孔。 为了控制锻造质量，还应重视锻造方法、锻造比和锻为了控制锻造质量，还应重视锻造方法、锻造比和锻锤吨位的选择。锤吨位的选择。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、钢结硬质合金的锻造、钢结硬质合金的锻造工艺要点：工艺要

122、点：l钢结硬质合金坯料在锻前应进行球化退火，坯钢结硬质合金坯料在锻前应进行球化退火，坯料上的尖角、棱角应磨圆。料上的尖角、棱角应磨圆。l锻锤吨位选择要合适，参照表锻锤吨位选择要合适，参照表2-44。l锤头、锤砧、工具和胎模锻前需预热。锤头、锤砧、工具和胎模锻前需预热。l锻造比不宜过大，一般大于锻造比不宜过大，一般大于2，注意采用，注意采用“二轻一重二轻一重”的操作要领。的操作要领。l13火一般进行镦粗和拔长，拔长宜在火一般进行镦粗和拔长，拔长宜在V形铁砧或胎形铁砧或胎模中进行。模中进行。二、冷作模具的热处理技术二、冷作模具的热处理技术1、冷作模具的制造工艺路线、冷作模具的制造工艺路线 一般冷作

123、模具：一般冷作模具：锻造锻造 球化退火球化退火 机械粗加工机械粗加工 淬火与回火淬火与回火 钳修装配。钳修装配。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 成形磨削及电加工冷作模具成形磨削及电加工冷作模具 ：锻造锻造 球化退火球化退火机械粗加工机械粗加工 淬火与回火淬火与回火 机械加工或电加工成机械加工或电加工成形形 钳修装配。钳修装配。 高精度冷作模具：高精度冷作模具：锻造锻造 球化退火球化退火 机械粗机械粗加工加工 去应力退火或调质去应力退火或调质 加工成形加工成形 淬火与淬火与回火回火 钳工修配。钳工修配。热处理工序安排应注意以下几点：热处理工序安排应注意以下几点： 对于高精度要求的模

124、具为减少热处理变形，常在机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。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，为防止线切割时变形开裂，对于线切割加工模具，为防止线切割时变形开裂，其淬回火常采用分级淬火或多次回火和高温回火。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，线切割之后应及时为了保持模具尺寸的稳定性，线切割之后应及时再回火再回火2、冷作模具的淬火、冷作模具的淬火模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（1）合理选择淬火加热温度）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对于具体模具

125、，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。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；如要求较高的韧性和耐磨性，应选择较低的淬加热温度。加热温度。（2）合理选择淬火保温时间）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按以下经验公式确定 ：t=Dt 淬火保温时间（淬火保温时间（min或或s） 加热系数（加热系数（min/mm

126、或或s/mm），见表），见表2-45。D 工件有效厚度（工件有效厚度（mm ）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 经验公式仅作为参考，生产中必须具体情况具体分析，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。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）合理选择淬火介质 一般：高合金冷作模具钢，采用较缓的淬火冷却介一般：高合金冷作模具钢，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。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、市

127、场上有不少新型的淬火冷却介质，如三硝水溶液、氯化锌氯化锌 碱溶液、氯化钙水溶液等，选择适当可以提碱溶液、氯化钙水溶液等，选择适当可以提高淬火质量。高淬火质量。（4）采用合适的淬火加热保护措施）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：主要是防止氧化、脱碳，常用的方法有：盐浴加热法盐浴加热法 装箱保护法装箱保护法涂料保护法涂料保护法 包装保护法包装保护法3、冷作模具的强韧化处理工艺、冷作模具的强韧化处理工艺（1）低温淬火工艺）低温淬火工艺模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件相对于于传统淬火工艺进行的淬火操作。相对于于传统淬火工艺进行的淬火操作。工艺特点：工艺特点：相对

128、传统淬火加热温度低相对传统淬火加热温度低2030。 性能特点：性能特点：提高韧性和冲击疲劳抗力，降低冷作模具提高韧性和冲击疲劳抗力，降低冷作模具脆断、脆裂倾向性。脆断、脆裂倾向性。l典型冷作模具钢低淬低回工艺见表典型冷作模具钢低淬低回工艺见表2-46（2）高温淬火工艺）高温淬火工艺 对于某些冷模钢，如对于某些冷模钢，如T7ATI0A、GCr15等，采用等，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性高于传统工艺淬火温度淬火，可使模具获得较高断裂韧性和耐磨性，从而提高模具寿命。和耐磨性，从而提高模具寿命。（3）微细化处理工艺）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即细

129、化基体组织和碳化物，提高模具寿命的方法l四步热处理法：四步热处理法：高温淬火高温淬火+高温回火高温回火+低温淬火低温淬火+低温回火低温回火 如如9Mn2V:820油冷油冷+650回火回火+750 油冷油冷+200 回火。回火。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l循环超细化处理循环超细化处理 加热加热Ac1（Acm）+1020 加热加热Ac1（Acm）+1020 如如Cr12MoV钢：钢：1150加热油淬加热油淬+650回火回火+1000加热油淬加热油淬+650回火回火+1030加热油淬加热油淬+170等温等温30min空冷空冷+170回火回火.（4）分级淬火和等温淬火）分级淬火和等温

130、淬火 是模具最重要的强韧性化方法，可以减少模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冷作模具钢的分级淬火和等温淬火工艺及应用范围见表见表247.（5）其他强韧化处理方法）其他强韧化处理方法 主要是：形变热处理、喷液淬火、快速加热淬火、消主要是：形变热处理、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。除链状碳化物组织的预处理工艺等。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件4、主要冷作模具的热处理特点、主要冷作模具的热处理特点（1）冲裁模）冲裁模l对于薄板冲裁模对于薄板冲裁模 在工艺上应保证热处理变形小、不

131、开裂和高硬度。通在工艺上应保证热处理变形小、不开裂和高硬度。通常根据模材类型采用不同的减少变形的热处理方法。如，常根据模材类型采用不同的减少变形的热处理方法。如，双液淬火工艺、碱浴淬火工艺、低温淬火工艺、快双液淬火工艺、碱浴淬火工艺、低温淬火工艺、快速加热分级淬火、恒温预冷工艺、等温淬火等。速加热分级淬火、恒温预冷工艺、等温淬火等。以上工艺方法的具体应用参考表以上工艺方法的具体应用参考表2-48。l对于重载冷冲模对于重载冷冲模 由于失效形式是崩刃和折断，热处理工艺上应保证由于失效形式是崩刃和折断，热处理工艺上应保证模具获得高强韧性。通常采用的热处理方法有：模具获得高强韧性。通常采用的热处理方法

132、有：细化细化奥氏体晶粒处理、细化碳化物处理、贝氏体等温淬火、奥氏体晶粒处理、细化碳化物处理、贝氏体等温淬火、循环超细化处理、低温淬火循环超细化处理、低温淬火等方法。等方法。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l对于冷剪刀对于冷剪刀 冷剪刀由于工作条件的差异，工作硬度范围较宽，但冷剪刀由于工作条件的差异，工作硬度范围较宽，但都要求刀刃抗冲击能力好。都要求刀刃抗冲击能力好。为了减小淬火内应力，通常采用的淬火方法是：为了减小淬火内应力，通常采用的淬火方法是： 热浴淬火。热浴淬火。即碱浴、盐浴和热油，温度一般在即碱浴、盐浴和热油，温度一般在100180范围。范围。 间断淬火。间断淬火。即加热保

133、温后先油冷至上即加热保温后先油冷至上200250，再，再转入空冷至转入空冷至80140，立即进行预回火，最后根据硬度，立即进行预回火，最后根据硬度要求正式回火。要求正式回火。 对成形冷剪刀对成形冷剪刀，根据受载情况可用表，根据受载情况可用表249中的常规中的常规热处理工艺。热处理工艺。l为了提高冲裁模的耐磨性和使用寿命，生产中常采用为了提高冲裁模的耐磨性和使用寿命，生产中常采用表面强化处理，如碳氮共渗、渗硼、盐浴渗钒、渗铌等。表面强化处理，如碳氮共渗、渗硼、盐浴渗钒、渗铌等。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（2）冷镦模）冷镦模热处理特点如下：热处理特点如下： 碳工钢冷镦凹模采用喷水

134、淬火法可使硬化层沿凹模型碳工钢冷镦凹模采用喷水淬火法可使硬化层沿凹模型腔轮廓均匀分布，以避免过早开裂；采用片状珠光体预处理腔轮廓均匀分布，以避免过早开裂；采用片状珠光体预处理（即完全退火）提高模具强度和断裂韧度和寿命。（即完全退火）提高模具强度和断裂韧度和寿命。冷镦模必须充分回火，冷镦模必须充分回火，2次或次或2次以上。次以上。采用中温淬火、中温回火工艺，获得最佳强韧性配合。采用中温淬火、中温回火工艺，获得最佳强韧性配合。采用快速加热工艺，提高模具的韧性。采用快速加热工艺，提高模具的韧性。采用表面处理，提高模具的耐磨性和抗咬合性。采用表面处理，提高模具的耐磨性和抗咬合性。典型冷镦模的热处理可参

135、照表典型冷镦模的热处理可参照表250。（3）冷挤压模）冷挤压模热处理特点是：热处理特点是： 易断裂或易胀裂、回火抗力和耐磨性要求不高的冷挤易断裂或易胀裂、回火抗力和耐磨性要求不高的冷挤压模具，一般采用淬火温度的下限淬火，以获得高的强韧性。压模具，一般采用淬火温度的下限淬火，以获得高的强韧性。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 高碳高合金冷挤压模具，一般采用较长时间的回火高碳高合金冷挤压模具，一般采用较长时间的回火或多次回火，以控制奥氏体含量，稳定尺寸，消除应力，或多次回火，以控制奥氏体含量，稳定尺寸，消除应力，提高韧性。提高韧性。 以脆断为主的模具，常采用等温淬火后再二次回以脆断为主

136、的模具，常采用等温淬火后再二次回火的工艺，以减少淬火内应力。火的工艺，以减少淬火内应力。 采用表面处理。如渗氮、氮碳共渗、镀硬铬和渗采用表面处理。如渗氮、氮碳共渗、镀硬铬和渗硼等工艺，以提高抗咬合能力、耐磨性和改变表面应力硼等工艺，以提高抗咬合能力、耐磨性和改变表面应力状态。状态。 使用一段时间后，进行低温去应力回火，消除工作使用一段时间后，进行低温去应力回火，消除工作过程中积累的应力和疲劳。过程中积累的应力和疲劳。 表达式表达式251为典型冷挤压模材料的热处理工艺，为典型冷挤压模材料的热处理工艺，以供参考。以供参考。l拉深模拉深模热处理特点是：热处理特点是：模具材料及表面处理课件模具材料及表

137、面处理课件 做好加热保护，避免氧化脱碳，以防止表面出现软做好加热保护，避免氧化脱碳，以防止表面出现软点，表面硬度不得低于点，表面硬度不得低于500HV。 采用表面处理，提高表面的抗磨损和抗粘附的能力。采用表面处理，提高表面的抗磨损和抗粘附的能力。如渗氮、渗硼、镀硬铬、渗钒是主要的方法。如渗氮、渗硼、镀硬铬、渗钒是主要的方法。拉深模的典型热处理规范见表拉深模的典型热处理规范见表252。三、冷作模具的热处理实例三、冷作模具的热处理实例1、 CrWMn钢光栏片的热处理钢光栏片的热处理右图为光栏片上冲模简图右图为光栏片上冲模简图技术要求端面Ra0.8=125=125108硬度硬度6164HRC材料选择

138、材料选择 碳工钢易变形超差，碳工钢易变形超差，Cr12型钢加工困难，故型钢加工困难，故CrWMn较合适。较合适。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件制造工艺路线制造工艺路线 毛坯毛坯球化退火球化退火粗加工粗加工调质调质半精加工半精加工去去应力退火应力退火精加工精加工淬火回火淬火回火精磨。精磨。热处理工艺热处理工艺 球化退火：球化退火：80034h，炉冷至，炉冷至72023h，炉冷至，炉冷至500以下出炉空冷。以下出炉空冷。 调质：调质：83015min，油淬，油淬，70072012h回火。回火。去应力退火：去应力退火：6404h，炉冷至，炉冷至300以下出炉。以下出炉。淬回火：（见右下

139、图）淬回火：（见右下图）2、T10A钢冲裁凹模的热处理钢冲裁凹模的热处理模具尺寸如下图模具尺寸如下图模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件技术要求技术要求硬度硬度6064HRC15mm处为配合尺寸，要求变形小处为配合尺寸，要求变形小淬火工艺淬火工艺 因孔型多，尺寸较大，采用的又是因孔型多，尺寸较大，采用的又是T10钢，淬火变形钢，淬火变形开裂的可能性大，为防止变形、开裂，常采用开裂的可能性大，为防止变形、开裂，常采用碱浴分级淬碱浴分级淬火火，并采取适当的防变形措施。，并采取适当的防变形措施。l采用延迟淬火法。采用延迟淬火法。l刃口采用局部淬火法。刃口采用局部淬火法。l模具直角处包扎铁皮。

140、模具直角处包扎铁皮。lM10螺钉孔用石棉绳堵塞。螺钉孔用石棉绳堵塞。（T10钢组合凹模的淬火工艺见右上图）钢组合凹模的淬火工艺见右上图）3、65Nb十字槽光冲模的热处理十字槽光冲模的热处理性能要求：性能要求：l极高的强韧性，高耐磨性。极高的强韧性，高耐磨性。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件选材分析选材分析 高碳高铬钢、高速钢光冲寿命低，冲芯易折断；高碳高铬钢、高速钢光冲寿命低，冲芯易折断；60Si2Mn钢光冲，寿命有所提高，但冲尖仍折断失效。钢光冲，寿命有所提高，但冲尖仍折断失效。 现采用现采用65Nb钢制造，经低温淬火、高温二次回火，寿钢制造，经低温淬火、高温二次回火，寿命相比传

141、统材料常规热处理工艺提高命相比传统材料常规热处理工艺提高56倍。倍。热处理工艺热处理工艺（见右下图）（见右下图）热处理后硬度为热处理后硬度为5059HRC图图2384、W6Mo5Cr4V2钢冷挤压钢冷挤压凹模的热处理凹模的热处理冷挤压凹模和热处理见下图冷挤压凹模和热处理见下图图图239图图240模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件技术要求技术要求l硬度硬度6264HRCl型腔表面粗糙度型腔表面粗糙度Ra0.1l淬火时要保证表面粗糙度不受破坏淬火时要保证表面粗糙度不受破坏热处理工艺热处理工艺 为保证表面粗糙度要求，采用低温分级淬火，淬火温度为保证表面粗糙度要求，采用低温分级淬火，淬火温度

142、为为1180，分级温度为，分级温度为300。 （见图（见图240）5、大型拉深凹模的热处理、大型拉深凹模的热处理 模具的外形尺寸见下图：模具的外形尺寸见下图：失效形式：失效形式：R处的磨损处的磨损硬度要求：硬度要求：5560HRC 选材：选材：原采用原采用Cr12钢，钢，拉深发生粘料现象，后改用拉深发生粘料现象，后改用QT500-7的铸态高强度球的铸态高强度球墨铸铁。墨铸铁。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件热处理工艺热处理工艺采用双介质淬火和马氏体等温处理工艺（见下图）采用双介质淬火和马氏体等温处理工艺（见下图）图图242 由于是铸铁，加热时由于是铸铁，加热时要预热，冷却时需预冷。

143、要预热，冷却时需预冷。 为了防止淬火开裂，采为了防止淬火开裂，采用了盐水和油双介质冷却及用了盐水和油双介质冷却及马氏体等温淬火。马氏体等温淬火。 淬火后硬度淬火后硬度5458HRC，由于铸铁中含有游离态，由于铸铁中含有游离态石墨，提高了润滑性能，使模具的耐磨性大大提高。石墨，提高了润滑性能，使模具的耐磨性大大提高。使用效果使用效果 与Cr12钢相比，模具寿命提高了钢相比，模具寿命提高了10倍以上。倍以上。n 冷作模的选材、强韧化处理与使用寿命关系的实例冷作模的选材、强韧化处理与使用寿命关系的实例参见表参见表253模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第三章第三章 热作模具材料热作模具材料

144、第一节第一节 热作模具性能要求及成分特点热作模具性能要求及成分特点一、性能要求一、性能要求l较高的高温强度和韧性较高的高温强度和韧性l良好的耐磨性良好的耐磨性l高的热稳定性高的热稳定性l优良的耐热疲劳性优良的耐热疲劳性l高淬透性高淬透性l良好的导热性良好的导热性l良好的成形加工工艺性能良好的成形加工工艺性能二、成分特点二、成分特点碳质量分数：碳质量分数：一般小于一般小于0.5%（个别达（个别达0.60.7%） 主加元素：主加元素：Cr、Mn、Ni、Si具有强化铁素体提高淬具有强化铁素体提高淬透性的作用。透性的作用。 辅加元素：辅加元素：W、Mo、V。作用是防止回火脆、产生。作用是防止回火脆、产

