模具选材及热处理(工艺)课件

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1、第八章第八章 模具材料及热处理模具材料及热处理第一节第一节 模具材料概述模具材料概述 一、一、 模具的分类模具的分类 根据模具的工作条件，可将模具分为以下三大类：根据模具的工作条件，可将模具分为以下三大类： 1. 1. 冷作模具：包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉冷作模具：包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉深模、拉丝模、滚丝模、剪切模等。深模、拉丝模、滚丝模、剪切模等。 2. 2. 热作模具：包括热锻压模（热锻模、高速锤锻模、热作模具：包括热锻压模（热锻模、高速锤锻模、精密锻造模）、热挤压模、热冲裁模、压铸模等。精密锻造模）、热挤压模、热冲裁模、压铸模等。 3. 3. 成形模具：包括塑料模、橡胶模

2、、陶瓷模、玻璃成形模具：包括塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末冶金模具等。模、粉末冶金模具等。汽车模具系列汽车模具系列保险杠注射模保险杠注射模轮毂压铸模轮毂压铸模轮胎橡胶模轮胎橡胶模密封圈挤出模密封圈挤出模大型覆盖件模大型覆盖件模反光镜玻璃模反光镜玻璃模绝缘陶瓷模绝缘陶瓷模举例举例: 二、二、 模具失效的概念模具失效的概念 1. 1. 模具的服役：模具经安装、调试后，正常生产合格产品模具的服役：模具经安装、调试后，正常生产合格产品的过程称为模具的服役。的过程称为模具的服役。 2. 2. 模具的损伤：模具在使用过程中，虽然出现尺寸变化模具的损伤：模具在使用过程中，虽然出现尺寸变化（变形、磨损等

3、）、微裂纹等缺陷，但没有丧失服役能力的状（变形、磨损等）、微裂纹等缺陷，但没有丧失服役能力的状态。态。称为有病状态，要及时维修。称为有病状态，要及时维修。 3. 3. 模具的失效：模具损坏到不可修复，且不能生产出合格模具的失效：模具损坏到不可修复，且不能生产出合格产品的状态产品的状态；模具的失效模具的失效按照发生时间的早晚可分为正常失效按照发生时间的早晚可分为正常失效和早期失效。和早期失效。三、三、 常见的失效形式常见的失效形式 塑性断裂塑性断裂1.1.断裂失效断裂失效 脆性断裂脆性断裂 疲劳断裂疲劳断裂 过量弹性变形过量弹性变形2.2.过量变形失效过量变形失效 过量塑性变形（局部塌陷、局部镦

4、粗、型腔胀大）过量塑性变形（局部塌陷、局部镦粗、型腔胀大） 蠕变蠕变( (金属在高温环境下，即使所受的力小于屈服点，也金属在高温环境下，即使所受的力小于屈服点，也会随时间的增长发生缓慢的永久变形的现象）超限会随时间的增长发生缓慢的永久变形的现象）超限 表面磨损（粘着、磨粒、氧化、疲劳磨损等）表面磨损（粘着、磨粒、氧化、疲劳磨损等）3. 3. 表面损伤表面损伤 表面腐蚀（冲蚀、浸蚀、熔蚀等）表面腐蚀（冲蚀、浸蚀、熔蚀等）4. 4. 疲劳及热疲劳失效疲劳及热疲劳失效疲劳裂纹疲劳裂纹 四、模具材料四、模具材料 五、五、 模具材料的性能要求模具材料的性能要求 模具的工作条件复杂，工作温度高低不一，失效

5、形式多样，模具的工作条件复杂，工作温度高低不一，失效形式多样，对各类模具性能要求不同。模具的服役条件比较恶劣，一般承受对各类模具性能要求不同。模具的服役条件比较恶劣，一般承受高压、冲击、振动、摩擦、弯扭、拉伸等载荷；工作温度有的很高压、冲击、振动、摩擦、弯扭、拉伸等载荷；工作温度有的很高；精度要求很高；磨损、变形、疲劳、断裂时有发生。模具材高；精度要求很高；磨损、变形、疲劳、断裂时有发生。模具材料的性能相对一般零件为高，一般从使用性能和工艺性能二大方料的性能相对一般零件为高，一般从使用性能和工艺性能二大方面考虑。面考虑。 （一）使用性能要求（一）使用性能要求 1. 1. 硬度和热硬性硬度和热硬

6、性 成形模具应具有足够高的硬度，才能确保使用寿命。成形模具应具有足够高的硬度，才能确保使用寿命。 冷作模具一般要求硬度在冷作模具一般要求硬度在60HRC以上；热作模具一般在以上；热作模具一般在4052HRC范围内，塑料模具通常在范围内，塑料模具通常在4560HRC内考虑。内考虑。 硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标，是指材料抵硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标，是指材料抵抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的能力。它是强度、抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的能力。它是强度、塑性、韧性、耐磨性等指标的综合反映，因此在零件图上常常塑性、韧性、耐磨性等指标的综合反映，因此在零件图上常常标

7、注硬度值，作为技术要求。标注硬度值，作为技术要求。 热硬性是指模具在受热或高温条件下保持高硬度的能热硬性是指模具在受热或高温条件下保持高硬度的能力；如热作模具和部分冷作模具要求具有一定的热硬性。力；如热作模具和部分冷作模具要求具有一定的热硬性。 材料的硬度和热硬性主要取决于材料的成分、热处理工材料的硬度和热硬性主要取决于材料的成分、热处理工艺及表面处理工艺。艺及表面处理工艺。 (1) (1)布氏硬度布氏硬度HBHB 适用于未经淬火的钢、铸铁、有色金属或质地轻软的轴承合金。 布氏硬度计布氏硬度计 适用范围适用范围:450HBS;650HBW;(2)(2)洛氏硬度洛氏硬度 定义：每定义：每0.00

8、2mm0.002mm相当相当于洛氏于洛氏1 1度。度。洛氏硬度常用标尺有：洛氏硬度常用标尺有：B B、C C、A A三种三种HRB HRB 轻金属，未淬轻金属，未淬火钢火钢HRC HRC 较硬，淬硬钢较硬，淬硬钢制品制品HRA HRA 硬、薄试件硬、薄试件h1-h0洛氏硬度测试示意图洛氏硬度测试示意图洛洛氏氏硬硬度度计计10HRCHBS (3)维氏硬度维氏硬度 维维氏氏硬硬度度的的压压力力一一般般可可选选5 5，1010，2020，3030，5050，100100，120kg120kg等等，小小于于10kg10kg的的压压力力可可以测定显微组织硬度。以测定显微组织硬度。适用范围适用范围: :

9、测量薄板类测量薄板类 ; ; HVHBS ; HVHBS ;图图8 8-1 硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响 1-W6Mo5Cr4V2钢钢; 2-Cr12MoV钢钢; 3-Cr5Mo1V钢钢 2. 2. 耐磨性耐磨性材料抵抗磨损的能力，它是衡量模具使用寿命材料抵抗磨损的能力，它是衡量模具使用寿命的重要指标。的重要指标。 磨损形式不同，影响耐磨性的因素也不同，主要因素是磨损形式不同，影响耐磨性的因素也不同，主要因素是硬度和组织。硬度和组织。 如：冲击载荷较小时，耐磨性和硬度成正比关系；如：冲击载荷较小时，耐磨性和硬度成正比关系； 钢的组织中，马氏体和下

10、贝氏体耐磨性较好；钢的组织中，马氏体和下贝氏体耐磨性较好； 钢中碳化物的性质、数量、形态、分布对钢的耐磨性有钢中碳化物的性质、数量、形态、分布对钢的耐磨性有显著的影响。显著的影响。图图8-28-2所示为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行所示为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行冲孔的试验结果，可反映各钢种的耐磨水平；冲孔的试验结果，可反映各钢种的耐磨水平；试验以试验以Cr12MoVCr12MoV钢为基准（钢为基准（ =1.0 =1.0）。图）。图8-38-3所示是标准模具进行耐磨性试验所示是标准模具进行耐磨性试验的结果，较好地反映了工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性。的结果，较好地

11、反映了工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性。图图8 8-2 五种模具钢模拟冲裁试验其耐磨性五种模具钢模拟冲裁试验其耐磨性 图图8-3 8-3 工模具钢的磨粒磨损抗力工模具钢的磨粒磨损抗力 1-1-高碳高钒高速钢高碳高钒高速钢;2-;2-高碳高钒钢高碳高钒钢; ;3-3-低合金模具钢及碳素工具钢低合金模具钢及碳素工具钢 3. 3. 强度和韧性强度和韧性 强度强度材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力，材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力，是衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标；是衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标； 如：冷作模具如：冷作模具: :变形抗力变形抗力屈服强度，断裂抗力屈服强度

12、，断裂抗力抗拉强度、抗拉强度、抗弯强度等；抗弯强度等； 热作模具热作模具: :变形抗力变形抗力高温屈服强度，断裂抗力高温屈服强度，断裂抗力抗拉强度、抗拉强度、断裂韧性等；断裂韧性等； 韧性韧性在冲击载荷下抵抗产生裂纹的特性，反映了材料的在冲击载荷下抵抗产生裂纹的特性，反映了材料的脆断抗力，常用冲击韧性（脆断抗力，常用冲击韧性（K K）表示。）表示。 材料的强度和韧性主要取决于材料的成分、冶金质量、热材料的强度和韧性主要取决于材料的成分、冶金质量、热处理工艺，碳化物的性质、数量、形态、分布对其也有显著的影处理工艺，碳化物的性质、数量、形态、分布对其也有显著的影响。响。 圆形截面的拉伸试样圆形截面

13、的拉伸试样 4. 4. 疲劳抗力疲劳抗力-反映材料在交变载荷作用下，抵抗疲劳破反映材料在交变载荷作用下，抵抗疲劳破坏的性能指标。坏的性能指标。 热作模具常常是在急冷急热的条件下工作，必定发生不同热作模具常常是在急冷急热的条件下工作，必定发生不同程度的冷热疲劳现象，出现龟裂，因此希望有高的冷热疲劳抗程度的冷热疲劳现象，出现龟裂，因此希望有高的冷热疲劳抗力，以免早期失效。力，以免早期失效。 TitanicTitanic沉没原因沉没原因nTitanic Titanic 含硫高含硫高的钢板，韧性很差，的钢板，韧性很差，特别是在低温呈脆性。特别是在低温呈脆性。所以，冲击试样是典所以，冲击试样是典型的脆性

14、断口。近代型的脆性断口。近代船用钢板的冲击试样船用钢板的冲击试样则具有相当好的韧性。则具有相当好的韧性。Titanic 号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果号钢板（左图）和近代船用钢板（右图）的冲击试验结果 （二）工艺性能要求（二）工艺性能要求 1. 1. 热加工工艺性能热加工工艺性能 包括锻轧、铸造、焊接等性能。根据模具的不同制造工包括锻轧、铸造、焊接等性能。根据模具的不同制造工艺，可提出不同的加工性能要求，这些性能要求受到模具材料艺，可提出不同的加工性能要求，这些性能要求受到模具材料的化学成分、冶金质量、组织状态等因素的影响。的化学成分、冶金质量、组织状态等因素的影响。 2.

15、 2. 冷加工工艺性能冷加工工艺性能 包括切削、抛光、研磨、冷挤压和冷拉等性能。模具制品包括切削、抛光、研磨、冷挤压和冷拉等性能。模具制品有时要求很高的表面质量、低的表面粗糙度及高的精度，所以有时要求很高的表面质量、低的表面粗糙度及高的精度，所以对切削性能和抛光性能均有较高要求。对切削性能和抛光性能均有较高要求。 3. 3. 热处理工艺性能热处理工艺性能 实际上它是一种热加工工艺性能，在模具失效事故中，热实际上它是一种热加工工艺性能，在模具失效事故中，热处理所造成的因素占总失效的处理所造成的因素占总失效的52%52%左右，热处理工艺性能的好左右，热处理工艺性能的好坏对模具质量有较大影响。它要求

16、热处理变形小、淬火温度范坏对模具质量有较大影响。它要求热处理变形小、淬火温度范围宽、过热敏感性小，脱碳敏感性低、淬火开裂倾向低等，特围宽、过热敏感性小，脱碳敏感性低、淬火开裂倾向低等，特别要求要有足够的淬硬性和淬透性。别要求要有足够的淬硬性和淬透性。 六、模具选材的一般原则六、模具选材的一般原则 模具的选材和其他零件选材一样，都要符合选材的一般原则，模具的选材和其他零件选材一样，都要符合选材的一般原则，它要求所选材料应满足：它要求所选材料应满足： （一）使用性能足够（一）使用性能足够 根据工作条件、失效形式、寿命要求、可靠性的高低等提出根据工作条件、失效形式、寿命要求、可靠性的高低等提出材料的

17、强度、硬度、塑性、韧性等使用性能要求，提出时要考虑材料的强度、硬度、塑性、韧性等使用性能要求，提出时要考虑尺寸效应及主要的、关键的性能指标，使所选材料足够满足性能尺寸效应及主要的、关键的性能指标，使所选材料足够满足性能要求。要求。 ( (二）工艺性能良好二）工艺性能良好 根据制造工艺方法不同使所选材料具有良好的工艺性能，首根据制造工艺方法不同使所选材料具有良好的工艺性能，首先是能制造出来，在批量大时，对便于制造显得更为突出。先是能制造出来，在批量大时，对便于制造显得更为突出。 （三）供应上能保证（三）供应上能保证 所选材料应考虑我国资源和现实供应情况，尽量少用进口所选材料应考虑我国资源和现实供

18、应情况，尽量少用进口材料，并且品种规格应尽量少而集中，以便于采购管理。材料，并且品种规格应尽量少而集中，以便于采购管理。 （四）经济性合理（四）经济性合理 要求所选材料生产过程简单、成品率高、成本低，在满足要求所选材料生产过程简单、成品率高、成本低，在满足性能、寿命等要求下，尽可能选用价格低的材料，以降低成本。性能、寿命等要求下，尽可能选用价格低的材料，以降低成本。 七、模具选材的具体考虑因素七、模具选材的具体考虑因素 在模具实际的设计与制造中，具体选材时，应综合分析，在模具实际的设计与制造中，具体选材时，应综合分析，考虑以下多方面因素。考虑以下多方面因素。 （一（一) )模具的工作条件因素模

19、具的工作条件因素 1. 1. 承载受力的大小、速度（冲击状况）承载受力的大小、速度（冲击状况） 受力大，材料要求强度高；冲击大，则韧性要求好。受力大，材料要求强度高；冲击大，则韧性要求好。 2. 2. 工作温度工作温度 冷作、塑料、热作三类模具因为工作温度有很大区别，所冷作、塑料、热作三类模具因为工作温度有很大区别，所以材料的抗热性能要求有很大不同以材料的抗热性能要求有很大不同。 3. 3. 腐蚀情况腐蚀情况 腐蚀严重时要考虑不锈钢类的材料，例如加工易产生腐蚀腐蚀严重时要考虑不锈钢类的材料，例如加工易产生腐蚀性体气的塑料件时，可采用不锈钢类型的模具材料性体气的塑料件时，可采用不锈钢类型的模具材

20、料. . （二）模具的失效因素（二）模具的失效因素 根据模具的失效分析，找出失效原因，提出解决问题的主根据模具的失效分析，找出失效原因，提出解决问题的主要性能指标，有针对性的进行选材。要性能指标，有针对性的进行选材。 （三）模具所加工的产品因素（三）模具所加工的产品因素 1. 1. 产品批量的大小产品批量的大小 批量大时采用材质高、性能好的材料制模具；批量小时，批量大时采用材质高、性能好的材料制模具；批量小时，可用性能较差、寿命较短、加工简便的材料制模具。可用性能较差、寿命较短、加工简便的材料制模具。 2. 2. 产品质量的高低产品质量的高低 精度要求高、表面粗糙度值要求低、则所选材料要从成分

21、、精度要求高、表面粗糙度值要求低、则所选材料要从成分、材质上保证模具制造时有较好切削、抛光等性能，制成模具后材质上保证模具制造时有较好切削、抛光等性能，制成模具后有好的尺寸形状的稳定性或高的精度与低的表面粗糙度值。有好的尺寸形状的稳定性或高的精度与低的表面粗糙度值。 3. 3. 产品的材质产品的材质 所加工产品是金属材料还是非金属材料，对不同原材料进所加工产品是金属材料还是非金属材料，对不同原材料进行加工，其变形抗力、工作温度都有很大的不同，模具的工作行加工，其变形抗力、工作温度都有很大的不同，模具的工作条件差异很大，所选模具材料就很不一样。条件差异很大，所选模具材料就很不一样。 （四）模具的

22、结构因素（四）模具的结构因素 1. 1. 模具的大小模具的大小 大、中、小型的不同模具应选用不同的材质，一般大、中型大、中、小型的不同模具应选用不同的材质，一般大、中型模具（模具（200mm200mm）的材料费为模具总费用的）的材料费为模具总费用的50%50%，小型模具的材料，小型模具的材料费不超过总成本的费不超过总成本的5%5%10%10%。 2. 2. 模具的形状模具的形状 形状简单、公差要求不严的，可选不易变形的高耐磨性材料；形状简单、公差要求不严的，可选不易变形的高耐磨性材料；形状复杂模具，应选淬透性好的，采用缓冷淬火剂以免变形开裂，形状复杂模具，应选淬透性好的，采用缓冷淬火剂以免变形

23、开裂，同时还应选易加工材料。同时还应选易加工材料。 3. 3. 模具的不同组件、不同部位模具的不同组件、不同部位 模具组成主要可分成工作零件和辅助零件。前者直接与加工模具组成主要可分成工作零件和辅助零件。前者直接与加工材材料接触，要求材料性能比后者高。如凸、凹模工作部位（型料接触，要求材料性能比后者高。如凸、凹模工作部位（型面或刃部）硬度、耐磨性、抗热性等要求高；非工作部位可适面或刃部）硬度、耐磨性、抗热性等要求高；非工作部位可适当降低，但要保证一定强韧性。对于模具的辅助零件，包括紧当降低，但要保证一定强韧性。对于模具的辅助零件，包括紧固件、导向零件等，可按其性能要求进行选材。固件、导向零件等

24、，可按其性能要求进行选材。 （五）模具的制造工艺因素（五）模具的制造工艺因素 应考虑制造时所采用的冷加工（切削、抛光、研磨）、热应考虑制造时所采用的冷加工（切削、抛光、研磨）、热加工（锻、铸、焊）的不同加工方法和工艺，选择适当的材料加工（锻、铸、焊）的不同加工方法和工艺，选择适当的材料与其相适应。对手工与机械不同方法制造模具，选材应有所区与其相适应。对手工与机械不同方法制造模具，选材应有所区别，手工制模具成本高，应尽量选较好的材料。别，手工制模具成本高，应尽量选较好的材料。 （六）模具的设计因素（六）模具的设计因素 根据具体情况可考虑采用：根据具体情况可考虑采用： 1. 1. 不同模具采用不同

25、结构材料不同模具采用不同结构材料 对大型、复杂模具可应用组合或镶嵌结构，在刃部、型面部对大型、复杂模具可应用组合或镶嵌结构，在刃部、型面部分或某些经受强烈磨损、冲击或高温的部位采用贵重的高性能材分或某些经受强烈磨损、冲击或高温的部位采用贵重的高性能材料，其他的模体部分，性能要求不高，可采用普通材料。料，其他的模体部分，性能要求不高，可采用普通材料。 2. 2. 普通材料强化处理普通材料强化处理 选用普通低价材料，用表面强化方法在型面或局部进行离子选用普通低价材料，用表面强化方法在型面或局部进行离子渗入、堆焊、气相沉积及其他涂覆处理以获得高性能的表层。渗入、堆焊、气相沉积及其他涂覆处理以获得高性

26、能的表层。 第二节第二节 冷作模具材料及其热处理冷作模具材料及其热处理 冷作模具是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用冷作模具是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具，它主要分为冲裁模、拉拔及成形模、冷镦模和冷挤模。的模具，它主要分为冲裁模、拉拔及成形模、冷镦模和冷挤模。 一、一、 各类冷作模具的特点各类冷作模具的特点 （一）冲裁模（一）冲裁模 它是带有刃口、工作时冲切、分离材料（主要是板材）而获它是带有刃口、工作时冲切、分离材料（主要是板材）而获得一定形状、尺寸工件的模具。包括落料模、冲孔模、切边模等。得一定形状、尺寸工件的模具。包括落料模、冲孔模、切边模等。它的硬度要求见表