145、生二次硬化、提高耐热疲劳抗力。二次硬化、提高耐热疲劳抗力。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第二节第二节 热作模具钢及热处理热作模具钢及热处理热作模具钢分类：热作模具钢分类：l按用途分类按用途分类锤锻模和大型机锻模用钢锤锻模和大型机锻模用钢中、小机锻模和热挤压和钢中、小机锻模和热挤压和钢压铸模用钢压铸模用钢热冲裁模用钢热冲裁模用钢l按工作温度分按工作温度分低耐热钢（低耐热钢（350370）中耐热钢（中耐热钢（550600）高耐热钢（高耐热钢（580650）l按性能分按性能分高韧性热作模具钢高韧性热作模具钢高热强热作模具钢高热强热作模具钢高耐磨热作模具钢高耐磨热作模具钢以上分类之间的关

146、系及典型钢种见表以上分类之间的关系及典型钢种见表31模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件一、锤锻模及大型机锻模用钢及热处理一、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、工作条件及性能要求 锤锻模：锤锻模：受到高温（受到高温（400600）、高压、高冲击）、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，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。使模具表面产生较大的热应力。 大型机锻模：大型机锻模：工作条件与锤锻模相近，所不同的

147、是成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。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：失效形式：主要是氧化磨损、断裂、热疲劳裂纹等。主要是氧化磨损、断裂、热疲劳裂纹等。性能要求：性能要求：l具有良好的耐磨性，较高的高温强度和韧性具有良好的耐磨性，较高的高温强度和韧性。l具有良好的耐热性和耐热疲劳性。具有良好的耐热性和耐热疲劳性。l具有高的淬透性。具有高的淬透性。l对于锤锻模要求燕尾处的硬度比模面低。对于锤锻模要求燕尾处的硬度比模面低。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、锤锻模及大型机锻模用钢、锤锻模及大型机锻模用钢（1

148、）常用钢种及化学成分）常用钢种及化学成分常用钢种常用钢种传统钢传统钢5CrNiMo、5CrMnMo 新研制新研制4CrMoSiMoV、5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi（典型钢种的化学成分见表（典型钢种的化学成分见表3-2）（2）典型钢种的特点及应用）典型钢种的特点及应用l5CrNiMo 性能特点：性能特点：优良的综合力学性能，高淬透性，第二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。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：应用特点：主要用于制作形状复杂、冲击负荷大、主要用于制作形状复杂、冲击负荷大、要求高强度和较高韧

149、性的中大型锤锻模。要求高强度和较高韧性的中大型锤锻模。l5CrMnMo 性能特点：性能特点：硬度、强度与硬度、强度与5CrNiMo相当；但冲击韧相当；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。度低、淬透性、耐热疲劳性也稍差，并且过热倾向较大。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件应用特点：应用特点：适于制造受力较轻的中小锤锻模。适于制造受力较轻的中小锤锻模。l4CrMoSiMoV 性能特点：性能特点：强度、热稳定性、淬透性均高于强度、热稳定性、淬透性均高于5CrNiMo，冲击韧度与冲击韧度与5CrNiMo相近。相近。 应用特点：应用特点：可用于制造中、大型或特大型锤锻模及

150、机可用于制造中、大型或特大型锤锻模及机锻模。锻模。l45Cr2NiMoVSi 性能特点：性能特点：综合力学性能优于综合力学性能优于5CrNiMo，热、锻工，热、锻工艺性良好，但切削加工性略差。艺性良好，但切削加工性略差。 应用特点：应用特点：适用于制造高强韧性大截面锤锻模和机锻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。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）锤锻模与大型机锻模的选材选材的一般情况是：选材的一般情况是： 中小型（中小型（3t）及复杂锤锻模）及复杂锤锻模 选用选用5CrNiMo、 4CrMoSiMoV

151、 大型、重载锤锻模及机锻模大型、重载锤锻模及机锻模 选用选用5Cr2NiMoVSi、45Cr2NiMoVSi、 4Cr5MoSiV1（该钢后续介绍）（该钢后续介绍）（锤锻模及大型机锻模的选材情况可参考表（锤锻模及大型机锻模的选材情况可参考表3-3。）。）3、锤锻模及大型机锻模的热处理、锤锻模及大型机锻模的热处理该类模具制造工艺路线：该类模具制造工艺路线： 下料下料锻造锻造退火退火机械粗加工机械粗加工探伤探伤机械或电火机械或电火花加工成形花加工成形淬、回火淬、回火钳修钳修抛光。抛光。（1）锻造）锻造 选用钢材若是轧材，必须进行锻造。选用钢材若是轧材，必须进行锻造。 锻造工艺：锻造工艺：加热加热1

152、1001150，始锻，始锻10501100，终锻，终锻800850，锻后缓冷至，锻后缓冷至150200空冷。空冷。（2）退火）退火 消除锻造内应力和组织不均匀性消除锻造内应力和组织不均匀性 退火工艺：退火工艺：见表见表34，退火硬度一般为，退火硬度一般为197241HBW。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件u 锤锻模因磨损造成尺寸超差，可以翻新。翻新时锤锻模因磨损造成尺寸超差，可以翻新。翻新时需退火进行软化，退火时应注意对燕尾的保护。需退火进行软化，退火时应注意对燕尾的保护。（3）淬火与回火）淬火与回火u 锻模尺寸大，一般采用箱式电阻炉加热，为防止模锻模尺寸大，一般采用箱式电阻炉加热

153、，为防止模面氧化脱碳，需装箱加保护剂保护，箱口要用耐火泥面氧化脱碳，需装箱加保护剂保护，箱口要用耐火泥密封。密封。u 大型或形状复杂的锻模淬火加热需预热，预热温度大型或形状复杂的锻模淬火加热需预热，预热温度一般为一般为550600。锻模的淬火加热温度选择锻模的淬火加热温度选择 推荐如下：推荐如下：5CrMnMo 830850 5CrNiMo 8308604CrMoSiMoV 860880 45Cr2NiMoVSi 960980 5Cr2NiMoVSi 9601010模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件淬火冷却方式淬火冷却方式 油冷为主，其次是分级或等温油冷为主，其次是分级或等温油冷：油

154、温为油冷：油温为4070，入油前需在空气中预冷，入油前需在空气中预冷至至750780，油冷时间根据模具大小为，油冷时间根据模具大小为1570min。淬火加热保温时间淬火加热保温时间箱式炉：加热系数箱式炉：加热系数23min/mm盐浴炉：加热系数盐浴炉：加热系数1min/mm 分级：将工件预冷后淬入分级：将工件预冷后淬入160180的硝盐浴，停的硝盐浴，停留时间按留时间按0.30.5min/mm计算，取出后立刻回火。计算，取出后立刻回火。 锻模的回火分模腔和燕尾两部分，燕尾的硬度不应高锻模的回火分模腔和燕尾两部分，燕尾的硬度不应高于锤头而且要低于模面，具体选择参考表于锤头而且要低于模面，具体选择

155、参考表35。锻模回火温度锻模回火温度 根据硬度要求确定，部分锤锻模的回火温度和硬度的根据硬度要求确定，部分锤锻模的回火温度和硬度的关系见表关系见表36。 回火次数一般为二次，第二次回火温度应低于第一次。回火次数一般为二次，第二次回火温度应低于第一次。采用油冷，采用油冷，100出油。燕尾采用单独回火和自回火。出油。燕尾采用单独回火和自回火。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件二、热挤压模及中、小机锻模用钢及热处理二、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、工作条件与性能要求l热挤压模热挤压模 工作条件：工作条件：受到压应力、弯曲应力和脱模拉应力的作受到压应力、弯曲应力和

156、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，用，所受冲击载荷比锤锻模小，但工作温度比锤锻模高，最高可达最高可达800850，热应力和摩擦都大于锤锻模，热应力和摩擦都大于锤锻模。 失效形式：失效形式：模腔过量塑性变形、热疲劳破坏、热磨损模腔过量塑性变形、热疲劳破坏、热磨损及表面氧化腐蚀。及表面氧化腐蚀。 性能要求：性能要求：良好的耐热疲劳性、热稳定性和耐磨性，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。以及较高的高温强度和足够的韧性。l中、小型机锻模中、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工作条件与热挤压模相近，所不同的是受到的冲

157、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。近。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、热挤压模及中、小机锻模用钢、热挤压模及中、小机锻模用钢（1）钨系热作模具钢）钨系热作模具钢典型钢种：典型钢种：3Cr2W8Vl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）铬系热作模具钢代表性钢种：代表性钢种：4Cr5MoSiV 、4Cr5MoSiV1和和 4Cr5W2VSi性能特点：性能特点：l含铬量较多，具有较高淬透性，适合分级淬火。含铬量较多，具有较高淬透性，适合分级淬火。l

158、耐热疲劳性较好，较能适应急冷急热的工作条件。耐热疲劳性较好，较能适应急冷急热的工作条件。l回火稳定性较高，具有二次硬化（见下图）。回火稳定性较高，具有二次硬化（见下图）。l与钨系相比，韧性较高，高温强与钨系相比，韧性较高，高温强度较低，耐热性稍差，工作温度小度较低，耐热性稍差，工作温度小于于600。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l热塑性较高，变形抗力小，锻造开裂倾向性小，但锻热塑性较高，变形抗力小，锻造开裂倾向性小，但锻造温度范围窄。造温度范围窄。（3）铬钼系及铬钨钼系钢）铬钼系及铬钨钼系钢主要钢种：主要钢种：4Cr3Mo3SiV（H10）、）、3Cr3Mo3VNb（HM3）3C

159、r3Mo3W2V（HM1）、）、5Cr4W5Mo2V（RM2）4Cr3Mo3W4VNb（GR）4Cr3Mo2NiVNbB（HD）部分钢种介绍：部分钢种介绍： 1）3Cr3Mo3VNb（HM3） 性能特点：性能特点：较高的耐热疲劳性和强韧性，回火稳定性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。好，冷热加工性良好。 应用特点：应用特点：适于制造强烈水冷的压力机成形模、辊锻适于制造强烈水冷的压力机成形模、辊锻模、小型锤锻模，寿命明显高于传统热作模具钢。模、小型锤锻模，寿命明显高于传统热作模具钢。2） 5Cr4W5Mo2V（RM2）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 性能特点：

160、性能特点：具有较高的回火抗力及热稳定性，在具有较高的回火抗力及热稳定性，在50HRC时热稳定性可达时热稳定性可达700，碳化物较多，抗磨损性，碳化物较多，抗磨损性能好。能好。 应用特点：应用特点：适于制作小截面热挤压模、高速锻模及辊适于制作小截面热挤压模、高速锻模及辊锻模具。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 基体钢中有多只冷热兼用的模具钢，如基体钢中有多只冷热兼用的模具钢，如6W8Cr4VTi（LM1）、）、6Cr5Mo3W2V

161、SiTi（LM2）、）、6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2)及前面介绍的及前面介绍的0Cr12Al。 其中其中0Cr12Al具有代表性，用于热作模具较多，如热挤具有代表性，用于热作模具较多，如热挤压冲头、传动杆热锻模等，寿命明显高于压冲头、传动杆热锻模等，寿命明显高于3Cr2W8V。（部分基体钢和热作模具钢的力学性能见表部分基体钢和热作模具钢的力学性能见表3-8）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件3、热挤压模及中、小机锻模的材料选用、热挤压模及中、小机锻模的材料选用热挤压模选材依据：热挤压模选材依据：l被挤压金属种类被挤压金属种类l挤压温度挤压温度l挤压比、挤压速度和润滑条件等挤压比

162、、挤压速度和润滑条件等选用情况：选用情况：参考表参考表3-9。中、小机锻模的选材依据：中、小机锻模的选材依据：l锻压材料种类锻压材料种类l生产批量生产批量l模具尺寸、变形速度和润滑条件等模具尺寸、变形速度和润滑条件等选用情况：选用情况：参考表参考表3-104、热挤压模及中、小机锻模的热处理、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：该类模具制造工艺路线一般为：下料下料锻造锻造预先热处理预先热处理机械加工成形机械加工成形淬、回火淬、回火精加工。精加工。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件热加工工序目的及工艺：热加工工序目的及工艺：（1）锻造）锻造 轧材需锻造成型并改善组织

163、，锻造工艺见表轧材需锻造成型并改善组织，锻造工艺见表3-11。含钼的热模钢要注意加热温度和保温时间的控制，以避免含钼的热模钢要注意加热温度和保温时间的控制，以避免严重脱碳。严重脱碳。（2）预备热处理）预备热处理根据模具的具体性能要求，预备热处理工艺有：根据模具的具体性能要求，预备热处理工艺有： 1）退火）退火 大多数模具采用等温退火或普通退火，以便大多数模具采用等温退火或普通退火，以便于切削加工和获得较合理的碳化物形状。常用热模钢的退于切削加工和获得较合理的碳化物形状。常用热模钢的退火工艺参考表火工艺参考表3-12。 2）高温调质）高温调质 高温淬火高温淬火+700750回火，以获得回火，以获

164、得细而圆的碳化物，提高模具的抗裂性。细而圆的碳化物，提高模具的抗裂性。 3）锻后正火）锻后正火 锻后出现明显链状碳化物的模坯，须锻后出现明显链状碳化物的模坯，须正火予以消除。正火予以消除。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（3）淬、回火）淬、回火 淬火温度淬火温度的选择主要考虑奥氏体晶粒大小，及模具的的选择主要考虑奥氏体晶粒大小，及模具的具体性能要求，可参照表具体性能要求，可参照表3-13进行选择。进行选择。 淬火保温淬火保温时间的选择要使碳及合金元素充分固溶，以保证时间的选择要使碳及合金元素充分固溶，以保证获得高回火抗力及热硬性。（盐浴炉取获得高回火抗力及热硬性。（盐浴炉取051m

165、in/mm)淬火冷却淬火冷却采用油冷、空冷、等温淬火或分级淬火。采用油冷、空冷、等温淬火或分级淬火。 回火温度回火温度的选择，在模具不脆断的情况下，尽可能提高的选择，在模具不脆断的情况下，尽可能提高硬度，可参考表硬度，可参考表3-13。 回火要及时，加热和冷却要缓慢。回火次数为两次，回火回火要及时，加热和冷却要缓慢。回火次数为两次，回火时间时间3min/mm计算，但不应低于计算，但不应低于2h.第二次回火比头次低第二次回火比头次低1020三、压铸模用钢及热处理三、压铸模用钢及热处理1、压铸模工作条件及性能要求、压铸模工作条件及性能要求压铸模分类压铸模分类按被压铸材料的性质可分为：按被压铸材料的

166、性质可分为：锌合金压铸模锌合金压铸模铝合金压铸模铝合金压铸模铜合金压铸模铜合金压铸模模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l受热温度比热锻模高（非铁金属受热温度比热锻模高（非铁金属400600，钢铁材料钢铁材料1000以上），受热时间长。以上），受热时间长。压铸模工作条件压铸模工作条件l承受压力大，在承受压力大，在20120MPa之间。之间。l受反复加热和冷却的作用。受反复加热和冷却的作用。l金属液流高速冲刷的作用。金属液流高速冲刷的作用。常见失效形式：常见失效形式： 热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀。热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀。压铸模性能要求：压铸模性能要求：l具有良好的耐热性和高温力学性能

167、。具有良好的耐热性和高温力学性能。l具有优良的耐热疲劳性和导热性。具有优良的耐热疲劳性和导热性。l具有良好的抗氧化性和耐蚀性。具有良好的抗氧化性和耐蚀性。l具有高淬透性。具有高淬透性。2、压铸模用钢及处理工艺、压铸模用钢及处理工艺模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件钨系钨系 ： 3Cr2W8V铬系铬系 ：4Cr5MoSiV1铬钼钨系：铬钼钨系：3Cr3Mo3W2V铬钼系：铬钼系：4Cr3Mo3SiV新钢种：新钢种： Y10、Y4典型钢种介绍：典型钢种介绍：（1）3Cr2W8V成分及性能特点：成分及性能特点：l低碳，但铬、钨含量较高。低碳，但铬、钨含量较高。l属于过共析钢组织。属于过共析

168、钢组织。l因回火稳定性高，具有较高的热硬性和热强性。因回火稳定性高，具有较高的热硬性和热强性。l韧性和导热性较好。韧性和导热性较好。锻造工艺：锻造工艺：因碳化物粗大需反复镦粗与拔长因碳化物粗大需反复镦粗与拔长始锻温度：始锻温度：10801120终锻温度：终锻温度：900850，空冷至，空冷至700缓冷。缓冷。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件预备热处理预备热处理采用不完全退火或等温退火。采用不完全退火或等温退火。l不完全退火工艺：不完全退火工艺：830850加热，保温加热，保温34h，炉冷（炉冷（40/h）至）至400出炉空冷。出炉空冷。l等温退火工艺：等温退火工艺：710740等温