27、它的硬度要求见表8-18-1。 1. 1. 工作条件工作条件 主要承受冲击力、剪切力。而模具的刃部（工作部位主要承受冲击力、剪切力。而模具的刃部（工作部位) )可可看成特殊的剪刀，承受冲击、剪切、弯曲和挤压（冲头），同看成特殊的剪刀，承受冲击、剪切、弯曲和挤压（冲头），同时，板料与刃口部位产生强烈的摩擦。时，板料与刃口部位产生强烈的摩擦。 2. 2. 失效形式失效形式 主要为磨损、崩刃失效。主要为磨损、崩刃失效。 3. 3. 性能要求性能要求 要求高的硬度、高的耐磨性，一定的韧性，较高的抗弯强要求高的硬度、高的耐磨性，一定的韧性，较高的抗弯强度和高的断裂抗力。度和高的断裂抗力。冲压常用设备：剪

28、床和冲床等。冲压常用设备：剪床和冲床等。 剪床为冲床备料，将板料切成条料；而冲压加工主要剪床为冲床备料，将板料切成条料；而冲压加工主要在各类冲床上进行。在各类冲床上进行。 对于薄板对于薄板 ( (板厚板厚1.5 mm)1.5 mm)，冲裁模以高耐磨性、高精度要，冲裁模以高耐磨性、高精度要求为主；求为主； 对于厚板对于厚板( (板厚板厚1.5mm)1.5mm)，除要求高耐磨性外，还应具有良，除要求高耐磨性外，还应具有良好的强韧性；好的强韧性； 另外，模具的功能不同，对性能要求也不同。另外，模具的功能不同，对性能要求也不同。 表表8-1 8-1 冲裁模的硬度要求冲裁模的硬度要求（HRC） 名称单式

29、、复式硅钢片冲模 级进式硅钢片冲模 薄钢板冲模厚钢板冲模切边模剪刀冲头5mm以下的小冲头凸模58-62 56-60 56-60 56-5850-55 54-58 52-56 54-58 凹模58-62 58-60 56-60 56-5850-55 （二）冷镦模（二）冷镦模 它是在冲击力作用下将棒料镦成一定形状和尺寸的产品的模它是在冲击力作用下将棒料镦成一定形状和尺寸的产品的模具。主要用于紧固件、滚动轴承、滚子、链条、汽车零件的成形。具。主要用于紧固件、滚动轴承、滚子、链条、汽车零件的成形。 1. 1. 工作条件工作条件 工作时，物料受强烈镦击，工作条件差。凸模承受巨大的冲工作时，物料受强烈镦击

30、，工作条件差。凸模承受巨大的冲击压应力，可超过击压应力，可超过2500 MPa2500 MPa，冲击频率很高。凹模的型腔表面和，冲击频率很高。凹模的型腔表面和凸模的工作表面还受到剧烈的冲击摩擦，温度可达凸模的工作表面还受到剧烈的冲击摩擦，温度可达300300。 2. 2. 失效形式失效形式 主要是模具发生镦粗、局部变形及破裂。主要是模具发生镦粗、局部变形及破裂。 3. 3. 性能要求性能要求 要求有足够的硬度，凸模（镦头）要求要求有足够的硬度，凸模（镦头）要求606062HRC,62HRC,凹模凹模585860HRC60HRC，并要求模具型面有适当的硬化深度（，并要求模具型面有适当的硬化深度（

31、1.5mm1.5mm）和）和硬度分布，心部有足够的强度和韧性。例如表层选取适当硬度硬度分布，心部有足够的强度和韧性。例如表层选取适当硬度和硬化层深度，既不能太高过深，否则易碎裂崩块，也不能硬和硬化层深度，既不能太高过深，否则易碎裂崩块，也不能硬度不足、深度过浅，否则容易磨损、变形、拉毛、粘模而使工度不足、深度过浅，否则容易磨损、变形、拉毛、粘模而使工件精度下降。件精度下降。 （三）冷挤压模三）冷挤压模 它是在常温下，在压力机上对金属以一定的速度和压力，它是在常温下，在压力机上对金属以一定的速度和压力，使金属发生塑性变形而成形产品的模具。使金属发生塑性变形而成形产品的模具。 1. 1. 工作条件

32、工作条件 冷挤压成形时，有强烈的三向压应力作用，金属发生剧烈的冷挤压成形时，有强烈的三向压应力作用，金属发生剧烈的流动，变形抗力大。模具承受巨大的挤压力，同时还有很大的摩流动，变形抗力大。模具承受巨大的挤压力，同时还有很大的摩擦力产生。当挤压有色金属时，挤压力达擦力产生。当挤压有色金属时，挤压力达1000 MPa1000 MPa以上；当挤压以上；当挤压钢材时，一般正挤压力达钢材时，一般正挤压力达2000-2500MPa2000-2500MPa，而反挤压力达，而反挤压力达3000-3000-3500MPa3500MPa。此外，模具还受到坯料塑性流动的剧烈摩擦，使模具表。此外，模具还受到坯料塑性流

33、动的剧烈摩擦，使模具表面局部温升可大于面局部温升可大于400400。凸模比凹模的工作条件更苛刻，如毛坯。凸模比凹模的工作条件更苛刻，如毛坯端面不平整，冲头与凹模不同心等，都会使冲头受到很大的弯曲端面不平整，冲头与凹模不同心等，都会使冲头受到很大的弯曲应力的作用。应力的作用。 2. 2. 失效形式失效形式 主要产生变形、磨损、冲头折断（因偏心弯曲）等失效。主要产生变形、磨损、冲头折断（因偏心弯曲）等失效。 3. 3. 性能要求性能要求 具有高的强韧性，良好的耐磨性。一般凸模硬度要求在具有高的强韧性，良好的耐磨性。一般凸模硬度要求在60-60-64HRC64HRC，凹模在，凹模在58-62HRC5

34、8-62HRC。另外由于冷挤压时产生较大的温升，所。另外由于冷挤压时产生较大的温升，所以还应具有一定的冷热疲劳抗力和热硬性。以还应具有一定的冷热疲劳抗力和热硬性。 （四）拉拔模及成形模四）拉拔模及成形模 它是将板材或棒材进行延伸或压迫，使之成为一定尺寸形状它是将板材或棒材进行延伸或压迫，使之成为一定尺寸形状的产品的模具。包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模等。的产品的模具。包括拉深模、胀形模、弯曲模和拔管模等。 1. 1. 工作条件工作条件 工作时物料受拉应力延伸变形。模具在工作时，凹模主要受工作时物料受拉应力延伸变形。模具在工作时，凹模主要受径向张力和摩擦力，凸模主要承受轴向压缩力及摩擦力，摩

35、擦力径向张力和摩擦力，凸模主要承受轴向压缩力及摩擦力，摩擦力十分强烈。总的来说，模具承受的力不算太大。十分强烈。总的来说，模具承受的力不算太大。 2. 2. 失效形式失效形式 模具应严重磨损而失效，因表面产生沟槽而报废，还产生模具应严重磨损而失效，因表面产生沟槽而报废，还产生咬合、擦伤、变形等失效。咬合、擦伤、变形等失效。 3. 3. 性能要求性能要求 对拉拔模，要求很高耐磨性，高的硬度（比成形模、冲裁对拉拔模，要求很高耐磨性，高的硬度（比成形模、冲裁模更高），一般凸模硬度要求为模更高），一般凸模硬度要求为58-62HRC58-62HRC，凹模硬度要求为，凹模硬度要求为62-62-64HRC6

36、4HRC，另外还要求具有良好的抗咬合性；对成形模的耐磨性要，另外还要求具有良好的抗咬合性；对成形模的耐磨性要求稍低，一般凸模硬度为求稍低，一般凸模硬度为54-58HRC54-58HRC，凹模硬度为，凹模硬度为56-60HRC56-60HRC，但，但要求较高的韧性。要求较高的韧性。 二、常用冷作模具材料及其性能特点二、常用冷作模具材料及其性能特点 按热处理性能分类：按热处理性能分类： ( (一一) ) 低淬透性冷作模具钢低淬透性冷作模具钢碳素工具钢和低合金工具钢碳素工具钢和低合金工具钢 1. 1. 碳素工具钢（以碳素工具钢（以T7AT7A钢、钢、T10AT10A钢、钢、T12AT12A钢为代表）

37、钢为代表） 表示方式：表示方式：T + T + 数字数字 T T表示表示“碳素工具钢碳素工具钢” ” ； 数字表示平均含碳量的千分之几数字表示平均含碳量的千分之几. . 如如T8T8其平均含碳量为千分之八其平均含碳量为千分之八(0.8%C)(0.8%C)。 * *说明说明: : 碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢碳素工具钢都是优质以上质量的。高级优质钢在钢号后加号后加“A”“A”，如，如T8AT8A。 特点：特点： 这类钢的含碳量在这类钢的含碳量在0.7%0.7%1.3%1.3%范围内，范围内，价格便宜、原材料来源方便；加工性良好；价格便宜、原材料来源方便；加工性良好；热处理后可得到

38、较高的硬度和一定的耐磨性，热处理后可得到较高的硬度和一定的耐磨性，用于制作尺寸不大、形状简单、受载较轻的用于制作尺寸不大、形状简单、受载较轻的模具。模具。 主要缺点是淬透性差，淬火温度范围主要缺点是淬透性差，淬火温度范围窄，对于厚大的模具就不能淬透，如模具截窄，对于厚大的模具就不能淬透，如模具截面尺寸面尺寸15 mm15 mm，采用快速水冷也只是模，采用快速水冷也只是模具表具表层得到高硬度，淬火变形大，易层得到高硬度，淬火变形大，易产生裂纹，与合金钢相比，模具产生裂纹，与合金钢相比，模具使用寿命低，因此，不适宜制作使用寿命低，因此，不适宜制作大中型和复杂的模具零件。大中型和复杂的模具零件。 丝

39、丝锥锥锉刀锉刀 应用范围应用范围 碳素工具钢只适宜制造尺寸较小、形状简单、精度要求不高、碳素工具钢只适宜制造尺寸较小、形状简单、精度要求不高、受载较轻、生产批量不大的冷作模具。受载较轻、生产批量不大的冷作模具。 T7A T7A钢适合制作易脆断的小型模具或承受冲击载荷较大的模钢适合制作易脆断的小型模具或承受冲击载荷较大的模具；具； T10A T10A钢适合制作要求耐磨性较高，而承受冲击载荷较小的模钢适合制作要求耐磨性较高，而承受冲击载荷较小的模具；具； T8A T8A钢适合制作小型拉拔模、拉深模、挤压模；钢适合制作小型拉拔模、拉深模、挤压模； T12AT12A钢只用于韧性要求不高，而硬度和耐磨性

40、高的切边模和钢只用于韧性要求不高，而硬度和耐磨性高的切边模和冲孔模等。冲孔模等。 2. 2. 低合金工具钢低合金工具钢 表示方式：含碳量表示方式：含碳量+ +合金元素符号合金元素符号+ +该元素百分含量该元素百分含量 当含碳量小于当含碳量小于1.00%1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.8MnSi. 当含碳量大于当含碳量大于1.00%1.00%时，不标含碳量。时，不标含碳量。 常用钢种：常用钢种：GCr15GCr15钢（滚动轴承钢）钢（滚动轴承钢） w（C）= 0.950.951.

41、05%1.05%， w （Cr）= 1.31.31.65%1.65%。 特点特点: : 热处理后可获得高硬度、高强度、良好的耐磨性和一定的热处理后可获得高硬度、高强度、良好的耐磨性和一定的韧性。与碳素工具钢相比，低合金工具钢韧性。与碳素工具钢相比，低合金工具钢的主要优点是淬透性较高，过热倾向小，的主要优点是淬透性较高，过热倾向小，淬火变形小，回火稳定性高，热处理质量淬火变形小，回火稳定性高，热处理质量稳定。稳定。 应用范围：应用范围： GCrl5 GCrl5钢综合性能优于碳素工具钢钢综合性能优于碳素工具钢, ,适适于制作形状复杂、精度要求较高的小尺寸于制作形状复杂、精度要求较高的小尺寸落料模、

42、冷挤压模、搓丝模和成形模等落料模、冷挤压模、搓丝模和成形模等. . （二）低变形冷作模具钢（二）低变形冷作模具钢 这类钢一般都有较高的含碳量，它是在碳素工具钢的基础上，这类钢一般都有较高的含碳量，它是在碳素工具钢的基础上，加入了适量的加入了适量的Cr、Mn、Si、W、V 、Mo等等合金元素合金元素 。 主要作用：提高淬透性；减小淬火变形、开裂；形成特殊碳主要作用：提高淬透性；减小淬火变形、开裂；形成特殊碳化物，细化晶粒；提高回火稳定性。化物，细化晶粒；提高回火稳定性。 这类钢的韧性、耐磨性、硬度都比碳素工具钢高，使用寿命这类钢的韧性、耐磨性、硬度都比碳素工具钢高，使用寿命也较碳素工具钢长。也较

43、碳素工具钢长。 CrWMn和和9Mn2V是常用钢种，广泛用来制作形状较复杂、是常用钢种，广泛用来制作形状较复杂、截面较大、承受负载较大、变形要求严格的中小型冷作模具。截面较大、承受负载较大、变形要求严格的中小型冷作模具。 （三）高耐磨微变形冷作模具钢（三）高耐磨微变形冷作模具钢 低变形冷作模具钢的性能虽然优于碳素工具钢，但其耐磨性、低变形冷作模具钢的性能虽然优于碳素工具钢，但其耐磨性、强韧性以及变形要求等仍不能满足形状复杂的重载冷作模具的要强韧性以及变形要求等仍不能满足形状复杂的重载冷作模具的要求，这时需采用性能更好的模具钢。求，这时需采用性能更好的模具钢。 高耐磨微变形冷作模具钢就是其中一类

44、。高耐磨微变形冷作模具钢就是其中一类。 典型钢种有：典型钢种有：Cr12型钢（型钢（Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1）和和Cr4W2MoV 。 这类钢的成分特点是高碳（这类钢的成分特点是高碳（w（C）= 1.4 2.3%），）， 高铬高铬（w（Cr）= 11 13%）。）。 合金元素作用：合金元素作用： Cr 提高淬透性；提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。 应用：应用： Cr12型钢是应用最广、使用量最大型钢是应用最广、使用量最大的冷作模具钢。的冷作模具钢。 Cr12钢脆性大、易断裂，只适用于制造冲击负荷小、耐磨性钢脆性大、易断裂，只适用于制造冲击

45、负荷小、耐磨性要求高的冲切薄钢板的冲裁模；要求高的冲切薄钢板的冲裁模； Cr12MoV和和Cr12Mo1V1钢的脆断倾向较小，钢的脆断倾向较小，综合性能也优于综合性能也优于Cr12钢，所以广泛用于制造大截钢，所以广泛用于制造大截面、形状复杂的重载冷作模具，如切边模、落料面、形状复杂的重载冷作模具，如切边模、落料 Cr12钢钢冷冲压件冷冲压件冷冲压件冷冲压件模、滚丝模等。模、滚丝模等。 Cr12Mo1V1钢较钢较Cr12MoV钢中钢中Mo、V含量高，因此强韧性含量高，因此强韧性较较Cr12MoV高，耐磨性也有所增加。一般情况下，高，耐磨性也有所增加。一般情况下， Cr12Mo1V1钢的模具寿命比

46、钢的模具寿命比 Cr12MoV钢的模具寿命提高。如用钢的模具寿命提高。如用Cr12Mo1V1钢制造的冲裁模、滚丝模均比钢制造的冲裁模、滚丝模均比Cr12MoV钢模具寿命提高钢模具寿命提高56倍。倍。 改进钢种：改进钢种：Cr4W2MoV钢钢 在用在用Cr12型钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢中的粗型钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢中的粗大碳化物导致钢的脆性大，使用中易开裂。而大碳化物导致钢的脆性大，使用中易开裂。而 Cr4W2MoV钢钢是是针对针对Cr12型钢的缺点研制的新钢种，型钢的缺点研制的新钢种，Cr含量比含量比Cr12型钢减少型钢减少23，属于高碳中铬钢。与，属于高碳中铬钢。与

47、Cr12型钢相比，碳化物颗粒细小，分布型钢相比，碳化物颗粒细小，分布均匀，具有较高的淬透性和淬硬性，耐磨性相当，淬火变形小，均匀，具有较高的淬透性和淬硬性，耐磨性相当，淬火变形小，尺寸稳定性好。尺寸稳定性好。 应用范围应用范围: Cr4W2MoV钢主要用来替代钢主要用来替代Cr12型钢制造各种冷冲模、高型钢制造各种冷冲模、高压力冷镦模、落料模、冷挤压凹模以及搓丝板等，并能提高模具压力冷镦模、落料模、冷挤压凹模以及搓丝板等，并能提高模具寿命。寿命。 （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：典型钢种：W18Cr4V（高速钢（高速钢) )、W6Mo5Cr4V2（高速钢）（

48、高速钢）。 特点：特点： w（C）= 0.70.9，合金元素总，合金元素总量大于量大于15。具有很高的硬度、抗压。具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性，其耐磨性和承载能力强度和耐磨性，其耐磨性和承载能力居各类冷作模具钢之首，居各类冷作模具钢之首，主要用于制主要用于制造要求重载荷、高寿命的冷作模具。但高速钢的热塑性差，不适造要求重载荷、高寿命的冷作模具。但高速钢的热塑性差，不适宜制造大型模具宜制造大型模具 。高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带高速钢形材高速钢形材 （五）高韧性冷作模具钢（五）高韧性冷作模具钢 传统高碳高铬钢、高速钢等韧性较低，制作的冷挤压模、冷传统高碳高铬钢、高速钢等韧性较低，制作的冷挤压

49、模、冷镦模、薄板冲模在使用中常常发生脆断。为提高上述冷作模具的镦模、薄板冲模在使用中常常发生脆断。为提高上述冷作模具的寿命，现已研制出各种高韧性冷作模具钢。主要包括降碳高速钢、寿命，现已研制出各种高韧性冷作模具钢。主要包括降碳高速钢、基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。基体钢、低合金高强度钢、马氏体时效钢等。 1. 6W6Mo5Cr4V(代号代号6W6)钢钢 主要性能特点主要性能特点: 又称降碳高速钢，相对高速钢又称降碳高速钢，相对高速钢W6Mo5Cr4V，降低了，降低了C含量含量和和V含量，碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善，使钢在含量，碳化物总量减少，碳化物不均匀性得到改善，使钢在

50、保持高硬度、耐磨性的同时，明显提高钢的抗弯强度、塑性和保持高硬度、耐磨性的同时，明显提高钢的抗弯强度、塑性和韧性。韧性。主要缺陷是易产生脱碳，耐磨性稍差主要缺陷是易产生脱碳，耐磨性稍差。 应用范围：应用范围： 主要取代高速钢或主要取代高速钢或Cr12型钢制作易于脆断或开裂的冷挤压型钢制作易于脆断或开裂的冷挤压凸模或冷镦模，寿命可提高凸模或冷镦模，寿命可提高210倍，而用于尺寸较大的圆钢下倍，而用于尺寸较大的圆钢下料剪刀，模具寿命可提高数十倍。料剪刀，模具寿命可提高数十倍。 2. 2. 基体钢基体钢 基体钢是指成分与高速钢正常淬火后的基体组织（基体钢是指成分与高速钢正常淬火后的基体组织（M）成分

51、）成分大致相同、而性能有所改善的一类钢。大致相同、而性能有所改善的一类钢。 与高速钢相比，基体钢的过剩碳化物数量少，颗粒细小，分与高速钢相比，基体钢的过剩碳化物数量少，颗粒细小，分布均匀，在保证一定耐磨性和热硬性的条件下，可显著改善钢的布均匀，在保证一定耐磨性和热硬性的条件下，可显著改善钢的韧性和抗弯强度，不仅适用于冷作模具，也可用于热作模具。韧性和抗弯强度，不仅适用于冷作模具，也可用于热作模具。 下面主要介绍三种已经研制成功并在推广应用的基体钢。下面主要介绍三种已经研制成功并在推广应用的基体钢。 （1） 65Cr4W3Mo2VNb钢（代号钢（代号65Nb） 成分上成分上w （Nb）0.2%0