169、等温34 h，然后炉，然后炉冷至冷至500出炉空冷。出炉空冷。淬火与回火淬火与回火 3Cr2W8V钢的淬火温度、回火温度与主要力学性能钢的淬火温度、回火温度与主要力学性能的关系见表关系见表315和表和表316，综合分析可知：，综合分析可知： 钢的常规淬火温度应采用钢的常规淬火温度应采用10501150。如果模具要。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。度加热淬火。淬火冷却：油淬、分级淬火或等温淬火淬火冷却

170、：油淬、分级淬火或等温淬火模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 回火温度主要根据模具性能要求来选择，回火次数为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。次，采用油冷。 表表317为为3Cr2W8V钢制压铸模常用的几种热处钢制压铸模常用的几种热处理工艺，以供参考。理工艺，以供参考。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（2）3Cr3Mo3W2V（HM1）性能特点：性能特点： 使用实践表明，这种钢的回火稳定性、抗磨损性能均使用实践表明，这种钢的回火稳定性、抗磨损性能均高于高于3Cr2W8V钢，尤其是耐热疲劳性比钢，尤其是耐热疲劳性比3Cr2W8V高得多。高得多。

171、 锻造工艺：锻造工艺： 加热加热11501180，始锻，始锻11201150。锻。锻后应及时退火。后应及时退火。退火工艺：退火工艺：860880加热保温加热保温24h，炉冷至，炉冷至720740等温等温46h，炉冷至，炉冷至550以下出炉空冷。以下出炉空冷。退火后的硬度退火后的硬度252HBW。 淬回火工艺：淬回火工艺：淬火加热淬火加热10601130，油淬或分级，油淬或分级淬火，淬后硬度为淬火，淬后硬度为5056HRC。回火至。回火至600630时硬时硬度为度为5055HRC，回火至，回火至630650时硬度为时硬度为4550HRC。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（3）Y4、Y

172、10钢（新型模具钢）钢（新型模具钢）lY4适宜作铜合金压铸模适宜作铜合金压铸模lY10适宜作铝合金压铸模适宜作铝合金压铸模 主要特性：主要特性：与与3Cr2W8V钢相比，冷热疲劳抗力、抗溶钢相比，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。蚀能力、冲击韧性、断裂韧性均比较高，但耐热性稍差。Y10可在可在610以下长期工作，以下长期工作，Y4工作温度更高些。用于工作温度更高些。用于压铸模寿命普遍提高压铸模寿命普遍提高110倍。倍。 热加工特性：热加工特性：锻造与退火工艺性良好，工艺参数与锻造与退火工艺性良好，工艺参数与3Cr2W8V钢相近。钢相近。淬火温度为淬火温度为10

173、201120，回火温度为，回火温度为600630。3、压铸模材料选择、压铸模材料选择选材依据：选材依据：l压铸金属种类、压铸温度高低。压铸金属种类、压铸温度高低。l生产批量大小。生产批量大小。l压铸件的形状、重量及精度要求。压铸件的形状、重量及精度要求。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l锌合金压铸模常用材料锌合金压铸模常用材料合金结构钢：合金结构钢：40Cr、30CrMnSi等等 模具钢：模具钢：5CrNiMo、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V等。等。 合金结构钢压铸模寿命为合金结构钢压铸模寿命为2030万次，模具钢万次，模具钢可达可达100万次。万次。l铝合金压铸模常用材料铝

174、合金压铸模常用材料新型模具钢：新型模具钢：H13、H11、Y10、HM3等。等。传统热模钢：传统热模钢： 3Cr2W8V新型模具钢使用效果、寿命均高于传统钢。新型模具钢使用效果、寿命均高于传统钢。l铜合金压铸模常用材料铜合金压铸模常用材料 HM1、Y4、 3Cr2W8V。后者用量最大，但效。后者用量最大，但效果不如前两只钢。果不如前两只钢。l钢铁压铸模材料钢铁压铸模材料模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件l常用仍为常用仍为3Cr2W8V，但热疲劳抗力差，寿命低。，但热疲劳抗力差，寿命低。l高熔点钼基合金（高熔点钼基合金（TZM）及钨基合金（）及钨基合金（Anviloy1150）但价格昂

175、贵。但价格昂贵。l铍青铜合金、铬锆钒铜合金等，使用效果良好，价格贵。铍青铜合金、铬锆钒铜合金等，使用效果良好，价格贵。（压铸模成形部分零件材料选用可参考表（压铸模成形部分零件材料选用可参考表318）4、压铸模热处理特点、压铸模热处理特点u压铸模工艺路线压铸模工艺路线一般压铸模：锻造一般压铸模：锻造 退火退火机械粗加工机械粗加工稳定化处理稳定化处理精加工成形精加工成形淬火及回火淬火及回火钳工修配。钳工修配。 形状复杂、精度要求高的模具：锻造形状复杂、精度要求高的模具：锻造退火退火粗加工粗加工调调质质电加工或精加工成形电加工或精加工成形钳工修磨钳工修磨渗氮（或软氮化）渗氮（或软氮化）研磨抛光。研磨

176、抛光。u热处理工艺目的及特点：热处理工艺目的及特点：模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 稳定化处理（也称去应力退火）目的是，消除机加稳定化处理（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。去应力退火工艺为加热工应力和电火花变质层应力。去应力退火工艺为加热650680，保温，保温35h。预处理一般采用球化退火或调质处理。调质处理对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。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。较低温度压铸

177、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）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。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，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

178、温，一般冷至淬火。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。均热后立即回火。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 压铸模回火必须充分。一般回火压铸模回火必须充分。一般回火3次，第一次选在次，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。强化处理，如渗氮、氮碳共渗、渗铬、渗铝、渗

179、硼等。四、热冲裁模用钢四、热冲裁模用钢 推荐使用的钢种：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是使用最多的钢种。制作凹模使用硬度为4345HRC，不宜大于，不宜大于50HRC；制作凸模使用硬度为；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，淬火温钢的锻后退火一般采用等温退火工艺，淬火温度为度为820840，油冷，入油前应预冷。回火温度为，油冷，入油前应预冷。回火温度为480520，硬度为，硬度为4145HRC。回火温度不应低。回火温度不应低于于460。（冲裁模材料选用可

180、参考表（冲裁模材料选用可参考表319）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第三节第三节 其他热作模具材料其他热作模具材料一、硬质合金一、硬质合金 钨钴类：钨钴类：YG20制作成镶块，用于热切边凹模、压制作成镶块，用于热切边凹模、压铸模、热挤压凸模或凹模。铸模、热挤压凸模或凹模。 钢结硬质合金：钢结硬质合金：ST60（奥氏体不锈钢基）（奥氏体不锈钢基）用于热用于热挤压模、热冲孔模、热平锻模等。挤压模、热冲孔模、热平锻模等。 与通用热作模具钢相比，硬质合金用于热作模具，寿与通用热作模具钢相比，硬质合金用于热作模具，寿命都大幅提高。命都大幅提高。二、高温合金二、高温合金 主要有铁基、镍基、钴

181、基，工作温度高达主要有铁基、镍基、钴基，工作温度高达6501000，典型牌号有，典型牌号有A-286、S-816，制造热挤，制造热挤压模可获得较高使用寿命（成分见表压模可获得较高使用寿命（成分见表3-20）三、难熔金属合金三、难熔金属合金 主要是主要是TZM和和Anviloy，用于压铸模和耐热钢热挤，用于压铸模和耐热钢热挤压模压模,使用效果良好。使用效果良好。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件四、压铸模用铜合金四、压铸模用铜合金常用铜合金：常用铜合金：铍青铜合金、铬锆钒铜合金铍青铜合金、铬锆钒铜合金铜合金压铸模特点：铜合金压铸模特点： 铜合金导热性好，使得模具内外温差小，从而降低铜合

182、金导热性好，使得模具内外温差小，从而降低了模具的应变和应力。了模具的应变和应力。 耐热疲劳性好。耐热疲劳性好。 模具在工作过程中性能和尺寸稳定。模具在工作过程中性能和尺寸稳定。 铜合金压铸模制造周期短、成本低。铜合金压铸模制造周期短、成本低。 用于钢铁件压铸，模具寿命常常高于各种热作模具钢。用于钢铁件压铸，模具寿命常常高于各种热作模具钢。 第四节第四节 热作模具的强韧化处理热作模具的强韧化处理一、热作模具的高温淬火一、热作模具的高温淬火 对某些热作模具和某种热作模具钢采用高温淬火，以对某些热作模具和某种热作模具钢采用高温淬火，以获得板条状为主的的组织，可以提高模具的强度、塑性和断裂获得板条状为

183、主的的组织，可以提高模具的强度、塑性和断裂韧度，这对于防止模具过早断裂、减缓磨损和热疲劳有益。韧度，这对于防止模具过早断裂、减缓磨损和热疲劳有益。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件例如：例如： 5CrNiMo、5CrMnMo热锻模采用热锻模采用950和和900淬火。淬火。3Cr2W8V热挤压模采用热挤压模采用1150淬火。淬火。 4Cr5MoSiV1热挤压模采用热挤压模采用11301160淬火。淬火。二、热作模具的复合热处理二、热作模具的复合热处理1、双重淬火、双重淬火 工艺过程：终锻后的锻件工艺过程：终锻后的锻件返炉加热返炉加热油淬油淬高温回火高温回火常规淬回火工艺。常规淬回火工艺

184、。 优点：优点：双重淬火可以获得高度弥散的合金碳化物，提双重淬火可以获得高度弥散的合金碳化物，提高模具的强韧性，对克服模具的早期断裂有作用。高模具的强韧性，对克服模具的早期断裂有作用。 利用锻造余热淬火，节约了能源，缩短了生产利用锻造余热淬火，节约了能源，缩短了生产周期。周期。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、复合等温处理、复合等温处理工艺：工艺：淬火淬火+等温处理等温处理+回火回火 目的：目的：主要防止热锻模因淬火时出油温度过高，在主要防止热锻模因淬火时出油温度过高，在及时回火过程中形成上贝氏体组织。及时回火过程中形成上贝氏体组织。 例：例： 5CrNiMo、5CrMnMo钢制

185、热锻模复钢制热锻模复合等温处理工艺见下图。合等温处理工艺见下图。三、热作模具热处理实例三、热作模具热处理实例1、 4Cr5MoSiV1钢制汽车凸轮轴锻模的热处理钢制汽车凸轮轴锻模的热处理模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件锻模尺寸：锻模尺寸：950mm200mm160mm工作硬度：工作硬度：3741HRC锻压设备：锻压设备：40MN机械锻压机床机械锻压机床锻件材料：锻件材料：45钢钢锻造温度：锻造温度：12201240原锻模材料：原锻模材料：5CrNiMo 平均寿命：平均寿命：8000件件现锻模改用材料：现锻模改用材料： 4Cr5MoSiV1热处理工艺：见图热处理工艺：见图33图图33

186、使用效果：使用效果：磨损和热疲劳情况比磨损和热疲劳情况比5CrNiMo 钢模具显著钢模具显著改善，平均寿命提高至改善，平均寿命提高至于于1.1万件。万件。2、 3Cr2W8V钢制大力钳热钢制大力钳热锻模的淬火不回火处理锻模的淬火不回火处理模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 实验证明实验证明：3Cr2W8V淬火态的断裂韧度比回火态的淬火态的断裂韧度比回火态的高一倍；淬火态或低于高一倍；淬火态或低于400回火后的冲击韧度高于回火后的冲击韧度高于500600回火的冲击韧度。回火的冲击韧度。 据此，对某些据此，对某些3Cr2W8V钢热锻模淬火后不回火或经钢热锻模淬火后不回火或经低温回火使用，

187、反而能提高模具的使用寿命。低温回火使用，反而能提高模具的使用寿命。 例：例： 3Cr2W8V钢制大力钳热锻模，尺寸为钢制大力钳热锻模，尺寸为110mm110mm160mm，经，经1150加热，风冷不回火的加热，风冷不回火的工艺处理后，模具硬度为工艺处理后，模具硬度为4445HRC，平均使用寿命达，平均使用寿命达1万次以上，超过了经传统工艺处理的模具寿命。万次以上，超过了经传统工艺处理的模具寿命。 注意：注意：对抗磨损和耐热疲劳性要求高的热锻模，不能不对抗磨损和耐热疲劳性要求高的热锻模，不能不回火。回火。3、 3Cr2W8V钢制压铸模的离子渗氮处理钢制压铸模的离子渗氮处理 渗氮目的：渗氮目的：提

188、高压铸模的耐蚀性、耐磨性、抗热疲提高压铸模的耐蚀性、耐磨性、抗热疲劳性和抗粘附性能。劳性和抗粘附性能。 适用对象：适用对象：形状简单的压铸模形状简单的压铸模模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 预处理工艺：预处理工艺：淬火态或调质态淬火态或调质态 离子渗氮工艺：离子渗氮工艺：渗氮温度为渗氮温度为450520，渗氮时间，渗氮时间为为69h。渗氮层深：渗氮层深：0.20.3mm 磨损后的离子渗氮模，经修复和再次离子渗氮后重新投磨损后的离子渗氮模，经修复和再次离子渗氮后重新投入使用，可极大地提高模具总的使用寿命。入使用，可极大地提高模具总的使用寿命。4、综合实例、综合实例 热作模具选材、表面

189、强化处理使用寿命的关系实例见表热作模具选材、表面强化处理使用寿命的关系实例见表321。第四章第四章 塑料模具用钢塑料模具用钢 第一节第一节 塑料模工作条件、失效形式及性能要求塑料模工作条件、失效形式及性能要求 一、塑料模的工作条件一、塑料模的工作条件 热固性塑料压缩模热固性塑料压缩模1、工作条件、工作条件模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 工作温度一般为工作温度一般为160250，模腔工作压力为，模腔工作压力为160200MPa，型腔面易磨损、易腐蚀，脱模、合模受，型腔面易磨损、易腐蚀，脱模、合模受到较大的冲击。到较大的冲击。2、工作特点、工作特点 压制各种胶木制件，在热压状态下成形

190、，热负荷和机械压制各种胶木制件，在热压状态下成形，热负荷和机械负荷都较大，加入的填充剂使模腔磨损严重。负荷都较大，加入的填充剂使模腔磨损严重。热塑性塑料注射模热塑性塑料注射模1、工作条件、工作条件 工作温度小于工作温度小于150，工作压力较压缩模轻；有部分塑，工作压力较压缩模轻；有部分塑料在熔融状态下分解出氯化氢或氟化氢气体，对模具型腔料在熔融状态下分解出氯化氢或氟化氢气体，对模具型腔有较大的腐蚀性。有较大的腐蚀性。2、工作特点、工作特点 这类塑料在加热成形时一般不含固体填料，所以对模腔这类塑料在加热成形时一般不含固体填料，所以对模腔磨损小。如果含有玻璃纤维填料，则大大加剧对流道和型磨损小。如

191、果含有玻璃纤维填料，则大大加剧对流道和型腔面的磨损。腔面的磨损。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件二、塑料模常见的失效形式二、塑料模常见的失效形式1、磨损及腐蚀、磨损及腐蚀 磨损失效：磨损失效：热固性塑料中的固体填充剂造成模具型腔热固性塑料中的固体填充剂造成模具型腔磨损超差而失效。磨损超差而失效。 腐蚀失效：腐蚀失效：部分热塑性塑料加热至熔融状态分解出部分热塑性塑料加热至熔融状态分解出HCl、HF等腐蚀性气体使模具型腔表面受到腐蚀，从而增加表等腐蚀性气体使模具型腔表面受到腐蚀，从而增加表面粗糙度，加剧磨损而失效。面粗糙度，加剧磨损而失效。2、塑性变形、塑性变形 模具持续受热、受压发生

192、局部塑性变形而失效，造成模模具持续受热、受压发生局部塑性变形而失效，造成模具表面出现起皱、凹陷、麻点等缺陷。具表面出现起皱、凹陷、麻点等缺陷。3、断裂、断裂 塑料模具结构上的凹槽、薄边等应力集中处，当韧性不塑料模具结构上的凹槽、薄边等应力集中处，当韧性不足时会导致开裂。足时会导致开裂。三、对塑料模具材料的性能要求三、对塑料模具材料的性能要求模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件1、使用性能要求、使用性能要求 足够的强度和硬度，通常在足够的强度和硬度，通常在3855HRC良好的耐磨性和耐蚀性良好的耐磨性和耐蚀性足够的韧性足够的韧性较好的耐热性和尺寸稳定性较好的耐热性和尺寸稳定性良好的导热性