52、.3%，可细化晶粒、阻止晶粒长大。，可细化晶粒、阻止晶粒长大。 w（C）0.6% 0.7%，增加了少量的一次碳化物，提高了耐磨性，增加了少量的一次碳化物，提高了耐磨性，并有高的强度、一定的韧性。并有高的强度、一定的韧性。适宜于制造形状复杂、大型或塑性适宜于制造形状复杂、大型或塑性变形抗力大的金属冷挤压模以及受冲击负荷较大的冷镦模。变形抗力大的金属冷挤压模以及受冲击负荷较大的冷镦模。 （2） 7Cr7Mo3V2Si钢（代号钢（代号LD） 它在成分上已超出基体钢范围，碳化物的含量大于它在成分上已超出基体钢范围，碳化物的含量大于10%。在。在高速钢基础上保持含碳量不变，去掉高速钢基础上保持含碳量不变

53、，去掉W，增加，增加Cr和和V的含量，从的含量，从而提高了强韧性，并有高耐磨性。和其他模具钢相比，而提高了强韧性，并有高耐磨性。和其他模具钢相比，LD钢有更钢有更好的综合性能，因而适用于制造高强韧性冷作模具。好的综合性能，因而适用于制造高强韧性冷作模具。 如用如用LD钢制造轴承滚子冷镦模、标准件冷镦凸模等，其寿命钢制造轴承滚子冷镦模、标准件冷镦凸模等，其寿命比用高铬钢和高速钢提高几倍到几十倍。比用高铬钢和高速钢提高几倍到几十倍。 （3） 5Cr4Mo3SiMnVAl 钢（代号钢（代号012Al） 主要性能特点：主要性能特点： 是冷热模具兼用的基体钢，是冷热模具兼用的基体钢，w（C） 0.47%

54、0.57%，在三种，在三种基体钢中最低；提高了合金元素含量，从而提高了钢的热疲劳性。基体钢中最低；提高了合金元素含量，从而提高了钢的热疲劳性。加入加入Si可提高强度，加入可提高强度，加入Al可细化晶粒，提高韧性。可细化晶粒，提高韧性。 应用范围：应用范围： 5Cr4Mo3SiMnVAl 钢综合性能好，强韧性高，通用性好，钢综合性能好，强韧性高，通用性好，作为冷作模具钢，主要代替作为冷作模具钢，主要代替Cr12MoV钢制造受强烈冲击的模钢制造受强烈冲击的模具，特别是标准件生产所用的冷镦模。具，特别是标准件生产所用的冷镦模。 3. 7CrNiSiMnMoV钢钢 (代号代号GD) 基体钢虽然具有高强

55、韧性和较好的耐磨性，但合金元素含量基体钢虽然具有高强韧性和较好的耐磨性，但合金元素含量1010，成本较高；淬火温度区间较窄，一般不能用箱式电阻炉，成本较高；淬火温度区间较窄，一般不能用箱式电阻炉加热淬火，限制了该类钢在中小企业的推广使用。加热淬火，限制了该类钢在中小企业的推广使用。GDGD钢是针对钢是针对基体钢的上述缺陷而研制的新钢种。基体钢的上述缺陷而研制的新钢种。 主要性能特点主要性能特点：.属高强韧性低合金冷作模具钢，成分与属高强韧性低合金冷作模具钢，成分与CrWMn 钢相比，钢相比，C含量含量降低、增加了降低、增加了Ni、Si，合金元素含量，合金元素含量4左右。该钢碳化物偏析左右。该钢

56、碳化物偏析小，分布均匀，主要力学性能显著优于小，分布均匀，主要力学性能显著优于CrWMn和和Cr12MoV钢，钢，耐磨性略低于耐磨性略低于Cr12MoV，优于，优于CrWMn。 应用范围：应用范围： 可代替可代替CrWMn、GCr15、9Mn2V、6CrW2Si 、9SiCr、 Cr12等钢制做易崩刃、断裂的冷作模具，如冷挤、冷弯、冷镦等钢制做易崩刃、断裂的冷作模具，如冷挤、冷弯、冷镦模，精密塑料模，温挤压模等，尤其适用于制造各种异形、细模，精密塑料模，温挤压模等，尤其适用于制造各种异形、细长薄板冷冲凸模、形状复杂的大型薄壁凸凹模等，与上述传统模长薄板冷冲凸模、形状复杂的大型薄壁凸凹模等，与上

57、述传统模具钢相比，寿命提高几倍到几十倍。具钢相比，寿命提高几倍到几十倍。 4. 7CrSiMnMoV钢（代号钢（代号CH-1） 是一种火焰淬火钢，属低合金空淬微变形钢。是一种火焰淬火钢，属低合金空淬微变形钢。 主要性能特点：主要性能特点： w（C） 0.65%-0.75%，淬火温度宽（，淬火温度宽（82010000c），），性能与性能与GD钢接近，具有高的强韧性，火焰加热后空冷可获得钢接近，具有高的强韧性，火焰加热后空冷可获得60HRC以上的硬度，耐磨性优于以上的硬度，耐磨性优于T10A和和CrWMn钢，碳化物偏钢，碳化物偏析小，变形抗力小，可焊性较好，能满足冲模的焊接修补要求。析小，变形抗力

58、小，可焊性较好，能满足冲模的焊接修补要求。 应用范围：应用范围： 可取代可取代T10A、9Mn2V、Cr12MoV等冷作模具钢。等冷作模具钢。 如制如制造薄造薄板冲孔模、整形模、切边模、弯曲模、拉深模、冷镦模等板冲孔模、整形模、切边模、弯曲模、拉深模、冷镦模等不易发生开裂、崩刃，模具寿命可提高不易发生开裂、崩刃，模具寿命可提高34倍。倍。 该钢可以火焰淬火，特别适合制作多孔位、形状复杂的大该钢可以火焰淬火，特别适合制作多孔位、形状复杂的大型冷作模具，不仅精度高，而且制造工艺简单，制造成本低。型冷作模具，不仅精度高，而且制造工艺简单，制造成本低。 （六）高耐磨、高韧性冷作模具钢（六）高耐磨、高韧

59、性冷作模具钢 高强韧性钢虽克服了高强韧性钢虽克服了Cr12型钢、高速钢的脆断倾向，但含碳型钢、高速钢的脆断倾向，但含碳量少，耐磨性不足。高耐磨、高韧性冷作模具钢克服上述缺点，量少，耐磨性不足。高耐磨、高韧性冷作模具钢克服上述缺点，典型钢种有典型钢种有9Cr6W3Mo2V2（GM）和和Cr8MoWV3Si（ER5）。）。 1. 9Cr6W3Mo2V2钢（代号钢（代号GM） 主要性能特点：主要性能特点： w（C） 0.86%0.96%，含有多种碳化物形成元素，合金元，含有多种碳化物形成元素，合金元素配比合理，未溶碳化物细小、弥散，加工性能良好，二次硬化素配比合理，未溶碳化物细小、弥散，加工性能良好

60、，二次硬化能力强，耐磨性、韧性明显高于能力强，耐磨性、韧性明显高于Cr12型钢，有最佳耐磨性和强韧型钢，有最佳耐磨性和强韧性的配合。性的配合。 应用范围：应用范围： 在高速冲床多工位级进模、滚丝模、切边模、拉深模等方面在高速冲床多工位级进模、滚丝模、切边模、拉深模等方面应用效果较好，模具寿命比应用效果较好，模具寿命比65Nb钢钢和和Crl2MoV钢提高钢提高26倍以倍以上。在标准件、电器仪表和电机行业也有广泛应用前景。上。在标准件、电器仪表和电机行业也有广泛应用前景。 2. Cr8MoWV3Si钢（钢（ER5） 主要性能特点：主要性能特点： 与基体钢相比，与基体钢相比， w（C） （0.95%

61、1.1%）和碳化物元素含）和碳化物元素含量增加，但碳化物数量少，颗粒细小，分布均匀，强度、韧性、量增加，但碳化物数量少，颗粒细小，分布均匀，强度、韧性、耐磨性等性能均优于耐磨性等性能均优于Cr12MoV钢。钢。 应用范围：应用范围： ER5钢在锻造、热处理、机加工、电加工等方面无特殊要求，钢在锻造、热处理、机加工、电加工等方面无特殊要求，材料成本适中，韧性高、耐磨性好，所以适宜于制作大型、重载材料成本适中，韧性高、耐磨性好，所以适宜于制作大型、重载冷镦模、精密冲模等。冷镦模、精密冲模等。 例如：用例如：用ER5钢制造的电机硅钢片冲模，模具总寿命达钢制造的电机硅钢片冲模，模具总寿命达360万次，

62、一次刃磨寿命为万次，一次刃磨寿命为21万次，是国内硅钢片冲模最高寿命水平。万次，是国内硅钢片冲模最高寿命水平。制造大尺寸轴承滚子冷镦模寿命达制造大尺寸轴承滚子冷镦模寿命达1万次以上，超过从日本进口万次以上，超过从日本进口模具的保证寿命模具的保证寿命5000次。次。 三、三、 特殊用途冷作模具材料特殊用途冷作模具材料 （一）（一） 特殊要求冷作模具钢特殊要求冷作模具钢 主要有两类：主要有两类： （1）耐蚀冷作模具钢：）耐蚀冷作模具钢：9Crl8、Cr18Mo、Cr14Mo、Cr14Mo4; （2）无磁模具钢：）无磁模具钢： 1Crl8Ni9Ti 、7Mnl5Cr2A13V2WMo 、5Cr21M

63、n9Ni4W。 1. 9Cr18 耐蚀冷作模具钢耐蚀冷作模具钢 成分特点是高碳、高铬。淬火后，马氏体中含成分特点是高碳、高铬。淬火后，马氏体中含Cr高达高达12左左右，既具有高的硬度和耐磨性，又具有良好的耐蚀性能，主要用右，既具有高的硬度和耐磨性，又具有良好的耐蚀性能，主要用来制造耐蚀塑料模具。来制造耐蚀塑料模具。 2. 7Mn15Cr2Al3V2WMo无磁模具钢无磁模具钢 含锰量高，在使用状态下呈稳定的奥氏体组织，导磁系数非含锰量高，在使用状态下呈稳定的奥氏体组织，导磁系数非常低，在磁场中不被磁化。固溶淬火时效处理后，有较高的强度、常低，在磁场中不被磁化。固溶淬火时效处理后，有较高的强度、硬