193、良好的导热性2、工艺性能要求、工艺性能要求 机械加工性能，主要是具有良好的切削加工性能机械加工性能，主要是具有良好的切削加工性能和磨削加工性能。和磨削加工性能。 良好的焊接性。模腔受到损伤时，往往采用堆焊的良好的焊接性。模腔受到损伤时，往往采用堆焊的方法修复。方法修复。 良好的热处理工艺性。具有足够的淬透性、淬硬性，良好的热处理工艺性。具有足够的淬透性、淬硬性，变形开裂的倾向小，热处理质量稳定等。变形开裂的倾向小，热处理质量稳定等。 镜面抛光性。透明塑料制品，需模具表面粗糙度小于镜面抛光性。透明塑料制品，需模具表面粗糙度小于Ra0.5m，须对模具表面进行抛光加工。不同的模具钢，须对模具表面进行

194、抛光加工。不同的模具钢模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 镜面抛光性能不同（见图镜面抛光性能不同（见图41）。）。图图41 不同模具钢的可抛光性不同模具钢的可抛光性 良好的电加工性。包括电良好的电加工性。包括电火花加工性能和线切割性能。火花加工性能和线切割性能。 良好的饰纹加工性能。很良好的饰纹加工性能。很多塑料制品要求设置各种花纹图多塑料制品要求设置各种花纹图案。案。第二节第二节 塑料模具用钢及选用塑料模具用钢及选用 塑料模具钢标准主要有国标和行业标准，行业标准比塑料模具钢标准主要有国标和行业标准，行业标准比较繁杂，国标仅十余个钢种，即：较繁杂，国标仅十余个钢种，即：SM45、SM

195、48、SM50、SM53、SM55、SM3Cr2Mo、SM3Cr2Ni1Mo、SM2CrNi3MoAl1SSM4Cr5MoSiV、 SM4Cr5MoSiV1、SM2Cr13、SMCr12Mo1V1、SM4Cr13、SM3Cr17Mo等。等。 这些专门钢与原钢种相比杂质含量低，纯净度高，这些专门钢与原钢种相比杂质含量低，纯净度高，性能稳定。性能稳定。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 除了已纳入标准的塑料模具专用钢之外，在实际应用中，除了已纳入标准的塑料模具专用钢之外，在实际应用中，还有新研制的塑料模具钢和引进的国外塑料模具专用钢。还有新研制的塑料模具钢和引进的国外塑料模具专用钢。一、

196、塑料模具钢的成分、性能特点一、塑料模具钢的成分、性能特点1、非合金塑料模具用钢、非合金塑料模具用钢 （1）碳素结构钢（国标）：）碳素结构钢（国标）： SM45、SM48、SM50、SM53、SM55 性能特点：性能特点： 精炼而成，与传统优质碳素结构钢相比，精炼而成，与传统优质碳素结构钢相比，S、P含量低，含量低，碳量范围小，纯净度高，材质均匀。碳量范围小，纯净度高，材质均匀。应用特点：应用特点：用于中小型低档的塑料模具零件。用于中小型低档的塑料模具零件。可加工性良好，经调质综合力学性能良好。可加工性良好，经调质综合力学性能良好。价格便宜，市场性好。价格便宜，市场性好。热处理变形开裂倾向大。热

197、处理变形开裂倾向大。供货状态：供货状态：正火状态的扁钢、厚钢板、模块。正火状态的扁钢、厚钢板、模块。热处理：热处理：调质或淬火中、低温回火（见表调质或淬火中、低温回火（见表41）。）。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（2）微合金非调质塑料模具（宝钢专利产品）微合金非调质塑料模具（宝钢专利产品）主要钢种：主要钢种：B20、B20H、B30、B30H、B3OM主要特点：主要特点：低碳、加入微量低碳、加入微量Cu、Ni、Mo、V等通过精炼而成。等通过精炼而成。 可加工性、抛光性、焊接性、耐蚀性均比日本的可加工性、抛光性、焊接性、耐蚀性均比日本的S45CS55C好。好。 采用非调质预硬化状

198、态供应，模具制造过程中无须采用非调质预硬化状态供应，模具制造过程中无须进行热处理，可渗氮。进行热处理，可渗氮。主要应用：主要应用： B20、B20H用于要求不太高塑的料模具零件和模架，用于要求不太高塑的料模具零件和模架，如家电外壳，手机外壳、仪表板等。如家电外壳，手机外壳、仪表板等。 B30、B30H、B30M：具有极佳的抛光性、耐蚀性：具有极佳的抛光性、耐蚀性和表面渗氮性能。可以制造高质量要求、大批量生产的塑料和表面渗氮性能。可以制造高质量要求、大批量生产的塑料模具型腔。模具型腔。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、渗碳型塑料模具用钢、渗碳型塑料模具用钢 这类钢主要用于这类钢主要

199、用于冷挤压成型冷挤压成型的塑料模具。为了便于冷的塑料模具。为了便于冷挤压成形，这类钢的特点是：挤压成形，这类钢的特点是： 具有高的塑性和低的变形抗力，成形复杂型腔时，其具有高的塑性和低的变形抗力，成形复杂型腔时，其退火硬度应退火硬度应100HBW，成形浅型腔时，退火硬度应，成形浅型腔时，退火硬度应160HBW。低碳或超低碳，加入铬、镍元素提高淬透性。低碳或超低碳，加入铬、镍元素提高淬透性。最终热处理为渗碳、淬火加低回。最终热处理为渗碳、淬火加低回。典型用钢：典型用钢：国外专用钢国外专用钢瑞典瑞典8416美国美国P2、P4、P6日本日本CH1、CH2德国德国WE5、CNS2H 国产专用钢：工业纯

200、铁国产专用钢：工业纯铁DT1、DT2，渗碳钢，渗碳钢20、20Cr、SM1CrNi3（相当（相当12CrNi3A）、）、0Cr4NiMoV。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（1） 0Cr4NiMoV（LJ）性能特点：性能特点：低碳、加入铬、镍、钼、钒（见表低碳、加入铬、镍、钼、钒（见表42）。）。退火硬度退火硬度100105HBW，冷成形性好。，冷成形性好。渗碳能力强，同样工艺条件下，渗层比渗碳能力强，同样工艺条件下，渗层比20钢深一倍。钢深一倍。 渗碳工艺：渗碳工艺：加热（加热（900930）（68）h，罐冷，罐冷，850870油淬，油淬，160180回火。回火。 应用：应用：主

201、要替代主要替代10、20钢和工业纯铁钢和工业纯铁.由于渗层深，基由于渗层深，基体硬度高，模腔不出现塌陷和内壁咬伤，使用效果良好。体硬度高，模腔不出现塌陷和内壁咬伤，使用效果良好。（2） SM1CrNi3（行标）（行标）性能特点：性能特点： 化学成分与化学成分与12CrNi3A相近，但该钢是精炼而成。相近，但该钢是精炼而成。 具有高淬透性和良好的抛光性。具有高淬透性和良好的抛光性。 软化退火后，硬度软化退火后，硬度160HBW，适于冷挤压成形。，适于冷挤压成形。 模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 锻后经去应力退火或正火处理锻后经去应力退火或正火处理,也适用于切削加工的方也适用于切削加

202、工的方法来制造塑料模具法来制造塑料模具. 经渗碳、淬回火处理，模具零件表面具有很高的硬度经渗碳、淬回火处理，模具零件表面具有很高的硬度和耐磨性，心部具有良好的塑韧性。和耐磨性，心部具有良好的塑韧性。 渗碳工艺：渗碳工艺：一般采用直接淬火，即渗碳后预冷至一般采用直接淬火，即渗碳后预冷至810830油淬；回火温度为油淬；回火温度为160180，回火后表面，回火后表面硬度为硬度为5862HRC，心部硬度为，心部硬度为2040HRC。应用特点：应用特点： 冷挤压成形冷挤压成形形状复杂的浅型腔塑料模具。形状复杂的浅型腔塑料模具。切削加工成形切削加工成形大、中型塑料模具。大、中型塑料模具。3、淬硬型塑料模

203、具用钢、淬硬型塑料模具用钢主要用来制造负荷较大的热固性塑料模和注射模主要用来制造负荷较大的热固性塑料模和注射模。 纳入标准的有：纳入标准的有：SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1和和SMCr12Mo1V1。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoSiV1适于制作聚缩醛、适于制作聚缩醛、聚胺树脂制品的注射成形模。聚胺树脂制品的注射成形模。 SMCr12Mo1V1适于制造高耐磨性的大型复杂的精适于制造高耐磨性的大型复杂的精密塑料模。密塑料模。 常用传统的淬硬型塑料模具钢有：常用传统的淬硬型塑料模具钢有：碳素工具钢、低合碳素工具钢、低合金冷作

204、模具钢、金冷作模具钢、Cr12型钢、高速钢等。型钢、高速钢等。4、预硬型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢 预硬型模具钢概念：预硬型模具钢概念：此类钢在供应状态时已预先进行了此类钢在供应状态时已预先进行了热处理，使之达到模具的使用态硬度，在此硬度条件下把模热处理，使之达到模具的使用态硬度，在此硬度条件下把模具加工成形不再进行热处理而直接使用，防止了模具在热处具加工成形不再进行热处理而直接使用，防止了模具在热处理时的变形，从而保证了模具的制造精度。理时的变形，从而保证了模具的制造精度。预硬硬度：预硬硬度：较低较低2535HRC，较高，较高4050HRC 成分特点：成分特点：中碳；加入中碳；加入硫、钙、

205、铅、硒硫、钙、铅、硒等元素以改善高硬等元素以改善高硬度条件下的切削加工性。度条件下的切削加工性。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件典型钢种介绍：典型钢种介绍：（1）3Cr2Mo（P20）系列钢）系列钢1）SM 3Cr2Mo（最早纳入国标）（最早纳入国标）性能特点：性能特点：具有高洁净度，抛光性好，力学性能均匀。具有高洁净度，抛光性好，力学性能均匀。淬透性好，采用调质预硬处理，预硬度为淬透性好，采用调质预硬处理，预硬度为3036HRC可进行镀铬和渗氮等表面处理。可进行镀铬和渗氮等表面处理。 主要应用：主要应用：用于中、小型或大型的复杂、精密塑料模成形用于中、小型或大型的复杂、精密塑料模

206、成形零件和低熔点合金压铸模。零件和低熔点合金压铸模。 同类型钢号：同类型钢号：美国美国P20；瑞典；瑞典618、618H；日本；日本HPM2、HPM7；德国；德国GS711等。等。2） SM3Cr2Ni1Mo（P20改进型）改进型）性能特点：性能特点： 洁净度更高，组织致密，镜面抛光性好，洁净度更高，组织致密，镜面抛光性好，Ra可达可达0.010.005m。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 调质预硬化硬度为调质预硬化硬度为3236HRC，具有良好的车、铣、，具有良好的车、铣、磨削加工性能。磨削加工性能。 适合火焰加热表面淬火，淬火硬度可达适合火焰加热表面淬火，淬火硬度可达5662H

207、RC可以以此增加模具的使用寿命。可以以此增加模具的使用寿命。 该钢镀铬后，镀层与基体金属结合良好，表面硬度可该钢镀铬后，镀层与基体金属结合良好，表面硬度可达达1000HV。 应用特点：应用特点：应用最广，适合制造预硬型截面厚度应用最广，适合制造预硬型截面厚度250mm的塑胶模具，如电视机外壳、洗衣机面板等。的塑胶模具，如电视机外壳、洗衣机面板等。（该钢的力学性能可参看表该钢的力学性能可参看表45）3） SM3Cr2MnNiMo（718） 718是瑞典的通用型塑料模具钢，它是美国是瑞典的通用型塑料模具钢，它是美国P20的改进的改进型，而型，而SM3Cr2Ni1Mo实际上是国内仿实际上是国内仿71

208、8的研制品。因的研制品。因此，该钢的成分、特性与此，该钢的成分、特性与SM3Cr2Ni1Mo相近。相近。主要用于截面厚度主要用于截面厚度400mm的大型、精密塑料模具。的大型、精密塑料模具。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件其它预硬型塑料模具钢号：其它预硬型塑料模具钢号： 瑞典的瑞典的718H；日本的；日本的PX4、PX5；德国的；德国的GS711、GS738；中国长城的；中国长城的CS718；上海宝钢的；上海宝钢的B30H、B30M；上海五钢的；上海五钢的SWP20等。等。（2）5CrNiMnMoVSCa（5CrSCa） 该钢属于硫、钙复合系易切削预硬化模具钢，成分见该钢属于硫、钙

209、复合系易切削预硬化模具钢，成分见表表46，尚未纳标。，尚未纳标。主要特点：主要特点： 采用喷射冶金技术炼制，消除了硫化物不均的有害影响，采用喷射冶金技术炼制，消除了硫化物不均的有害影响，有效的提高了钢的韧性、均匀性和等方向性。有效的提高了钢的韧性、均匀性和等方向性。 该钢预硬化硬度为该钢预硬化硬度为3545HRC，在此硬度下可顺利地，在此硬度下可顺利地进行各种加工，镜面抛光后进行各种加工，镜面抛光后Ra可达可达0.050.025m，蚀刻，蚀刻性良好。性良好。 可镀铬，可渗氮。淬透性高，强韧性好（见表可镀铬，可渗氮。淬透性高，强韧性好（见表47）。）。主要应用：主要应用： 用于制造型腔复杂、精密

210、的大、中小型注射模、橡胶模和用于制造型腔复杂、精密的大、中小型注射模、橡胶模和胶木模等。质量和寿命超过胶木模等。质量和寿命超过P20。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 在国内模具行业中，实际应用上还有一支类似在国内模具行业中，实际应用上还有一支类似5CrSCa预硬钢预硬钢5CrNiMnMoVS（SM1），在印刷电路板凸凹模、），在印刷电路板凸凹模、胶木线路板孔模、精密冲压导向板及热固性塑料模具方面的胶木线路板孔模、精密冲压导向板及热固性塑料模具方面的应用取得了良好的收益。应用取得了良好的收益。（3）8Cr2S钢钢 该钢不仅用来制作精密的冷作模具，而且经预硬化后可该钢不仅用来制作精密

211、的冷作模具，而且经预硬化后可用来制作精密塑料和胶木模型腔零件，因为该钢预硬化后同用来制作精密塑料和胶木模型腔零件，因为该钢预硬化后同样具有良好的切削加工性、镜面抛光性和表面处理性能。其样具有良好的切削加工性、镜面抛光性和表面处理性能。其应用效果见表应用效果见表48。5、时效硬化型塑料模具用钢、时效硬化型塑料模具用钢这类钢共同特点是：这类钢共同特点是：含碳量低，合金度高。含碳量低，合金度高。固溶处理后经时效处理预硬化。固溶处理后经时效处理预硬化。钢的纯净度高，适用多种表面处理。钢的纯净度高，适用多种表面处理。（1）18Ni类钢（成分和力学性能见表类钢（成分和力学性能见表49）模具材料及表面处理课

212、件模具材料及表面处理课件 18Ni类钢按屈服强度级别可分为三级，分别为类钢按屈服强度级别可分为三级，分别为18Ni140、 18Ni170、 18Ni250。主要特性：主要特性： 固溶处理后形成超低碳的马氏体，硬度为固溶处理后形成超低碳的马氏体，硬度为3032HRC，具有良好的冷变形加工性和切削加工性。，具有良好的冷变形加工性和切削加工性。 时效处理后，硬度提高到时效处理后，硬度提高到50HRC以上，具有高的强以上，具有高的强度和良好的塑性、韧性及高断裂韧度。度和良好的塑性、韧性及高断裂韧度。 锻造性能和焊接性能均较好，但焊接应采用气体保护焊，锻造性能和焊接性能均较好，但焊接应采用气体保护焊，

213、焊后应热处理。焊后应热处理。 含含Ni、Co量高，价格昂贵。量高，价格昂贵。主要应用：主要应用： 用于制作高精度、超镜面、型腔复杂、大截面、大批用于制作高精度、超镜面、型腔复杂、大截面、大批量生产的塑料模具和压铸模零件。量生产的塑料模具和压铸模零件。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（2）06Ni钢钢 该钢属于低镍马氏体时效钢，价格比该钢属于低镍马氏体时效钢，价格比18Ni类低得多，类低得多，尚未纳标。尚未纳标。主要特性：主要特性： 时效处理后的变形量仅为时效处理后的变形量仅为0.02%0.05%，并且纵、，并且纵、横方向上的变形量相近，这是许多预硬化钢所不及的。横方向上的变形量相近

214、，这是许多预硬化钢所不及的。 固溶处理后，硬度为固溶处理后，硬度为2528HRC，在此硬度条件，在此硬度条件下切削和抛光性能都很好。下切削和抛光性能都很好。 时效处理后的硬度为时效处理后的硬度为4348HRC，变形在，变形在0.05%之内，具有良好的综合力学性能和一定的耐蚀性之内，具有良好的综合力学性能和一定的耐蚀性能，可渗氮、镀铬。能，可渗氮、镀铬。主要应用：主要应用：适宜于制造高精度的塑料模具和轻金属压铸模。适宜于制造高精度的塑料模具和轻金属压铸模。（3）PMS钢钢该钢国内研制，尚未纳标。该钢国内研制，尚未纳标。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 主要特性：主要特性： 属电渣重熔

215、精炼钢，纯净度高，组织致密，抛光性好，属电渣重熔精炼钢，纯净度高，组织致密，抛光性好，研磨抛光后研磨抛光后Ra=0.050.12m，俗称镜面塑料模具钢。，俗称镜面塑料模具钢。 经经840850空淬固溶处理后，再经不同温度时效，空淬固溶处理后，再经不同温度时效，可获得良好的综合力学性能（见表可获得良好的综合力学性能（见表410）。）。 固溶处理后，硬度在固溶处理后，硬度在2835HRC之间时，机加工性之间时，机加工性能良好，好焊补易刻蚀。能良好，好焊补易刻蚀。 渗氮能力强，并且可与时效处理同时进行。渗氮能力强，并且可与时效处理同时进行。主要应用：主要应用： PMS钢适用于制作光学镜片和外观光洁光

216、亮的家电钢适用于制作光学镜片和外观光洁光亮的家电塑料壳体的注射模具成形零件。塑料壳体的注射模具成形零件。（3）25CrNi3MoAl钢钢该钢属低镍无钴时效硬化钢，主要特性如下：该钢属低镍无钴时效硬化钢，主要特性如下： 880水淬固溶处理后，硬度很高，不利于切削加工，水淬固溶处理后，硬度很高，不利于切削加工，需经需经680的回火，可将硬度降至的回火，可将硬度降至2223HRC以便于切削以便于切削加工。加工。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 经经520540时效处理，硬度为时效处理，硬度为3942HRC，变形率为，变形率为-0.04，所以变形很小。，所以变形很小。 可渗氮，并与时效可同

217、时进行。经软化处理，可用可渗氮，并与时效可同时进行。经软化处理，可用于冷挤压法制模。于冷挤压法制模。 主要适于制作变形率在主要适于制作变形率在-0.05以下，表面要求光刻蚀以下，表面要求光刻蚀花纹工艺的精密塑料模具。花纹工艺的精密塑料模具。SM2CrNi3MoAl1S（SM2）钢）钢 SM2与与25CrNi3MoAl钢都是在美国钢都是在美国P21基础上研基础上研制的所不同的是制的所不同的是SM2是含是含S的易切削钢，除此，两钢的特的易切削钢，除此，两钢的特性相近，但性相近，但SM2综合力学性能强于综合力学性能强于25CrNi3MoAl。 SM2已纳入行业标准，市场有供应，供应状态的硬度已纳入行

218、业标准，市场有供应，供应状态的硬度为为3842HRC，主要用于照相机等光学制品以及玩具、，主要用于照相机等光学制品以及玩具、文具、牙刷、线路板等塑料模具的成形零件。文具、牙刷、线路板等塑料模具的成形零件。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件6、耐蚀塑料模具钢、耐蚀塑料模具钢（1）马氏体类型耐蚀塑料模具钢）马氏体类型耐蚀塑料模具钢典型钢号：典型钢号：SM2Cr13、SM4Cr13、SM3Cr17Mo 这三钢均已纳标，与传统的马氏体不锈钢不同这，它们是这三钢均已纳标，与传统的马氏体不锈钢不同这，它们是精炼而成，因此精炼而成，因此具有高洁净度、超镜面性、强耐蚀的特性具有高洁净度、超镜面性、强

219、耐蚀的特性。但。但国内应用不多。国内应用不多。 如其相似的国外钢种在国内模具市场上却不少，如美国如其相似的国外钢种在国内模具市场上却不少，如美国的的420、德国的、德国的X36CM17和和GS-346ESR、日本的、日本的HPM77等。等。 这类钢主要用于高负荷并在腐蚀介质作用下工作的塑料这类钢主要用于高负荷并在腐蚀介质作用下工作的塑料模具和透明制品塑料模具。模具和透明制品塑料模具。 （2）0Cr16Ni4Cu3Nb（PCR）主要特性：主要特性： 含碳量低，耐蚀性和焊接性都优于马氏体不锈钢而接含碳量低，耐蚀性和焊接性都优于马氏体不锈钢而接近奥氏体不锈钢。近奥氏体不锈钢。模具材料及表面处理课件模

220、具材料及表面处理课件 固溶处理后可获得单一的板条状马氏体组织，硬度固溶处理后可获得单一的板条状马氏体组织，硬度为为3235HRC，具有良好的可加工性。，具有良好的可加工性。 经经460480时效处理后，可获得较好的综合力学时效处理后，可获得较好的综合力学性能（见表性能（见表411），并且，变形小，抛光性好。），并且，变形小，抛光性好。 适于制造高耐磨、高精度和高耐蚀的塑料模具，如适于制造高耐磨、高精度和高耐蚀的塑料模具，如氟塑料或聚氯乙烯成形模等。氟塑料或聚氯乙烯成形模等。 耐蚀的塑料模具钢中还有传统的耐蚀的塑料模具钢中还有传统的AFC-77钢，属于马钢，属于马氏体沉淀硬化型不锈钢，经时效处理

221、后，强度和硬度比氏体沉淀硬化型不锈钢，经时效处理后，强度和硬度比PCR高，耐蚀性稍差，相对成本也较高，应用已受到限制。高，耐蚀性稍差，相对成本也较高，应用已受到限制。7、其他塑料模具用钢、其他塑料模具用钢（1）铜合金）铜合金 主要是铍青铜，如主要是铍青铜，如ZCuBe2、ZCuBe2.4主要特性：主要特性： 适于用铸造的方法制模，也可用机加工的方法制模，适于用铸造的方法制模，也可用机加工的方法制模，制模周期短，可制出形状复杂的模具。制模周期短，可制出形状复杂的模具。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件具有高导热性、高强度和高耐蚀性，花纹刻蚀性好。具有高导热性、高强度和高耐蚀性，花纹刻蚀

222、性好。适于制作吹塑模和注射模。适于制作吹塑模和注射模。（2）铝合金）铝合金 如如ZL101主要特性：主要特性： 适于铸造的方法制模，周期短，成本低。主要用于制造适于铸造的方法制模，周期短，成本低。主要用于制造要求高导热性、形状复杂和制造周期短的塑料模具。要求高导热性、形状复杂和制造周期短的塑料模具。（3）锌合金）锌合金 典型牌号典型牌号Zn-4Al-3Cu主要特性：主要特性： 熔点低，用铸造的方法制模，易修饰加工，模具复制性熔点低，用铸造的方法制模，易修饰加工，模具复制性好，并具有独特的润滑性和抗粘附性，制模成本相当于钢好，并具有独特的润滑性和抗粘附性，制模成本相当于钢模的模的1/41/8。但

223、易于老化，模具寿命短。但易于老化，模具寿命短。锌合金主要用于制作热塑性塑料模。二、塑料模具钢的选用二、塑料模具钢的选用 塑料模具的材料选用是个综合技术问题，既要考虑模具塑料模具的材料选用是个综合技术问题，既要考虑模具对材料的使用性能要求，又要考虑模具对材料的工艺性能要对材料的使用性能要求，又要考虑模具对材料的工艺性能要求，还要考虑模具的综合成本。求，还要考虑模具的综合成本。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件1、塑料模成形件的材料选用、塑料模成形件的材料选用（1）根据塑料制品种类和质量要求选用）根据塑料制品种类和质量要求选用 对于型腔表面要求耐磨、心部韧性较高，但形状并不复对于型腔表面

224、要求耐磨、心部韧性较高，但形状并不复杂的塑料注射模杂的塑料注射模，可选用可选用SM45SM55钢。钢。 对于型腔复杂、采用冷挤成形的模具对于型腔复杂、采用冷挤成形的模具，可选用，可选用LJ钢钢和和SM1CrNi3钢。钢。 对聚氯乙烯、氟塑料、对聚氯乙烯、氟塑料、ABS塑料制品塑料制品，可选用，可选用SM2Cr13、SM4Cr13、PCR、18Ni等耐蚀塑料模具钢。等耐蚀塑料模具钢。 对添加玻璃纤维的热塑性塑料制品的注射模或热固性塑料对添加玻璃纤维的热塑性塑料制品的注射模或热固性塑料制品的压缩模制品的压缩模，可选用淬硬型模具钢，如，可选用淬硬型模具钢，如SM4Cr5MoSiV、SM4Cr5MoS

225、iV1、SMCr12Mo1V1钢以及传统的钢以及传统的工具钢工具钢。 对制造透明塑料模具，对制造透明塑料模具，应选用预硬型塑料模具钢应选用预硬型塑料模具钢P20系系列、列、SM2CrNi3MoAl1S、18Ni、PMS、8Cr2S、5NiSCa等。等。（根据塑料制品种类选用模具材料的例举见表（根据塑料制品种类选用模具材料的例举见表413）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（2）根据塑件生产批量选用）根据塑件生产批量选用 塑件批量小，应选用普通塑料模具钢；塑件批量大，应塑件批量小，应选用普通塑料模具钢；塑件批量大，应选用高级优质模具钢。选用高级优质模具钢。（按塑件生产批量选用塑料模具钢

226、例举可参照表（按塑件生产批量选用塑料模具钢例举可参照表414）（3）根据塑件尺寸大小及精度要求选用）根据塑件尺寸大小及精度要求选用 对大型高精度的注射模和型腔大，模壁厚，热处理要求对大型高精度的注射模和型腔大，模壁厚，热处理要求变形小的模具都可选用预硬化钢。变形小的模具都可选用预硬化钢。3C2M、PMS、SM1、P4410等。等。（4）根据塑件形状的复杂程度选用）根据塑件形状的复杂程度选用 对复杂型腔的塑料注射模，如果塑件批量较大，应选对复杂型腔的塑料注射模，如果塑件批量较大，应选用加工性好热处理变形小的钢材，如用加工性好热处理变形小的钢材，如40Cr、3Cr2Mo、SM2、4Cr5MoSiV

227、等。如果批量小，可选用碳素结构钢等。如果批量小，可选用碳素结构钢经调质处理，使用效果也好。经调质处理，使用效果也好。2、塑料模具的其他零件选用、塑料模具的其他零件选用 一般选用普通钢材，经合理的热处理完全可达到使用一般选用普通钢材，经合理的热处理完全可达到使用要求（使用例举见表要求（使用例举见表415）。）。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第三节第三节 塑料模具的热处理塑料模具的热处理一、热处理基本要求一、热处理基本要求1、合适的工作硬度和足够的韧性、合适的工作硬度和足够的韧性不同种类的塑料模，其工作硬度要求不同，如：不同种类的塑料模，其工作硬度要求不同，如：添加玻璃纤维的塑料制品

228、模具，硬度为添加玻璃纤维的塑料制品模具，硬度为5660HRC形状复杂，精度高的塑料模具，硬度为形状复杂，精度高的塑料模具，硬度为4550HRC软质塑料注射模，硬度为软质塑料注射模，硬度为280320HBW2、确保淬火微小变形、确保淬火微小变形 根据钢材的热处理工艺性，对部分模具钢塑料模的淬根据钢材的热处理工艺性，对部分模具钢塑料模的淬火变形量作了限制，见表火变形量作了限制，见表417。3、表面无缺陷易于抛光、表面无缺陷易于抛光 塑料模型腔表面粗糙度要求低，在热处理时一定要注塑料模型腔表面粗糙度要求低，在热处理时一定要注意型腔的保护，以防止表面产生各种热处理缺陷，造成后意型腔的保护，以防止表面产

229、生各种热处理缺陷，造成后续抛光困难。续抛光困难。4、有足够的变形抗力、有足够的变形抗力 热处理后模具应具有足够高的抗压塌和抗起皱的能力。热处理后模具应具有足够高的抗压塌和抗起皱的能力。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件二、塑料模具的制造工艺路线二、塑料模具的制造工艺路线（1）低碳钢及低碳合金钢制模具）低碳钢及低碳合金钢制模具 下料下料锻成模坯锻成模坯退火退火机械粗加工机械粗加工冷挤压成形冷挤压成形再再结晶退火结晶退火机械半精加工机械半精加工渗碳渗碳淬火、回火淬火、回火机械精加工机械精加工抛光抛光镀铬镀铬装配。装配。（2）高合金渗碳钢制模具）高合金渗碳钢制模具 下料下料锻成模坯锻成模坯

230、正火并高温回火正火并高温回火机械粗加工机械粗加工高温高温回火回火精加工精加工 渗碳渗碳淬、回火淬、回火抛光抛光镀铬镀铬装配。装配。（3）调质钢制模具）调质钢制模具 下料下料锻成模坯锻成模坯退火退火机械粗加工机械粗加工调质调质机械精机械精加工加工修整、抛光修整、抛光镀铬镀铬装配。装配。（4）碳工钢及合金工具钢制模具）碳工钢及合金工具钢制模具 下料下料锻成模坯锻成模坯球化退火球化退火机械粗加工机械粗加工去应力退火去应力退火半精加工半精加工淬回火淬回火机械精加工机械精加工抛光抛光镀铬镀铬抛光抛光装配。装配。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（5）预硬钢制模具）预硬钢制模具 对于已经预硬处理

231、的商品模坯，可直接加工成形，再对于已经预硬处理的商品模坯，可直接加工成形，再抛光装配。抛光装配。对于需改锻的坯料，其工艺路线为：对于需改锻的坯料，其工艺路线为： 下料下料改锻改锻球化退火球化退火机械粗加工（铣六面）机械粗加工（铣六面） 预预硬处理（硬处理（3442HRC） 成型加工（机或电加工）成型加工（机或电加工） 去去应力退火应力退火抛光抛光镀铬镀铬抛光抛光装配。装配。三、塑料模具的热处理三、塑料模具的热处理1、渗碳钢塑料模的热处理、渗碳钢塑料模的热处理（1）渗碳技术要求）渗碳技术要求压制硬质填料的塑料时，渗层深为压制硬质填料的塑料时，渗层深为1.31.5mm渗层深度：压制软质塑料时压制软

232、质塑料时,渗层深为渗层深为0.81.2mm有尖齿、薄边的模具，渗层深为有尖齿、薄边的模具，渗层深为0.20.6mm渗层含碳量渗层含碳量:0.7%1.0%模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件（2）渗碳工艺方法）渗碳工艺方法 采用采用分级渗碳分级渗碳工艺，即：高温阶段加热工艺，即：高温阶段加热900920，保温保温11.5h,中温阶段加热中温阶段加热820840,保温保温23h。 分级渗碳工艺能获得合理的碳浓度分布，便于直接淬火。分级渗碳工艺能获得合理的碳浓度分布，便于直接淬火。图图4-2、4-3分别为分别为20Cr钢恒温渗碳和分级渗碳后的碳浓度钢恒温渗碳和分级渗碳后的碳浓度分布情况，由图

233、可见，分级渗碳的碳浓度分布平缓。分布情况，由图可见，分级渗碳的碳浓度分布平缓。图图4-2 恒温渗碳恒温渗碳图 4-3 分级渗碳分级渗碳 渗碳介质渗碳介质采用采用5%碳酸钡的低活性固体渗碳剂装箱渗碳碳酸钡的低活性固体渗碳剂装箱渗碳后空冷，然后重新加热淬火。后空冷，然后重新加热淬火。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 对于优质渗碳钢模具，采用对于优质渗碳钢模具，采用气体分级渗碳气体分级渗碳，渗碳后直接空，渗碳后直接空冷淬火，为防止空冷过程中模腔表面氧化，常在通入压缩氨冷淬火，为防止空冷过程中模腔表面氧化，常在通入压缩氨气的气的”冷井冷井”中空冷。中空冷。 对于对于20Cr钢、钢、DT1、

234、DT2制作的小型精密模具采用制作的小型精密模具采用中中温碳氮共渗温碳氮共渗，耐磨性更好。，耐磨性更好。2、淬硬钢塑料模具的热处理、淬硬钢塑料模具的热处理主要考虑两点：主要考虑两点： 保证热处理时只有最小限度的变形，对于精密模具，保证热处理时只有最小限度的变形，对于精密模具，最小变形应小于最小变形应小于0.05%。保证模腔的表面粗糙度不增加。保证模腔的表面粗糙度不增加。为达到要求，应采取适当的工艺措施：为达到要求，应采取适当的工艺措施： 淬火加热应在保护气氛炉中或严格脱氧后的盐浴炉中淬火加热应在保护气氛炉中或严格脱氧后的盐浴炉中加热，若在箱式电阻炉中加热，应在模面上涂敷保护剂。加热，若在箱式电阻

235、炉中加热，应在模面上涂敷保护剂。 淬火加热时，为减小热应力，要控制加热速度，对于淬火加热时，为减小热应力，要控制加热速度，对于高合金钢和形状复杂、断面变化大的模具零件一般要经过高合金钢和形状复杂、断面变化大的模具零件一般要经过23级的升温阶段。级的升温阶段。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 淬火冷却时，在淬透的前提下应尽量缓冷，如等温淬火冷却时，在淬透的前提下应尽量缓冷，如等温淬火，预冷淬火等工艺。淬火，预冷淬火等工艺。（表（表4-18、表、表4-19分别是传统塑料模具钢推荐的淬分别是传统塑料模具钢推荐的淬火工艺与淬火介质，供参考。）火工艺与淬火介质，供参考。） 淬火后应及时回火，