64、度和耐磨性。硬度和耐磨性。 应用范围：应用范围： 主要用于磁性材料的成形，以及无磁轴承和其他在强磁场中主要用于磁性材料的成形，以及无磁轴承和其他在强磁场中不产生磁感应的结构零件成形。该钢还具有较高的高温强度和硬不产生磁感应的结构零件成形。该钢还具有较高的高温强度和硬度，所以也可以用来制造在度，所以也可以用来制造在700-800下工作的热作模具。下工作的热作模具。 （二）硬质合金及钢结硬质合金材料（二）硬质合金及钢结硬质合金材料 1. 硬质合金硬质合金 硬质合金硬质合金是将高熔点、高硬度的金属碳化物粉末是将高熔点、高硬度的金属碳化物粉末 (如如WC、TiC等等) )和粘结剂和粘结剂(Co、Ni等

65、等)混合加压成形，再经烧结而成的一种混合加压成形，再经烧结而成的一种粉末冶金材料。粉末冶金材料。 常用硬质合金有三种：常用硬质合金有三种： （1）钨钴类钨钴类（YG）硬质合金：由硬质合金：由WC与与Co粉末烧结而制成粉末烧结而制成的，的， YG后的数字表明钴的含量。例如后的数字表明钴的含量。例如YG6表示含钴量为表示含钴量为6%，而，而其余为其余为WC的硬质合金。含钴量越高，韧性越好，但硬度及耐磨的硬质合金。含钴量越高，韧性越好，但硬度及耐磨性稍有降低。性稍有降低。 （2） 钨钛钴类（钨钛钴类（YT）硬质合金：由）硬质合金：由WC、 TiC和和Co粉末粉末烧结而成的。烧结而成的。YT后的数字表

66、示后的数字表示TiC的含量。的含量。 （3）钨钴钽类（）钨钴钽类（YW）硬质合金）硬质合金:由由WC、 TiC、与、与TaC三种三种粉末与粉末与Co粘结剂烧结而制成的。粘结剂烧结而制成的。 YG硬质合金的韧性较好，而硬质合金的韧性较好，而YT硬质合金的热硬性高，且硬质合金的热硬性高，且不粘结，不粘结，YW硬质合金的性能较全面，兼有两者的优点，适用硬质合金的性能较全面，兼有两者的优点，适用多种用途，又称万能硬质合金。多种用途，又称万能硬质合金。 用于制造模具的主要是钨钴类硬质合金。其化学成分及力用于制造模具的主要是钨钴类硬质合金。其化学成分及力学性能见表学性能见表223。 硬质合金的特点是：具有

67、高硬度、高抗压强度和高耐磨性，硬质合金的特点是：具有高硬度、高抗压强度和高耐磨性，但脆性大，不能进行锻造及热处理。主要用来制造不受冲击和冲但脆性大，不能进行锻造及热处理。主要用来制造不受冲击和冲击载荷较小的拉丝模、冷挤压模等。硬质合金用来制造这些特定击载荷较小的拉丝模、冷挤压模等。硬质合金用来制造这些特定模具，其寿命可高于工具钢模具，其寿命可高于工具钢10倍以上。倍以上。 2. 钢结硬质合金钢结硬质合金 钢结硬质合金是以碳化物（钢结硬质合金是以碳化物（WC、TiC）等为硬质相，以钢为）等为硬质相，以钢为粘结剂粘结剂 ，用粉末冶金方法制成的材料。它具有硬质合金的高硬度、，用粉末冶金方法制成的材料

68、。它具有硬质合金的高硬度、高耐磨性、高抗压性，又具有钢的高韧性、且可以进行冷热加工高耐磨性、高抗压性，又具有钢的高韧性、且可以进行冷热加工和热处理，是一种性能介于高速钢和硬质合金之间的模具材料。和热处理，是一种性能介于高速钢和硬质合金之间的模具材料。钢结硬质合金已在冷冲模、冷挤压模、整形模、冷镦模及一些热钢结硬质合金已在冷冲模、冷挤压模、整形模、冷镦模及一些热作模具上得到较广泛的应用。作模具上得到较广泛的应用。 第一代钢结硬质合金有两个牌号供应市场，分别是第一代钢结硬质合金有两个牌号供应市场，分别是GT35（碳（碳化钛系）和化钛系）和TLMW50（碳化钨系）。（碳化钨系）。 第二代钢结硬质合金

69、是我国研制成功的，硬质相为第二代钢结硬质合金是我国研制成功的，硬质相为WC，简，简称为称为DT合金。合金。 主要性能特点：主要性能特点： DT合金硬质相颗粒细小均匀，弥散分布，保持了合金硬质相颗粒细小均匀，弥散分布，保持了GT35、 TLMW50合金的高硬度、高耐磨性，又较大幅度地提高了强度合金的高硬度、高耐磨性，又较大幅度地提高了强度和韧性，可以承受较大负荷的冲击，同时还具有较好的抗热裂和韧性，可以承受较大负荷的冲击，同时还具有较好的抗热裂力，不易出现崩刃、碎裂等，力，不易出现崩刃、碎裂等，DT合金在退火软化后，具有较合金在退火软化后，具有较好的切削加工性，是较理想的工模具材料之一。好的切削

70、加工性，是较理想的工模具材料之一。 几种材料性能对比见下表。几种材料性能对比见下表。 （2）应用范围：应用范围： DT合金制造模具时，一般采用组合联接方法。在模具的工作合金制造模具时，一般采用组合联接方法。在模具的工作部位镶装或连接部位镶装或连接DT合金，其余部位采用一般钢材。常用的组合连合金，其余部位采用一般钢材。常用的组合连接方法有镶套、焊接、粘接和机械连接等。接方法有镶套、焊接、粘接和机械连接等。 DT合金性能优越，多用于制造冷镦模、冷挤压模、冲裁模、合金性能优越，多用于制造冷镦模、冷挤压模、冲裁模、拉深模等，使用效果良好。例：制造定转子冲裁模、落料模，拉深模等，使用效果良好。例：制造定

71、转子冲裁模、落料模，DT合金比合金比W18Cr4V钢、钢、Crl2MoV钢模具使用寿命至少提高钢模具使用寿命至少提高630倍；制造五金行业的冷镦模、拉深模，倍；制造五金行业的冷镦模、拉深模，DT合金比合金比Cr12钢模具钢模具寿命提高寿命提高1032倍，使成本大幅降低。但倍，使成本大幅降低。但DT合金价格比合金合金价格比合金钢贵几倍钢贵几倍,在小批量生产时经济效益不明显。在小批量生产时经济效益不明显。 四、四、 冷作模具的选材及热处理冷作模具的选材及热处理 冷作模具合理选材，冷作模具合理选材，首先要满足模具的使用性能，同时兼顾首先要满足模具的使用性能，同时兼顾材料的加工工艺性和经济性；其次要综

72、合考虑模具结构，工作条材料的加工工艺性和经济性；其次要综合考虑模具结构，工作条件，制品的形状、尺寸，材质性质，加工精度，生产批量等方面件，制品的形状、尺寸，材质性质，加工精度，生产批量等方面对模具的影响。模具材料选定后，必须进行正确的热处理，才能对模具的影响。模具材料选定后，必须进行正确的热处理，才能保证模具的使用性能和寿命。保证模具的使用性能和寿命。 ( (一一) ) 冲裁模的选材及热处理冲裁模的选材及热处理 1. 1. 薄板冲裁模薄板冲裁模（薄板厚度（薄板厚度1.5 mm） （1 1）主要失效形式是磨损。）主要失效形式是磨损。 （2）选材依据：制品批量、尺寸大小和复杂程度。）选材依据：制品

73、批量、尺寸大小和复杂程度。 小批量（小批量（103件）、尺寸较小、形状简单的冲裁模，选件）、尺寸较小、形状简单的冲裁模，选T8A钢或钢或T10A钢。钢。 中小批量（中小批量（103105件）、尺寸较大、形状较复杂的冲裁模，件）、尺寸较大、形状较复杂的冲裁模，选用选用 9Mn2V、9CrWMn、CrWMn、GCr15等钢种等钢种. 大批量（大批量（106件）、尺寸较大、形状复杂的模具，选用件）、尺寸较大、形状复杂的模具，选用GM 、Cr12MoV、Cr12Mo1V1、Cr4W2MoV、ER5钢等钢等. 对负荷大、易磨损小冲头，选用对负荷大、易磨损小冲头，选用W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V、

74、GD、GM钢等钢等. 对于特大生产批量，可选用对于特大生产批量，可选用GM、ER5、YG15、YG20、DT等。等。 2. 厚板冲裁模厚板冲裁模 厚板冲裁模承受的负荷大，刃口易磨损，凸模易崩刃、折断。厚板冲裁模承受的负荷大，刃口易磨损，凸模易崩刃、折断。选材时主要考虑材料的强韧性和高耐磨性。选材时主要考虑材料的强韧性和高耐磨性。 对小批量生产，选对小批量生产，选T8A、9SiCr、5CrW2Si等钢种；等钢种； 对大批量生产，选用对大批量生产，选用W18Cr4V钢、钢、W6Mo5Cr4V2钢制作凸钢制作凸模，用模，用Cr12MoV或或Cr12Mo1V1钢制作凹模。钢制作凹模。 上述传统钢种的耐

75、磨性不够，韧性差，所以模具的寿命不高。上述传统钢种的耐磨性不够，韧性差，所以模具的寿命不高。为提高厚板冲裁模的使用寿命，可选用新型模具钢，如为提高厚板冲裁模的使用寿命，可选用新型模具钢，如LD、 GD、 65Nb、012Al、CH-1等钢种；模具寿命提高效果显著，见下表示等钢种；模具寿命提高效果显著，见下表示例。例。 3. 冲裁模的热处理冲裁模的热处理 大多数冲裁模的热处理工艺为淬火回火，硬度为大多数冲裁模的热处理工艺为淬火回火，硬度为60HRC左左右，这样的硬度使模具具有高寿命而不磨损是不够的。为了提高右，这样的硬度使模具具有高寿命而不磨损是不够的。为了提高冲裁模的耐磨性和使用寿命，常进行表

76、面强化处理，主要的表面冲裁模的耐磨性和使用寿命，常进行表面强化处理，主要的表面强化处理工艺有：氮碳共渗、渗硼、强化处理工艺有：氮碳共渗、渗硼、TD法渗钒、渗铌、化学气相法渗钒、渗铌、化学气相沉积（沉积（CVD）、化学镀磷镍、电火花强化等。）、化学镀磷镍、电火花强化等。 （二）（二） 冷镦模的选材及热处理冷镦模的选材及热处理 根据受载情况，冷镦模可分为轻载冷镦模和重载冷镦模。根据受载情况，冷镦模可分为轻载冷镦模和重载冷镦模。 1. 轻载冷镦模轻载冷镦模 主要用于生产形状简单、变形量小、变形速度低的冷镦件。主要用于生产形状简单、变形量小、变形速度低的冷镦件。多选用多选用T10A、60Si2Mn、G

77、Crl5、9SiCr和和Cr12MoV等钢种。等钢种。 T10A钢：强韧性、耐磨性均不高，只适合制造钢：强韧性、耐磨性均不高，只适合制造20mm 以下，形状简单、受载轻、寿命要求不高的凸模和凹模。以下，形状简单、受载轻、寿命要求不高的凸模和凹模。 60Si2Mn：韧性较好，但耐磨性不高，只适合制造轻载、：韧性较好，但耐磨性不高，只适合制造轻载、寿命要求不高的冷镦凸模。寿命要求不高的冷镦凸模。 9SiCr：属低合金工具钢，耐磨性、强韧性都高于：属低合金工具钢，耐磨性、强韧性都高于T10A，常用来制作截面较厚，形状较复杂的冷镦模具；标准件行业常用常用来制作截面较厚，形状较复杂的冷镦模具；标准件行业

78、常用该钢制作冷镦凸模。该钢制作冷镦凸模。 2. 重载冷镦模重载冷镦模 用于生产变形量较大、形状复杂的冷镦件，按生产批量的大用于生产变形量较大、形状复杂的冷镦件，按生产批量的大小，可作如下选择：小，可作如下选择： 中小批（中小批（375mm的大型（锤吨位的大型（锤吨位3t）锤锻模。）锤锻模。 （2）热处理工艺）热处理工艺 锻造锻造退火（完全退火或等温退火）退火（完全退火或等温退火）淬火淬火回火回火 淬火预热温度：淬火预热温度：600650，加热温度：，加热温度：830860 、油淬（油温为油淬（油温为20 60） ； 回火温度根据模具尺寸和部位确定（回火温度根据模具尺寸和部位确定（500660）

79、；）； 锻模燕尾部分回火温度较其它部位高锻模燕尾部分回火温度较其它部位高100左右，保证左右，保证燕尾部分的韧性、降低燕尾开裂失效）。燕尾部分的韧性、降低燕尾开裂失效）。 2. 5CrMnMo钢钢 （1）主要性能特点及应用主要性能特点及应用（和和5CrNiMo钢相比）钢相比） 强度、硬度相当，但冲击韧性稍差；强度、硬度相当，但冲击韧性稍差； 淬透性、耐热疲劳性稍差；淬透性、耐热疲劳性稍差； 热处理过热倾向较大；热处理过热倾向较大； 适用于制造要求具有较高强度和高耐磨性的各种类型（边长适用于制造要求具有较高强度和高耐磨性的各种类型（边长400mm）的中、小型（锤吨位的中、小型（锤吨位 3t）锤锻

80、模。锤锻模。 （2）热加工工艺）热加工工艺 锻造锻造等温退火等温退火淬火淬火回火回火 等温退火加热温度：等温退火加热温度：850870，等温温度，等温温度680 。；。； 淬火加热温度为淬火加热温度为820850，油淬，冷却到，油淬，冷却到150180 左右出油立即回火；左右出油立即回火； 为减少变形，防止开裂，淬火时最好延时冷却，可空冷到为减少变形，防止开裂，淬火时最好延时冷却，可空冷到740780入油；入油； 回火温度根据模具尺寸和部位确定（回火温度根据模具尺寸和部位确定（500660）；）； 锻模燕尾部分回火温度较其它部位高锻模燕尾部分回火温度较其它部位高100左右，保证燕左右，保证燕尾

81、部分的韧性、降低燕尾开裂失效。尾部分的韧性、降低燕尾开裂失效。 3. 4CrMnSiMoV钢钢 （1）主要性能特点及应用）主要性能特点及应用 具有较高的强度、耐磨性和冲击韧性；具有较高的强度、耐磨性和冲击韧性； 高温性能、热疲劳抗力和淬透性均优于高温性能、热疲劳抗力和淬透性均优于5CrNiMo钢钢。 适用于大、中型锤锻模，用于中、小型适用于大、中型锤锻模，用于中、小型锤锻模，模具锤锻模，模具寿命一寿命一般比般比5CrNiMo钢模具钢模具高。高。 （2）热处理工艺）热处理工艺 锻造锻造等温退火等温退火淬火淬火回火回火 等温退火：加热温度为等温退火：加热温度为870890 ，等温温度为，等温温度为

82、720740； 大型锤锻模淬火温度大型锤锻模淬火温度900930、油淬；、油淬； 中、小型锤锻模淬火温度中、小型锤锻模淬火温度870900、油淬；、油淬； 大型锤锻模回火温度为大型锤锻模回火温度为620660，回火硬度为，回火硬度为3842HRC； 中型锤锻模回火温度为中型锤锻模回火温度为610630，回火硬度为，回火硬度为4144HRC； 小型锤锻模回火温度为小型锤锻模回火温度为470610，回火硬度为，回火硬度为4449HRC。 4. 5Cr2NiMoVSi和和45Cr2NiMoVSi钢钢 （1）主要性能特点及应用（与）主要性能特点及应用（与5CrNiMo钢相比）钢相比） 高温强度提高了高

83、温强度提高了64，热稳定性提高，热稳定性提高(温度提高了温度提高了150170 )，500X 500mm截面的锻模，其心部硬度较截面的锻模，其心部硬度较5CrNiMo钢高钢高13HRC，使用寿命提高，使用寿命提高1倍。倍。 ； 5Cr2NiMoVSi钢主要用于制造各类压力机锻模和钢主要用于制造各类压力机锻模和3t以以上锤锻模；上锤锻模； 45Cr2NiMoVSi钢适合制造各类锤锻模，特别是钢适合制造各类锤锻模，特别是10t以以下的大截面锤锻模具。下的大截面锤锻模具。 （2）热处理工艺）热处理工艺 锻造锻造退火退火淬火淬火回火回火 等温退火：等温退火：800720等温；等温； 完全退火：完全退火

84、：850870，缓冷至，缓冷至500出炉空冷；出炉空冷； 5Cr2NiMoVSi钢（大截面锤锻模），淬火温度为钢（大截面锤锻模），淬火温度为960980，回火温度为回火温度为600680； 45Cr2NiMoVSi钢（钢（大截面锤锻模）大截面锤锻模），淬火温度为，淬火温度为960980，型腔回火温度为，型腔回火温度为630670； 燕尾回火温度：燕尾回火温度：680700。 （二）热挤压模具钢（二）热挤压模具钢 主要有钨系、铬系、铬钼系热作模具钢及基体钢。主要有钨系、铬系、铬钼系热作模具钢及基体钢。 1. 钨系钨系 代表钢种代表钢种 3Cr2W8V，耐热疲劳性较差，在压铸模中的应用耐热疲劳性较

85、差，在压铸模中的应用较多。较多。 2. 铬系铬系 代表钢种：代表钢种： 4Cr5MoSiV（H11）、）、 4Cr5W2VSi（H12）、）、 4Cr5MoSiV1（H13），），属于中碳中铬钢。属于中碳中铬钢。 （1）主要性能特点及应用）主要性能特点及应用 淬透性好（属空冷硬化钢，厚度为淬透性好（属空冷硬化钢，厚度为150mm的的钢件在油中钢件在油中可淬透）；可淬透）； 冲击韧度和断裂韧度较高；冲击韧度和断裂韧度较高； 良好的耐热疲劳性能和抗氧化性，能适应急冷急热的工良好的耐热疲劳性能和抗氧化性，能适应急冷急热的工作条件。作条件。 与与5CrNiMo5CrNiMo钢相比，有更高的硬度、热硬性

86、和耐磨性。钢相比，有更高的硬度、热硬性和耐磨性。 与钨系热作模具钢相比，冲击韧度高，但高温强度低，与钨系热作模具钢相比，冲击韧度高，但高温强度低，耐热性稍差。耐热性稍差。 这类钢的工作温度一般不超过这类钢的工作温度一般不超过600600。广泛用于铝型材挤。广泛用于铝型材挤压模具；汽车、拖拉机、五金工具等行业机锻模具、辊锻模具；压模具；汽车、拖拉机、五金工具等行业机锻模具、辊锻模具；轴承行业挤压模及辗压辊；压铸模等。轴承行业挤压模及辗压辊；压铸模等。 （2）热处理工艺）热处理工艺 锻造锻造等温退火（加热到等温退火（加热到860890，700720等等温），缓冷至温），缓冷至500出炉出炉淬火（淬

87、火（10001050、油冷）、油冷） 540600回火（回火温度根据硬度要求确定）。回火（回火温度根据硬度要求确定）。铬系热作模具钢一般热处理过程铬系热作模具钢一般热处理过程 3. 铬钼系及钨钼系钢铬钼系及钨钼系钢 包括包括4Cr3Mo3SiV（H10）、）、4Cr3Mo2NiVNbB（HD）、）、 Cr3Mo3W4VNb（GR）3Cr3Mo3W2V（HM1）、）、25Cr3Mo3VNb（HM3）。）。 （1） 25Cr3Mo3VNb钢（钢（HM3） 1）主要性能特点及应用）主要性能特点及应用 含碳量较低；加入少量的铌，具有较高的耐热疲劳性、热强含碳量较低；加入少量的铌，具有较高的耐热疲劳性、

88、热强性和回火稳定性。适用于制造性和回火稳定性。适用于制造热锻成形凹模、连杆辊锻模、小型热锻成形凹模、连杆辊锻模、小型机锻模、铝合金压铸模等。工作寿命比机锻模、铝合金压铸模等。工作寿命比5CrNiMo、4Cr5W2VSi、3Cr2W8V 钢等模具提高钢等模具提高210倍。倍。 2）热处理工艺）热处理工艺 锻造（锻后缓冷）锻造（锻后缓冷）等温退火（加热温度等温退火（加热温度860、等温温度、等温温度710，炉冷至，炉冷至550出炉空冷）出炉空冷）淬火（加热温度淬火（加热温度1080，油冷，油冷或水冷）或水冷）回火（回火温度根据模具硬度要求在回火（回火温度根据模具硬度要求在560630范围范围选择，