236、回火温度应高于模具工作温度，淬火后应及时回火，回火温度应高于模具工作温度，并尽可能避开回火脆性区。并尽可能避开回火脆性区。回火应充分，一般每次回火应在回火应充分，一般每次回火应在4060min。3、预硬钢塑料模的热处理、预硬钢塑料模的热处理以预硬态供货的不需热处理，直接加工使用。以预硬态供货的不需热处理，直接加工使用。分两种情况：分两种情况：对供材进行改锻的，需进行预先热处理和预硬化处理。预对供材进行改锻的，需进行预先热处理和预硬化处理。预先热处理采用球化退火，预硬化处理多数采用调质处理。先热处理采用球化退火，预硬化处理多数采用调质处理。（部分预硬钢的退火工艺和预硬处理工艺分别见表（部分预硬钢

237、的退火工艺和预硬处理工艺分别见表4-20、4-21）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件4、时效硬化钢塑料模的热处理、时效硬化钢塑料模的热处理工艺步骤：工艺步骤： 第一步：第一步：进行固溶处理，完成奥氏体化后淬火获得单一进行固溶处理，完成奥氏体化后淬火获得单一马氏体组织。马氏体组织。 第二步：第二步：进行时效处理，将获得的单一马氏体组织重新进行时效处理，将获得的单一马氏体组织重新加热到一定的温度进行较长时间的保温，以产生加热到一定的温度进行较长时间的保温，以产生时效强化时效强化，获得所需的力学性能。获得所需的力学性能。 固溶处理加热一般在盐浴炉或箱式炉中进行，淬火多固溶处理加热一般在盐

238、浴炉或箱式炉中进行，淬火多采用油冷。采用油冷。 时效处理多在真空炉中进行，若在箱式炉中进行必须采时效处理多在真空炉中进行，若在箱式炉中进行必须采防氧化措施。防氧化措施。 （18Ni类钢的固溶处理温度和时效处理工艺可参考表类钢的固溶处理温度和时效处理工艺可参考表4-22、其他时效硬化钢的热处理工艺可参考表、其他时效硬化钢的热处理工艺可参考表4-23。）。）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件四、塑料模的表面处理四、塑料模的表面处理 为了提高塑料模表面的耐磨性和耐蚀性，常采用适当的为了提高塑料模表面的耐磨性和耐蚀性，常采用适当的表面处理方法来达到目的。表面处理方法来达到目的。 例如：镀铬能

239、提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和耐热性，例如：镀铬能提高模具表面的耐磨性、耐蚀性和耐热性，能使金属长久保持光泽性；渗氮处理能大大提高模具表面的耐能使金属长久保持光泽性；渗氮处理能大大提高模具表面的耐磨性，而且变形甚微。磨性，而且变形甚微。 （适用塑料模表面处理的方法很多，将在第六章介绍）（适用塑料模表面处理的方法很多，将在第六章介绍）五、塑料模具选材与热处理实例五、塑料模具选材与热处理实例实例实例1：12CrNi3A钢制对开胶木模的热处理钢制对开胶木模的热处理模具形状和最终热处理工艺见图模具形状和最终热处理工艺见图4-4模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 胶木模成型时受力较大，要求高耐

240、磨，高精度。采用传胶木模成型时受力较大，要求高耐磨，高精度。采用传统的合金渗碳钢制造，渗碳后模具能否达到精度要求是关键。统的合金渗碳钢制造，渗碳后模具能否达到精度要求是关键。该例采用低温渗碳工艺，从而达到了目的。该例采用低温渗碳工艺，从而达到了目的。工艺选材分析：工艺选材分析： 渗碳工艺：渗碳工艺：加热加热910恒温渗碳，渗碳结束随炉预冷至恒温渗碳，渗碳结束随炉预冷至800850出炉风淬（该钢淬透性好），经出炉风淬（该钢淬透性好），经200250回火回火24h。 回火后硬度为回火后硬度为5356HRC，变形轻微，对合面间隙，变形轻微，对合面间隙小于小于0.05mm。实例实例2：CrWMn钢模套

241、热浴淬火钢模套热浴淬火模套形状及热处理工艺见图模套形状及热处理工艺见图4-5工艺选材分析：工艺选材分析：模套要求耐磨，尺寸精度较高，模套要求耐磨，尺寸精度较高， 选用淬火变形小的选用淬火变形小的CrWMn钢钢较合理。但采用传统的淬火较合理。但采用传统的淬火+低回低回模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件变形还是难以控制。变形还是难以控制。热处理工艺特点：热处理工艺特点： 电炉预热（电炉预热（400），高于），高于Ms点分级淬火，点分级淬火，350中中温回火。温回火。 经此处理，回火后硬度为经此处理，回火后硬度为5155HRC，变形量在允许，变形量在允许之内。之内。实例实例3：5NiSCa

242、钢制精密密封橡胶模的热处理钢制精密密封橡胶模的热处理选材及工艺分析：选材及工艺分析： 精密密封橡胶模具，要求尺寸精度高，切削加工性和抛精密密封橡胶模具，要求尺寸精度高，切削加工性和抛光性能好，以及较高的硬度和耐磨性。选用易切削的光性能好，以及较高的硬度和耐磨性。选用易切削的5NiSCa合适。合适。热加工特点：热加工特点：模坯采用圆钢改锻，锻造工艺按常规进行。模坯采用圆钢改锻，锻造工艺按常规进行。 锻后采用等温球化退火工艺来改善切削性和为淬火锻后采用等温球化退火工艺来改善切削性和为淬火作组织准备。作组织准备。 采用调质预硬化处理，切削加工性和抛光性良好，使采用调质预硬化处理，切削加工性和抛光性良

243、好，使用寿命比用寿命比45钢高。钢高。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件实例实例4：PMS钢制磁带内盒模及其热处理工艺钢制磁带内盒模及其热处理工艺 选材分析：选材分析： 磁带内盒模要求较高的镜面性能（磁带内盒模要求较高的镜面性能（Ra0.05um），），当初用瑞典当初用瑞典718或日本或日本NAK55钢制作。经使用比较，国产钢制作。经使用比较，国产PMS钢完全满足精密塑料模具的特殊要求。钢完全满足精密塑料模具的特殊要求。热处理及加工特点：热处理及加工特点： 采用固溶时效处理，固溶加热温度为采用固溶时效处理，固溶加热温度为840860，时，时效温度为效温度为490500。 固溶状态下进

244、行机加工，刨削和铣削采用常规的加工速固溶状态下进行机加工，刨削和铣削采用常规的加工速度和切削量，进给量和背吃刀量不宜过大，铣削采用高速钢度和切削量，进给量和背吃刀量不宜过大，铣削采用高速钢立铣刀。磨加工和电加工性能均好。立铣刀。磨加工和电加工性能均好。主要性能特点：主要性能特点： 时效处理后硬度为时效处理后硬度为3845HRC，变形率小于，变形率小于0.05%，人工研磨抛光后表面粗糙度为人工研磨抛光后表面粗糙度为Ra0.0250.012um,寿命达寿命达80万次。万次。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件第五章第五章 模具表面强化技术模具表面强化技术 通过对模具表面进行处理，改变表层化

245、学成分和组织，以通过对模具表面进行处理，改变表层化学成分和组织，以提高模具表面的耐磨性、抗粘附性、疲劳抗力和耐蚀性等。提高模具表面的耐磨性、抗粘附性、疲劳抗力和耐蚀性等。 表面处理的方法很多，常用的是化学热处理和表面覆层技表面处理的方法很多，常用的是化学热处理和表面覆层技术，具体方法见表术，具体方法见表5-1。第一节第一节 表面化学热处理技术表面化学热处理技术一、渗碳、渗氮、渗硫、渗硼一、渗碳、渗氮、渗硫、渗硼1、渗碳、渗碳（1）渗碳特点）渗碳特点 可以使模具表面获得高硬度、高耐磨和较好的耐疲劳性，可以使模具表面获得高硬度、高耐磨和较好的耐疲劳性，而心部仍保持较高的强度和良好的韧性。而心部仍保

246、持较高的强度和良好的韧性。（渗层碳含量为（渗层碳含量为0.85%1.05%，淬回火后的硬度为，淬回火后的硬度为6062HRC）（2）渗碳方法）渗碳方法常用的方法是气体渗碳法和固体渗碳法。主要工艺事项常用的方法是气体渗碳法和固体渗碳法。主要工艺事项如下：如下：模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 1）渗碳剂）渗碳剂 固体渗碳采用木炭加催渗剂（碳酸钡或固体渗碳采用木炭加催渗剂（碳酸钡或碳酸钠），气体渗碳采用煤油或丙酮等。碳酸钠），气体渗碳采用煤油或丙酮等。 2）渗碳加热温度）渗碳加热温度 常用常用920930，但对高合金钢渗碳，但对高合金钢渗碳，渗碳温度可提高至渗碳温度可提高至100011

247、50。 3）渗碳保温时间）渗碳保温时间 根据渗层厚度要求，固体渗碳可按根据渗层厚度要求，固体渗碳可按0.100.15mm/h估算；气体渗碳可按估算；气体渗碳可按 0.150.17mm/h估算。估算。 4）渗碳后的淬火）渗碳后的淬火 合金钢渗碳后可以直接淬火，但碳合金钢渗碳后可以直接淬火，但碳素钢渗碳和高温渗碳应采用一次加热淬火。素钢渗碳和高温渗碳应采用一次加热淬火。 模具渗碳后的回火，与模具的服役条件有关，一般冷模具渗碳后的回火，与模具的服役条件有关，一般冷作模具采用低温回火，热作模具采用高温回火。模具渗碳作模具采用低温回火，热作模具采用高温回火。模具渗碳的应用效果见表的应用效果见表52。2、

248、渗氮、渗氮（1）渗氮特点）渗氮特点高硬度、高耐磨、高热硬性。高硬度、高耐磨、高热硬性。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件高疲劳抗力和高耐蚀性高疲劳抗力和高耐蚀性处理温度低，工件变形小处理温度低，工件变形小渗层浅，脆性大，只适合含铬、钼等的合金钢渗层浅，脆性大，只适合含铬、钼等的合金钢（2）渗氮方法）渗氮方法1）气体渗氮）气体渗氮渗氮设备渗氮设备 井式渗氮炉井式渗氮炉渗氮剂渗氮剂 NH3渗氮工艺渗氮工艺 一段法、二段法、三段法一段法、二段法、三段法一段法：加热一段法：加热480530，保温，保温2030h. 二段法：加热二段法：加热490530/1520h,再升温再升温至至530560

249、/1520/h。 三段法：加热三段法：加热490520/1015h，在，在560600/1020h，在，在520540/1520h. 氨分解率：一般控制在氨分解率：一般控制在15%50%，视工艺方，视工艺方法而定。法而定。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件部分模具的渗氮工艺规范可参照表部分模具的渗氮工艺规范可参照表5-3。2）辉光离子渗氮法）辉光离子渗氮法渗氮设备渗氮设备 离子渗氮炉（图离子渗氮炉（图5-1）渗氮气体渗氮气体 氨气或氮、氢混氨气或氮、氢混合气体。合气体。主要工艺参数主要工艺参数加热温度加热温度 350570真空度真空度 2.6Pa 两极电压两极电压 4001000V直

250、直流电压（工件为阴极，炉体为阳极）。流电压（工件为阴极，炉体为阳极）。电流密度电流密度 0.53mA/cm2 离子渗氮原理离子渗氮原理 渗氮气体在高压电场作用下发生电离，渗氮气体在高压电场作用下发生电离，产生高能离子，并以极高的速度轰击工件表面，使氮子转换产生高能离子，并以极高的速度轰击工件表面，使氮子转换为氮原子而渗入工件形成氮化层。为氮原子而渗入工件形成氮化层。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件与气体渗氮相比，离子渗氮的优点是：与气体渗氮相比，离子渗氮的优点是：渗速大大提高。渗速大大提高。韧性和疲劳强度显著提高。韧性和疲劳强度显著提高。工件变形小，对材料的适应性强。工件变形小，对

251、材料的适应性强。 渗氮在模具中的应用渗氮在模具中的应用 常用于受冲击作用较小的压常用于受冲击作用较小的压铸模、塑料模、热挤压模和冷拉深模等。铸模、塑料模、热挤压模和冷拉深模等。（部分模具材料的离子渗氮工艺与使用效果见表（部分模具材料的离子渗氮工艺与使用效果见表5-4）3、渗硫、渗硫 渗硫可以在钢铁表面生成很薄的渗硫可以在钢铁表面生成很薄的FeS薄膜，以降低摩薄膜，以降低摩擦因素，提高模具的抗咬合性能。擦因素，提高模具的抗咬合性能。低温电解渗硫工艺方法：低温电解渗硫工艺方法：设备：坩埚炉设备：坩埚炉渗硫盐浴配方：渗硫盐浴配方：KSCN75%+NaSCN25%电解盐浴温度：电解盐浴温度：18019

252、0工作电压：直流工作电压：直流0.84V（坩埚接正极，工件接负极）。（坩埚接正极，工件接负极）。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件保温时间：保温时间：1030min经此处理，可使钢件表面获得经此处理，可使钢件表面获得0.0060.08mm的渗的渗层。层。 渗硫后的性能特点：表面硬度达渗硫后的性能特点：表面硬度达70100HV，但渗，但渗层具有良好的减摩性和抗咬合能力，用于层具有良好的减摩性和抗咬合能力，用于Cr12冷作模具，冷作模具，使用寿命大幅提高。使用寿命大幅提高。14、渗硼、渗硼 渗硼是将工件置于含硼的介质中，经过加热与保温，使渗硼是将工件置于含硼的介质中，经过加热与保温，使硼

253、元素渗入工件表面，形成硼元素渗入工件表面，形成FeB和和Fe2B的工艺过程。的工艺过程。渗硼的优异特性：渗硼的优异特性： 高硬度、高耐磨，高硬度、高耐磨， FeB 层硬度为层硬度为17002000HV，Fe2B层为层为12001500HV，合金钢渗硼层硬度可达，合金钢渗硼层硬度可达3000HV，耐磨性超过了渗氮。，耐磨性超过了渗氮。耐热性好，耐热性好，600不氧化，不氧化，800氧化极微。氧化极微。热硬性好，加热到热硬性好，加热到600800硬度仍不降低。硬度仍不降低。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件耐蚀性高，耐酸、碱、盐的腐蚀，但不耐硝酸的腐蚀。耐蚀性高，耐酸、碱、盐的腐蚀，但不

254、耐硝酸的腐蚀。渗硼的缺陷：渗硼的缺陷： 渗硼层的脆性大，用于较大冲击载荷的模具，渗层易渗硼层的脆性大，用于较大冲击载荷的模具，渗层易剥落或开裂。剥落或开裂。 渗硼温度偏高，工件变形较大。渗硼温度偏高，工件变形较大。 工件渗硼后，一般要进行淬回火处理，淬火时硼化工件渗硼后，一般要进行淬回火处理，淬火时硼化物层也易开裂。物层也易开裂。渗硼工艺方法：渗硼工艺方法：目前，应用较多的工艺方法是固体渗硼法和液体渗硼法。目前，应用较多的工艺方法是固体渗硼法和液体渗硼法。1）固体渗硼法）固体渗硼法 固体渗硼剂：固体渗硼剂：硼铁硼铁20%30%，Al2O360%70%，KBF45%，NH4HCO35%。加热温度

255、：加热温度：9001000（箱式炉）（箱式炉）保温时间：保温时间：15h模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2）液体渗硼法）液体渗硼法盐浴渗硼：盐浴渗硼：盐浴配方：硼砂盐浴配方：硼砂+少量脱氢剂少量脱氢剂加热温度：加热温度：9001000，保温，保温26h.电解盐浴渗硼：电解盐浴渗硼：渗硼剂：硼砂渗硼剂：硼砂设备：石墨坩埚设备：石墨坩埚 电流密度：电流密度：0.150.2A/cm2（坩埚为阳极，工件（坩埚为阳极，工件为阴极）为阴极）加热温度：加热温度：930950，保温，保温26h 以上渗硼方法都存在变形较大的问题，为减少变形，以上渗硼方法都存在变形较大的问题，为减少变形，人们研究了很

256、多低温渗硼的方法，如低温固体渗硼、低温人们研究了很多低温渗硼的方法，如低温固体渗硼、低温电解渗硼等都取得了较好的应用效果。电解渗硼等都取得了较好的应用效果。 渗硼应用：用于各种钢制模具，效果显著（参见表渗硼应用：用于各种钢制模具，效果显著（参见表55）模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件二、多元共渗二、多元共渗1、碳氮共渗、碳氮共渗 碳氮共渗是向工件表面同时渗入碳和氮，并以渗碳为主碳氮共渗是向工件表面同时渗入碳和氮，并以渗碳为主的化学热处理工艺。的化学热处理工艺。 碳氮共渗的方法很多，生产上常用的是气体碳氮共渗法。碳氮共渗的方法很多，生产上常用的是气体碳氮共渗法。（1）气体碳氮共渗工艺

257、）气体碳氮共渗工艺设备：设备：井式渗碳炉井式渗碳炉共渗剂：共渗剂：煤油煤油+氨气氨气共渗温度：共渗温度：820870（2）气体碳氮共渗特点）气体碳氮共渗特点 1）与单一渗碳相比，硬度更高，耐磨性更好，疲劳强）与单一渗碳相比，硬度更高，耐磨性更好，疲劳强度更高，同时还具有一定的耐蚀性；与单一渗氮相比，渗层度更高，同时还具有一定的耐蚀性；与单一渗氮相比，渗层深，脆性小。深，脆性小。 2）共渗温度低，工件心部的晶粒细小，强韧性较好，并）共渗温度低，工件心部的晶粒细小，强韧性较好，并减少了工件的淬火变形。减少了工件的淬火变形。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 3）由于氮的渗入，渗层的淬透性

258、提高，为碳素钢代）由于氮的渗入，渗层的淬透性提高，为碳素钢代替合金钢制造某些模具成为可能。替合金钢制造某些模具成为可能。 4）共渗速度显著大于单一渗碳和单一渗氮，从而缩）共渗速度显著大于单一渗碳和单一渗氮，从而缩短生产周期。短生产周期。（3）碳氮共渗的应用）碳氮共渗的应用 碳氮共渗的适用于基体具有良好韧性，而表面硬度高，碳氮共渗的适用于基体具有良好韧性，而表面硬度高，耐磨性好的零件上。如塑料模、陶瓷模中的凸模、凹模和型耐磨性好的零件上。如塑料模、陶瓷模中的凸模、凹模和型芯、型腔等部位零件以及冲裁模中的凸模、凹模等零件。芯、型腔等部位零件以及冲裁模中的凸模、凹模等零件。2、氮碳共渗、氮碳共渗 氮

259、碳共渗（又称软氮化）是向钢件表面同时渗入氮和碳，氮碳共渗（又称软氮化）是向钢件表面同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学热处理工艺。并以渗氮为主的化学热处理工艺。生产中应用的大多是气体氮碳共渗，具有以下特点：生产中应用的大多是气体氮碳共渗，具有以下特点： 1）处理温度低（一般为）处理温度低（一般为530570），时间短（一），时间短（一般为般为16h），工件变形小。），工件变形小。2）不受钢种限制，铁基材料一般均可进行处理。）不受钢种限制，铁基材料一般均可进行处理。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 3）可以获得较高的表面硬度、疲劳抗力、耐磨性和）可以获得较高的表面硬度、疲劳抗力、耐磨性

260、和耐蚀性。在干摩擦条件下，还具有抗咬合性。耐蚀性。在干摩擦条件下，还具有抗咬合性。4）渗层脆性小，不易剥落。）渗层脆性小，不易剥落。5）渗层较薄，不适合重载模具。）渗层较薄，不适合重载模具。气体氮碳共渗剂一般使用尿素，氨气加酒精等。气体氮碳共渗剂一般使用尿素，氨气加酒精等。 氮碳共渗主要用于热态下工作的压铸模、塑料模、挤氮碳共渗主要用于热态下工作的压铸模、塑料模、挤压模及轻载的冷作模具，使用寿命明显提高（见表压模及轻载的冷作模具，使用寿命明显提高（见表56）。）。3、硼硫复合渗、硼硫复合渗 模具经硼硫复合渗后，由于具有减摩润滑性能，模具的模具经硼硫复合渗后，由于具有减摩润滑性能，模具的抗粘着磨

261、损能力和抗擦伤能力大为提高，增加了模具寿命。抗粘着磨损能力和抗擦伤能力大为提高，增加了模具寿命。即先渗硼再渗硫的表面处理工艺。即先渗硼再渗硫的表面处理工艺。渗硫工艺：渗硫工艺：渗硫介质渗硫介质 96%的硫加的硫加4%的硫化铜的硫化铜加热温度加热温度 180200保温保温6h渗硫后可获得渗硫后可获得58m的渗层。的渗层。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件4、硫氮碳共渗、硫氮碳共渗 硫氮碳共渗是将工件置于有活性硫氮碳共渗是将工件置于有活性S、N、C原子的介质原子的介质中，在中，在500600中保温一定时间，使工件表面同时渗中保温一定时间，使工件表面同时渗入这三种元素的化学热处理工艺。入这

262、三种元素的化学热处理工艺。 经三元共渗，工件表面获得硫化物的薄表层，氮碳化合经三元共渗，工件表面获得硫化物的薄表层，氮碳化合物的次表层和扩散层。物的次表层和扩散层。 主要性能特点：主要性能特点：硫氮碳共渗层具有优良的减摩、抗咬合、硫氮碳共渗层具有优良的减摩、抗咬合、耐疲劳性能和较好的耐蚀性能。耐疲劳性能和较好的耐蚀性能。 应用范围：应用范围：用于非铁金属挤压模、压铸模、塑料成形模用于非铁金属挤压模、压铸模、塑料成形模及高精度冷作模具等。及高精度冷作模具等。三、盐浴渗钒、渗铌和渗铬三、盐浴渗钒、渗铌和渗铬 盐浴渗金属可以获得极高耐磨性的碳化物型渗层。因工盐浴渗金属可以获得极高耐磨性的碳化物型渗层

263、。因工艺和设备简便易行，已进入工业应用阶段。艺和设备简便易行，已进入工业应用阶段。 盐浴渗金属有三种工艺方法，即硼砂盐浴法、粉末法和气盐浴渗金属有三种工艺方法，即硼砂盐浴法、粉末法和气体法。其中以硼砂为基的盐浴渗金属并形成碳化物的方法又称体法。其中以硼砂为基的盐浴渗金属并形成碳化物的方法又称“反应浸镀法反应浸镀法”（TD法）。法）。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 TD法是在熔融的硼砂中加入欲渗的元素或其合金的粉粒法是在熔融的硼砂中加入欲渗的元素或其合金的粉粒，然后将工件浸入其中，靠欲渗元素原子向工件表面扩散并，然后将工件浸入其中，靠欲渗元素原子向工件表面扩散并与基体中的碳原子形成

264、金属碳化物覆层。与基体中的碳原子形成金属碳化物覆层。1、盐浴渗钒、盐浴渗钒 设备：设备：高温坩埚电阻炉高温坩埚电阻炉 渗钒盐浴成分配比：渗钒盐浴成分配比：Na2B4O7（脱水）（脱水）85%+V2O5粉粉10%（或钒铁粉）（或钒铁粉）+Al粉粉5%也可以采用钒铁粉也可以采用钒铁粉10%+ Na2B4O7（脱水）（脱水）90%.模具渗钒温度：模具渗钒温度：8501200，保温，保温26h。 渗钒后热处理：渗钒后热处理：一般直接淬火，根据模材可空淬、油淬一般直接淬火，根据模材可空淬、油淬或水淬。或水淬。 渗钒层特点：渗钒层特点：具有极高的硬度，可达具有极高的硬度，可达28003200HV，高耐磨，

265、抗粘着性好。高耐磨，抗粘着性好。 应用范围：应用范围：中、高碳素钢或合金钢制的各种冷作模具。使中、高碳素钢或合金钢制的各种冷作模具。使用寿命与渗氮模具相比，可提高几倍至几十倍。用寿命与渗氮模具相比，可提高几倍至几十倍。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件2、浴盐渗铌、浴盐渗铌设备：设备：坩埚电阻炉坩埚电阻炉渗铌盐浴：渗铌盐浴：无水硼砂、氧化铌或铌粉、铝粉。无水硼砂、氧化铌或铌粉、铝粉。渗铌温度：渗铌温度：9001050渗铌保温时间：渗铌保温时间：410h渗后处理：渗后处理：直接淬火加低回，再清理表面。直接淬火加低回，再清理表面。 盐浴渗铌的性能特点：盐浴渗铌的性能特点：渗铌层组织为碳化

266、铌，呈金黄色，渗铌层组织为碳化铌，呈金黄色，具有极高的硬度，模具钢渗铌硬度可达具有极高的硬度，模具钢渗铌硬度可达29003500HV。比渗硼和气相沉积碳化钛有更好的抗磨损、抗咬合、耐氧化比渗硼和气相沉积碳化钛有更好的抗磨损、抗咬合、耐氧化和抗热疲劳性能。和抗热疲劳性能。 盐浴渗铌的应用：盐浴渗铌的应用：可用于冲模、弯曲模可用于冲模、弯曲模 、成型模、热锻、成型模、热锻模和粉末冶金成型模具，寿命可提高几倍至几十倍。模和粉末冶金成型模具，寿命可提高几倍至几十倍。3、盐浴渗铬、盐浴渗铬 盐浴渗铬在坩埚炉中进行，盐浴成分以硼砂为主；渗剂盐浴渗铬在坩埚炉中进行，盐浴成分以硼砂为主；渗剂成分为氧化铬粉。另

267、添加少量的铝粉起稀释作用。成分为氧化铬粉。另添加少量的铝粉起稀释作用。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件处理工艺温度：处理工艺温度：9501050，保温，保温46h。 渗层组织：渗层组织：铬的碳化物（高碳钢渗铬，铬含量高达铬的碳化物（高碳钢渗铬，铬含量高达80%）。）。渗层深度：渗层深度：1527m 渗层性能：渗层性能：中、高碳钢渗铬，硬度达中、高碳钢渗铬，硬度达13001600HV，合金钢达，合金钢达17001800HV，耐磨性、尤其是抗磨粒磨损，耐磨性、尤其是抗磨粒磨损性能优良。性能优良。 渗铬的应用：渗铬的应用：较多的用于高碳钢或高碳合金钢的冷、热较多的用于高碳钢或高碳合金钢的

268、冷、热作模具，寿命大幅度提高。作模具，寿命大幅度提高。第二节第二节 涂镀技术涂镀技术一、电镀一、电镀 在电解质溶液中，将具有导电表面的制品作为阴极，在电解质溶液中，将具有导电表面的制品作为阴极，以镀层金属为阳极，通过直流电，在制品表面沉积出牢固的以镀层金属为阳极，通过直流电，在制品表面沉积出牢固的镀层金属的工艺过程。镀层金属的工艺过程。在模具上应用较多的是镀硬铬。在模具上应用较多的是镀硬铬。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 工艺配方：工艺配方：铬酐铬酐140160g/L，硫酸，硫酸1.41.6g/L。其余为水。其余为水。 工艺条件：工艺条件：温度温度5763，电压，电压12V，电流

269、密度，电流密度4550A/dm2。 镀层性能：镀层性能：硬度为硬度为9001200HV，耐磨性提高，且不，耐磨性提高，且不引起工件变形。引起工件变形。 镀硬铬的应用：镀硬铬的应用：只适合于加工应力较小的拉深模、塑料只适合于加工应力较小的拉深模、塑料模等。模等。二、刷镀二、刷镀 刷镀是依靠一个与阳极接触的垫和刷提供电镀所需要的刷镀是依靠一个与阳极接触的垫和刷提供电镀所需要的电解液的电镀方法，与电镀的原理一样，但不用镀糟，故称电解液的电镀方法，与电镀的原理一样，但不用镀糟，故称无糟镀或涂镀。无糟镀或涂镀。图图5-2是其工作过程示意图是其工作过程示意图 刷镀设备主要包括：电源、镀笔、镀液及泵、回转台

270、刷镀设备主要包括：电源、镀笔、镀液及泵、回转台等。电源电压等。电源电压330V无级可调，电流无级可调，电流30100A。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件图图5-2 刷镀工作过程示意图刷镀工作过程示意图1-工件工件 2-镀液镀液 3-电源电源 4-镀笔镀笔 5-包套包套 6-接液盘接液盘刷镀特点：刷镀特点： 沉积速度快，镀层质量和性能优良。沉积速度快，镀层质量和性能优良。 工艺简单，易于现场操作，且不受模具形状和大小的工艺简单，易于现场操作，且不受模具形状和大小的限制。限制。 适用范围广，一套刷镀设备可刷镀各种单一金属镀层、适用范围广，一套刷镀设备可刷镀各种单一金属镀层、合金镀层，复

271、合镀层等。合金镀层，复合镀层等。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件刷镀技术的应用：刷镀技术的应用： 1、用于模具工作表面的修复、强化和改性。如对已磨、用于模具工作表面的修复、强化和改性。如对已磨损的模具刷镀可以恢复尺寸，修补表面裂纹；刷镀不同的金损的模具刷镀可以恢复尺寸，修补表面裂纹；刷镀不同的金属、合金镀层以满足模具表面各种不同的性能要求。属、合金镀层以满足模具表面各种不同的性能要求。 2、可以作为制造模具的辅助手段。如降低模具表面粗、可以作为制造模具的辅助手段。如降低模具表面粗糙度、对模具表面进行电解加工等。糙度、对模具表面进行电解加工等。 3、用刷镀技术可以获得非晶态镀层，这种

272、镀层具有优、用刷镀技术可以获得非晶态镀层，这种镀层具有优异的物理、化学、力学性能（应用效果见表异的物理、化学、力学性能（应用效果见表5-7）。）。三、化学镀三、化学镀 化学镀是将工件置于镀液中，镀液中的金属离子通过获化学镀是将工件置于镀液中，镀液中的金属离子通过获得由镀液中的化学反应而产生的电子在工件上还原沉积而形得由镀液中的化学反应而产生的电子在工件上还原沉积而形成镀层。成镀层。化学镀与电镀、刷镀相比的优点是：化学镀与电镀、刷镀相比的优点是： 均镀能力和深镀能力好，具有良好的仿形性；沉积厚度均镀能力和深镀能力好，具有良好的仿形性；沉积厚度可控，镀层致密，与基体结合良好；可控，镀层致密，与基体

273、结合良好；模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件化学镀在模具上的应用：化学镀在模具上的应用： T10、Cr12钢制冷作模具分别镀覆钢制冷作模具分别镀覆Co-P、Co-W-P，提高了模具的耐磨性，使用寿命提高，提高了模具的耐磨性，使用寿命提高1倍以上。倍以上。 Cr12 MoV钢制拉深模，经化学镀钢制拉深模，经化学镀Ni-P，模具具有，模具具有优良的耐磨性能，使用寿命从优良的耐磨性能，使用寿命从2万次提高到万次提高到9万次。万次。第三节第三节 其他表面强化技术其他表面强化技术一、喷丸表面强化一、喷丸表面强化 喷丸强化是采用大量的钢丸或铸铁丸（直径为喷丸强化是采用大量的钢丸或铸铁丸（直径为0

274、.42mm）以）以3550m/s的速度喷射至已加工完毕的速度喷射至已加工完毕的工件表面，使表面产生冷硬层和残留压应力，从而显著提的工件表面，使表面产生冷硬层和残留压应力，从而显著提高零件疲劳强度。高零件疲劳强度。 下图是珠丸挤压零件表面时下图是珠丸挤压零件表面时的受力状态，由图分析可知，与的受力状态，由图分析可知，与零件表面平行方向上产生残余压零件表面平行方向上产生残余压应力。应力。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件模具经喷丸后，具有如下性能特点：模具经喷丸后，具有如下性能特点： 显著地减缓了疲劳裂纹的生成或抑制了疲劳裂纹的显著地减缓了疲劳裂纹的生成或抑制了疲劳裂纹的扩展速度。扩展速

275、度。 促使残留奥氏体转变为马氏体，从而提高表面硬度、促使残留奥氏体转变为马氏体，从而提高表面硬度、抗冲击磨损能力和疲劳强度。抗冲击磨损能力和疲劳强度。能改善磨加工和电加工的表面粗糙度。能改善磨加工和电加工的表面粗糙度。应用举例：应用举例： 3Cr2W8V钢制活扳手热锻模，经喷丸处理后，寿钢制活扳手热锻模，经喷丸处理后，寿命提高命提高50%。 Cr12钢制洗衣机电动机定转子落料冲裁模，经喷丸钢制洗衣机电动机定转子落料冲裁模，经喷丸处理后，一次刃磨的使用寿命提高了处理后，一次刃磨的使用寿命提高了2.58.5倍。倍。二、电火化表面强化二、电火化表面强化 电火花表面强化是利用工具电极与工件间在气体中产

276、生电火花表面强化是利用工具电极与工件间在气体中产生的火花放电作用，把作为电极的导电材料溶渗进工件表层形的火花放电作用，把作为电极的导电材料溶渗进工件表层形成合金化的表面强化层。成合金化的表面强化层。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件图图5-4是金属电火花表面强化的加工原理图。是金属电火花表面强化的加工原理图。 图5-4 在工具电极和工件之间接上直流或交流电源，由于振在工具电极和工件之间接上直流或交流电源，由于振荡器的作用，工具电极与工件间不断产生火花放电，从而荡器的作用，工具电极与工件间不断产生火花放电，从而实现金属表面的强化。实现金属表面的强化。图图5-5是电火花的强化过程示意图。

277、是电火花的强化过程示意图。a充电充电 b）放电）放电 c）形成合金或化合物渗层）形成合金或化合物渗层 d）强化层冷却）强化层冷却模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件电火花表面强化特点：电火花表面强化特点：设备简单，操作方便，容易掌握。设备简单，操作方便，容易掌握。所获得的强化层与基体结合牢固。所获得的强化层与基体结合牢固。强化层性能取决于基体和电极材料，与电参数无关。强化层性能取决于基体和电极材料，与电参数无关。常用电极材料有常用电极材料有TiC、WC、ZrC、NbC、硬质合金等。、硬质合金等。应用举例：应用举例： 用用YG8作电极，对作电极，对3Cr2W8V制模具进行电火花表面制模具

278、进行电火花表面强化处理后，在各类酸、碱、中的耐蚀性提高了强化处理后，在各类酸、碱、中的耐蚀性提高了415倍。倍。 用用YG8作电极，对作电极，对Cr12钢制定子双槽模刃口进行强化，钢制定子双槽模刃口进行强化，每次刃磨的平均寿命由每次刃磨的平均寿命由5万次提高万次提高20万次。万次。三、激光表面强化三、激光表面强化 利用高功率密度激光束进行表面处理的方法称为激光热利用高功率密度激光束进行表面处理的方法称为激光热处理。它分为激光相变硬化、激光表面合金化两大类。处理。它分为激光相变硬化、激光表面合金化两大类。 激光热处理的关键设备是激光器，常用的激光热处理试激光热处理的关键设备是激光器，常用的激光热

279、处理试验装置见图验装置见图5-6。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件图图5-6 激光热处理装置示意图激光热处理装置示意图 工业上应用较多的为工业上应用较多的为500W级纵向放电级纵向放电CO2激光器，激光器，主要技术指标：额定输出功率主要技术指标：额定输出功率450W，输出功率范围为，输出功率范围为200800W，光束直径，光束直径4mm，发散角小于，发散角小于2毫弧度。毫弧度。 激光淬火前，工件需进行黑化处理，以提高光能的吸收激光淬火前，工件需进行黑化处理，以提高光能的吸收率，使工件表面快速加热到相变温度以上，光束移开后通过率，使工件表面快速加热到相变温度以上，光束移开后通过自激冷

280、却即可实现表面淬火硬化。自激冷却即可实现表面淬火硬化。 由于加热工件表面温度及穿透深度均与激光照射时间的平由于加热工件表面温度及穿透深度均与激光照射时间的平方根成正比，因此当激光束功率及光斑尺寸确定后，通过改变方根成正比，因此当激光束功率及光斑尺寸确定后，通过改变激光束的扫描速率，就可以控制工件表面温度和加热层深度。激光束的扫描速率，就可以控制工件表面温度和加热层深度。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 激光淬火的基本工艺参数是：输出功率、光斑尺寸、扫激光淬火的基本工艺参数是：输出功率、光斑尺寸、扫描速度（或工件移动速度）、材料对光的吸收率等。描速度（或工件移动速度）、材料对光的吸收

281、率等。激光表面淬火特点：激光表面淬火特点：淬火工件表层可获得极细的马氏体组织。淬火工件表层可获得极细的马氏体组织。受热及冷却区极小，因此残留应力小，变形极小。受热及冷却区极小，因此残留应力小，变形极小。毫无氧化脱碳，淬火表面光亮洁净。所以激光淬火毫无氧化脱碳，淬火表面光亮洁净。所以激光淬火可以在最终精加工工序之后进行。可以在最终精加工工序之后进行。可以解决工件拐角、沟槽、不通孔、深孔内壁等用可以解决工件拐角、沟槽、不通孔、深孔内壁等用其它热处理方法很难解决的强化问题。其它热处理方法很难解决的强化问题。可以提高模具的表面硬度、耐磨性、热稳定性、抗可以提高模具的表面硬度、耐磨性、热稳定性、抗疲劳性

282、和断裂韧度等，是提高模具寿命的有效途径。疲劳性和断裂韧度等，是提高模具寿命的有效途径。四、气相沉积技术四、气相沉积技术 气相沉积是通过气相中发生的物理、化学过程，改变表气相沉积是通过气相中发生的物理、化学过程，改变表面成分，在工件表面形成功能性或装饰性化合物的新技术。面成分，在工件表面形成功能性或装饰性化合物的新技术。 通常沉积层厚度为通常沉积层厚度为0.510m,沉积物为过渡族元素与沉积物为过渡族元素与碳、氮、氧和硼的化合物。碳、氮、氧和硼的化合物。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 按过程的主要属性可将气相沉积分为化学气相沉积按过程的主要属性可将气相沉积分为化学气相沉积（CVD）

283、和物理气相沉积（）和物理气相沉积（PVD）两大类。）两大类。 沉积层类别及特性见表沉积层类别及特性见表5-8。应用在模具上主要是。应用在模具上主要是TiC、TiN、Ti（C、N）.TiC、TiN 涂层具有以下特点：涂层具有以下特点：涂层具有很高的硬度，低的摩擦因素和自润滑性能，所以涂层具有很高的硬度，低的摩擦因素和自润滑性能，所以抗磨粒磨损性能良好。抗磨粒磨损性能良好。涂层具有很高的熔点，基体金属在涂层中溶解度小，所以涂层具有很高的熔点，基体金属在涂层中溶解度小，所以抗粘着磨损能力也好，使用中发生冷焊和咬合的倾向性小。抗粘着磨损能力也好，使用中发生冷焊和咬合的倾向性小。具有很强的耐蚀能力（胜过

284、镍铬不锈钢）。具有很强的耐蚀能力（胜过镍铬不锈钢）。涂层在高温下也具有良好的抗大气氧化能力。涂层在高温下也具有良好的抗大气氧化能力。1、化学气相沉积、化学气相沉积 CVD是将低温下气化的金属化合物与加热到高温的工件接是将低温下气化的金属化合物与加热到高温的工件接触，在工件表面与碳氢化合物和氢气或氮气进行气相反应而生触，在工件表面与碳氢化合物和氢气或氮气进行气相反应而生成金属化合物沉积层的过程。成金属化合物沉积层的过程。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件下图是化学沉积装置示意图下图是化学沉积装置示意图图图5-7化学沉积装置示意图化学沉积装置示意图1-进气系统进气系统 2-反应器反应器

285、3-加热炉丝加热炉丝 4-加热炉体加热炉体 5-工件工件6-卡具卡具 7-排气管排气管 8-机械泵机械泵 9-废气处理系统废气处理系统 10-电源及测温仪表电源及测温仪表基本工艺过程：基本工艺过程：加热：加热：9501000供气：供气：N2、H2、TiCl4、CH4、Ar保温：保温：813h热处理：热处理：沉积处理后需重新进行淬回火沉积处理后需重新进行淬回火 由于处理温度较高，工件变形较大。为了减小工件变形，由于处理温度较高，工件变形较大。为了减小工件变形，简化后续热处理工艺，又出现了低温沉积工艺方法，如简化后续热处理工艺，又出现了低温沉积工艺方法，如PECVD、MTCVD。模具材料及表面处理

286、课件模具材料及表面处理课件CVD应用：应用： 主要用于高碳钢和高碳合金钢模具，一般沉积主要用于高碳钢和高碳合金钢模具，一般沉积TiC最最佳厚度为佳厚度为310m，沉积，沉积TiN为为515m，而且还可，而且还可沉积沉积Ti（C、N）薄膜，都可以大幅度提高模具寿命（见）薄膜，都可以大幅度提高模具寿命（见表表59）。）。2、物理气相沉积、物理气相沉积 将金属、合金或化合物放在真空室中蒸发（或称溅射），将金属、合金或化合物放在真空室中蒸发（或称溅射），使这些气相原子或分子在一定条件下沉积在工件表面上的工使这些气相原子或分子在一定条件下沉积在工件表面上的工艺称为物理气相沉积（简称艺称为物理气相沉积（简

287、称PVD）。）。 与与CVD法相比，法相比，PVD法的主要优点是处理温度较低，法的主要优点是处理温度较低，沉积速度较快，无公害。缺点是沉积层与工件的结合力较小，沉积速度较快，无公害。缺点是沉积层与工件的结合力较小，镀层的均匀性稍差。此外设备造价高，操作维护技术要求高。镀层的均匀性稍差。此外设备造价高，操作维护技术要求高。PVD可分为真空蒸镀、阴极溅射和离子镀三类可分为真空蒸镀、阴极溅射和离子镀三类。（1）真空蒸镀）真空蒸镀模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 在高真空中使金属、在高真空中使金属、合金或化合物蒸发，然后合金或化合物蒸发，然后凝聚到基体表面的方法叫凝聚到基体表面的方法叫做真

288、空蒸镀法，其原理图做真空蒸镀法，其原理图见见5-8。图图5-8 真空蒸镀原理真空蒸镀原理1-高真空槽高真空槽 2-膜面膜面 3-加热器加热器4-基板基板 5-蒸气流蒸气流 6-蒸镀材料蒸镀材料蒸镀过程：蒸镀过程： 对真空装置和被镀模具或对真空装置和被镀模具或零件进行去污、去油、去锈。零件进行去污、去油、去锈。把清洗过的模具或零件装入镀槽的支架上。把清洗过的模具或零件装入镀槽的支架上。补足蒸发物质（如补足蒸发物质（如TiC）。）。抽真空抽真空(最终抽至最终抽至1.3310-4Pa). 在高真空下对零件进行加热，其目的是去除水分和增在高真空下对零件进行加热，其目的是去除水分和增强镀层结合力。强镀层

289、结合力。对蒸镀物加热，使蒸发物脱水直至蒸发物蒸发。对蒸镀物加热，使蒸发物脱水直至蒸发物蒸发。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 打开蒸发源盖板，蒸镀即开始。膜厚可由监测器打开蒸发源盖板，蒸镀即开始。膜厚可由监测器控制，达到厚度后，关闭盖板并停电。控制，达到厚度后，关闭盖板并停电。 停镀后不要马上放入空气，需在真空条件下放置停镀后不要马上放入空气，需在真空条件下放置1530mm，以防镀层和蒸发源氧化。，以防镀层和蒸发源氧化。 关闭真空阀，导入空气，取出镀件。关闭真空阀，导入空气，取出镀件。蒸镀应用范围：蒸镀应用范围： 由于蒸镀设备简单，操作容易，可镀材料广，广泛用由于蒸镀设备简单，操作

290、容易，可镀材料广，广泛用于光学、电子器件和塑料制品的表面处理。于光学、电子器件和塑料制品的表面处理。（2）阴极溅射）阴极溅射 即用荷能粒子轰击某一靶材（阴极），即用荷能粒子轰击某一靶材（阴极），使靶材表面原子以一定能量逸出，然后在工使靶材表面原子以一定能量逸出，然后在工件表面沉积的过程（见图件表面沉积的过程（见图5-9）。）。图图5-9 溅射原理简图溅射原理简图 1-阴极屏蔽阴极屏蔽 2-阴极（靶）阴极（靶） 3- 工件工件 4-阳极阳极 5-固定装置固定装置 6-气体入口气体入口 7-抽真空抽真空 8-高压电缆高压电缆 阴极靶接阴极靶接13KV的直流负高压，的直流负高压，向真空室内通入压力为

291、向真空室内通入压力为13.30.133Pa氩气，在电场的作用下氩气电离后的氩氩气，在电场的作用下氩气电离后的氩离子轰击阴极靶材。离子轰击阴极靶材。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 阴极溅射工艺很多，常用有磁控高速溅射法。阴极溅射工艺很多，常用有磁控高速溅射法。阴极溅射特点：阴极溅射特点： 溅射出的靶材原子动能大，因而溅射膜的附着力比蒸溅射出的靶材原子动能大，因而溅射膜的附着力比蒸镀镀膜大。镀镀膜大。溅射的靶材可以是任何类型的材料。溅射的靶材可以是任何类型的材料。（3）离子镀（）离子镀（IP） 离子镀的基本原理是借助于离子镀的基本原理是借助于一种惰性气体的辉光放电使金属一种惰性气体的

292、辉光放电使金属或合金蒸气离子化，离子经电场或合金蒸气离子化，离子经电场加速而沉积在带负电荷的基体加速而沉积在带负电荷的基体（工件）上，见图（工件）上，见图5-10。图图5-10 离子镀原理图离子镀原理图1-基板（工件）基板（工件） 2-阴极暗部阴极暗部3-辉光放电区辉光放电区 4-蒸发灯丝（阳极）蒸发灯丝（阳极）5-绝缘管绝缘管 6-灯丝电源灯丝电源 7-高压电源高压电源 惰性气体一般采用氩气，压惰性气体一般采用氩气，压力力1.330.133Pa。 两极电压在两极电压在5002000V之间。之间。 镀膜材料主要是镀膜材料主要是TiC、TiN或某些难熔金属材料。或某些难熔金属材料。模具材料及表面

293、处理课件模具材料及表面处理课件 提高金属蒸气原子的离子化程度，可以增强镀层的结合提高金属蒸气原子的离子化程度，可以增强镀层的结合力，为此发展了一系列离子镀设备和方法，其中多弧放电型力，为此发展了一系列离子镀设备和方法，其中多弧放电型离子镀法受到重视，其工作原理和特点是：离子镀法受到重视，其工作原理和特点是： 1）将被蒸发膜材制成阴极靶，即弧蒸发源。该蒸发源）将被蒸发膜材制成阴极靶，即弧蒸发源。该蒸发源为固态，可在真空窒内任意布置，也可多源联合工作，有利为固态，可在真空窒内任意布置，也可多源联合工作，有利于大件镀膜。于大件镀膜。 2）弧蒸发源接电源负极，真空室外壳接正极，调整工）弧蒸发源接电源负

294、极，真空室外壳接正极，调整工作电流，靶材表面会发生弧光放电，同时蒸发出大量阴极金作电流，靶材表面会发生弧光放电，同时蒸发出大量阴极金属蒸气，其中部分发生电离并在基板负偏压的吸引下轰击工属蒸气，其中部分发生电离并在基板负偏压的吸引下轰击工件表面，从而起到洁净工件表面的作用，并使工件的温度升件表面，从而起到洁净工件表面的作用，并使工件的温度升高到沉积所需要的温度。此后，逐渐降低基板负压，气化了高到沉积所需要的温度。此后，逐渐降低基板负压，气化了的靶粒子飞向基板形成镀膜。的靶粒子飞向基板形成镀膜。 3）不需要通入惰性气体，也不需要烘烤装置，设备简）不需要通入惰性气体，也不需要烘烤装置，设备简单，工艺

295、稳定。单，工艺稳定。4）离化率高达）离化率高达60%90%，有利于改善膜层的质量。，有利于改善膜层的质量。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件 5）多弧蒸发源在蒸发阴极材料时，往往有液滴沉积在工）多弧蒸发源在蒸发阴极材料时，往往有液滴沉积在工件表面，造成工件表面粗糙度增加。件表面，造成工件表面粗糙度增加。离子镀优点：离子镀优点： 各种离子镀的优点主要是，涂层结合力强；没有明显方各种离子镀的优点主要是，涂层结合力强；没有明显方向性沉积；工件的各个表面都能镀上；涂层均匀性较好，并向性沉积；工件的各个表面都能镀上；涂层均匀性较好，并且具有较高的致密度和细晶粒。即使经镜面研磨过的工件，且具有较

296、高的致密度和细晶粒。即使经镜面研磨过的工件，进行离子镀后，表面依然光洁致密，无须研磨。进行离子镀后，表面依然光洁致密，无须研磨。 总之，采用总之，采用PVD技术可以在各种材料上沉积致密、光技术可以在各种材料上沉积致密、光滑、高精度的化合物涂层，十分适合模具的表面处理。滑、高精度的化合物涂层，十分适合模具的表面处理。 例如：例如：Cr12MoV钢制油开关指形触头精冲模，经常规钢制油开关指形触头精冲模，经常规处理，模具使用处理，模具使用13万次即要刃磨。经万次即要刃磨。经PVD沉积沉积TiN后使用后使用10万次不需刃磨，仍可使用。万次不需刃磨，仍可使用。 从发展趋势来看，从发展趋势来看，PVD法将成为模具表面处理的主要法将成为模具表面处理的主要技术方法之一。技术方法之一。 表表5-10列出了三种列出了三种PVD法与法与CVD法的比较，供选用时法的比较，供选用时参考。参考。模具材料及表面处理课件模具材料及表面处理课件