89、需回火二次）。选择，需回火二次）。 （2） 4Cr3Mo2NiVNbB钢（钢（HD）新钢种新钢种 1）主要性能特点及应用主要性能特点及应用 综合了综合了3Cr2W8V和和H13钢钢的优点。其高温强度、回火稳定性、的优点。其高温强度、回火稳定性、断裂韧性、耐热疲劳性和耐磨性均优于断裂韧性、耐热疲劳性和耐磨性均优于3Cr2W8V ；而耐热性优于；而耐热性优于H13钢，可在钢，可在700下工作。下工作。主要替代主要替代3Cr2W8V钢制造承受冲击载荷及高温工作的热挤压模，钢制造承受冲击载荷及高温工作的热挤压模，模具寿命可提高模具寿命可提高1倍。倍。 2）热处理工艺）热处理工艺 锻造锻造退火（加热温度

90、退火（加热温度850、保温、保温4h，随炉缓冷到，随炉缓冷到550 出出炉空冷）炉空冷）淬火（加热温度淬火（加热温度1130 、油淬）、油淬）回火（回火温度根回火（回火温度根据硬度要求可在据硬度要求可在650700 范围选择，回火二次）。范围选择，回火二次）。 （3）3Cr3Mo3W2V钢（钢（HM1）：）： 1）主要性能特点及应用）主要性能特点及应用 冲击韧度及断裂韧度与冲击韧度及断裂韧度与3Cr2W8V钢相近，但回火抗力比钢相近，但回火抗力比3Cr2W8V钢高，在保持高强度和热稳定性的同时，耐冷热疲劳性钢高，在保持高强度和热稳定性的同时，耐冷热疲劳性能比能比3Cr2W8V钢高得多。钢高得多

91、。HM1钢是目前国内研制的高强韧热钢是目前国内研制的高强韧热模钢中应用广泛，寿命长的新钢种。适于制造高温高负荷、急模钢中应用广泛，寿命长的新钢种。适于制造高温高负荷、急热急冷水冷条件下工作的压力机和轴承环热锻凹模，高强度和热急冷水冷条件下工作的压力机和轴承环热锻凹模，高强度和高热强钢零件的精锻模，热挤压模，铝和铜合金的压铸模等，高热强钢零件的精锻模，热挤压模，铝和铜合金的压铸模等，使用寿命可比使用寿命可比3Cr2W8V、5CrNiMoV钢制模具提高钢制模具提高14倍。倍。 2） 热处理工艺热处理工艺 锻造（锻后缓冷）锻造（锻后缓冷）等温退火（加热温度为等温退火（加热温度为870，等温，等温温度

92、温度730，随炉缓冷到，随炉缓冷到550 出炉空冷，硬度为出炉空冷，硬度为207225 HBS）淬火（加热温度为淬火（加热温度为10301120 、油淬）、油淬） 回火回火（回火温度为（回火温度为580620 、保温、保温2h，回火二次，硬度为，回火二次，硬度为4849HRC）。）。 （4） 4Cr3Mo3W4VNb钢（钢（GR） 1）主要性能特点及应用）主要性能特点及应用 属钨钼系热作模具钢，具有高的回火抗力和高的热强性；耐属钨钼系热作模具钢，具有高的回火抗力和高的热强性；耐冷热疲劳性、热稳定性、耐磨性及高温强度均明显高于冷热疲劳性、热稳定性、耐磨性及高温强度均明显高于3Cr2W8V钢；淬透

93、性、冷热加工性好。适用钢；淬透性、冷热加工性好。适用于齿轮高速锻造、精密锻造、于齿轮高速锻造、精密锻造、轴承套圈热挤压、小型机锻模具等方面。与轴承套圈热挤压、小型机锻模具等方面。与3Cr2W8V钢制模具相钢制模具相比，使用寿命大幅提高。比，使用寿命大幅提高。 2）热处理工艺）热处理工艺 锻造（锻后缓冷）锻造（锻后缓冷）等温退火（加热温度为等温退火（加热温度为850，等温温，等温温度度720，炉冷至，炉冷至550 出炉空冷）出炉空冷）淬火（加热温度为淬火（加热温度为1160）回火。回火。 要求高韧性及塑性，选用较低淬火温度；要求高韧性及塑性，选用较低淬火温度； 要求高的高温强度及回火稳定性，则选

94、用较高淬火温度；要求高的高温强度及回火稳定性，则选用较高淬火温度； 回火温度：回火温度：630 、600 ，二次回火，每次保温，二次回火，每次保温23h，若形状复杂的大模具，可采用三次回火，回火后硬度为，若形状复杂的大模具，可采用三次回火，回火后硬度为5054 HRC。 钨钼系热作模具钢的一般热处理过程钨钼系热作模具钢的一般热处理过程 4. 基体钢基体钢 基体钢中有多个钢种是冷、热兼用的模具钢。如基体钢中有多个钢种是冷、热兼用的模具钢。如012Al钢、钢、5Cr4W5Mo2V钢（钢（RM2）、）、6Cr4Mo3Ni2WV 钢钢(CG-2)等等 ，多用，多用于热挤压模。于热挤压模。 （1）012

95、Al钢钢 作热作模具钢使用，耐热疲劳性和热稳定性比作热作模具钢使用，耐热疲劳性和热稳定性比3Cr2W8V钢钢高，热强性高于铬系钢。用于热挤压模、机锻模寿命均高于高，热强性高于铬系钢。用于热挤压模、机锻模寿命均高于3Cr2W8V钢。钢。 （2） 6Cr4Mo3Ni2WV(CG-2)钢钢 室温和高温强度、热稳定性高于室温和高温强度、热稳定性高于3Cr2W8V钢，耐热疲劳性较钢，耐热疲劳性较好，但高温冲击韧度低于好，但高温冲击韧度低于3Cr2W8V。可用于制造热挤、热镦、热。可用于制造热挤、热镦、热锻、冷挤、冷镦等模具。锻、冷挤、冷镦等模具。 （3）5Cr4W5Mo2V(RM2)钢钢 有较高的抗回火

96、能力和热稳定性，较高硬度和耐磨性，在有较高的抗回火能力和热稳定性，较高硬度和耐磨性，在700工作时仍可保持工作时仍可保持54HRC的的硬度。可用于要求较高强度和热硬度。可用于要求较高强度和热稳定性的小截面热挤压模、辊锻模，但不适合于水冷及较大尺寸稳定性的小截面热挤压模、辊锻模，但不适合于水冷及较大尺寸的模具。的模具。 （三）压铸模用钢（三）压铸模用钢 以钨系、铬系、铬钼系热作模具钢为主。以钨系、铬系、铬钼系热作模具钢为主。 要求不高时，可用合金工具钢或合金结构钢，如要求不高时，可用合金工具钢或合金结构钢，如40Cr 、 4CrSi、 30CrMnSi、4CrW2Si、5CrW2Si、5CrNi

97、Mo、5CrMnMo； 要求较高时，采用要求较高时，采用4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi、4Cr5Mo2MnVSi、 3Cr3Mo3W2V、 3Cr2W8V4Cr3Mo2MnVNbB钢。钢。 注：红色是常用的压铸模具钢。注：红色是常用的压铸模具钢。 1. 3Cr2W8V钢（半高速钢）钢（半高速钢） 用于制造热成形模具已有用于制造热成形模具已有70多年的历史，至今仍在广泛使多年的历史，至今仍在广泛使用，尤其在压铸模中应用最多。用，尤其在压铸模中应用最多。 （1）主要性能特点及应用）主要性能特点及应用 具有高的抗回火软化能力和二次硬化效应（具有高的抗回火软化能力和二次硬

98、化效应（600时，硬时，硬度仍可保持度仍可保持40HRC）、屈服强度高达）、屈服强度高达950MPa、具有高的高温强、具有高的高温强度和耐磨性；度和耐磨性； 缺点：含钨量多，碳化物不均匀性和偏析倾向大，韧性较缺点：含钨量多，碳化物不均匀性和偏析倾向大，韧性较差，抗氧化和热疲劳能力差，易产生热疲劳裂纹而断裂失效。差，抗氧化和热疲劳能力差，易产生热疲劳裂纹而断裂失效。 适合制造要求高承载力、高热强性和高耐回火性的压铸模和适合制造要求高承载力、高热强性和高耐回火性的压铸模和热挤压模。热挤压模。 （2）热处理工艺）热处理工艺 反复锻造（锻后快冷至反复锻造（锻后快冷至700缓冷）缓冷）退火退火淬火淬火回

99、火回火 采用不完全退火：加热温度为采用不完全退火：加热温度为830850，保温，保温24h，炉，炉冷至冷至400以下以下出炉空冷；出炉空冷； 也可采用等温退火：等温温度为也可采用等温退火：等温温度为720740，保温保温34h，然后炉冷至然后炉冷至500以下出炉空冷，退火硬度以下出炉空冷，退火硬度241 HBS； 淬火淬火:淬火温度为淬火温度为10501150、 2040油油冷；冷； 回火：回火：550650，回火，回火2次，回火硬度为次，回火硬度为4050HRC。 2. 4Cr5Mo2MnVSi（Y10）和）和4Cr3Mo2MnVNbB（Y4）钢）钢 Y10钢成分接近钢成分接近H13钢；钢；

100、Y4钢成分接近钢成分接近HD钢钢都属高强都属高强韧性热作模具钢。韧性热作模具钢。 和和3Cr2W8V钢相比，抗热疲劳性、冲击韧性和抗热熔蚀钢相比，抗热疲劳性、冲击韧性和抗热熔蚀性高，但热硬性稍差。性高，但热硬性稍差。 主要用于铝合金和铜合金压铸模，使用寿命较主要用于铝合金和铜合金压铸模，使用寿命较3Cr2W8V钢提高钢提高1 11010倍；也可用于热挤压模和热锻模，效果也较好。倍；也可用于热挤压模和热锻模，效果也较好。 三、三、 其它热作模具材料其它热作模具材料 1. 热冲裁模具用钢热冲裁模具用钢 （1）热作模具中，热冲裁模具工作温度低，对材料性能要求）热作模具中，热冲裁模具工作温度低，对材料

101、性能要求宽；宽； （2）几乎所有热作模具材料都可用于热冲裁模具；选材时，）几乎所有热作模具材料都可用于热冲裁模具；选材时，可重点考虑材料经济性和生产管理上的方便；可重点考虑材料经济性和生产管理上的方便； （3）推荐：）推荐：5CrNiMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、 8Cr3、4CrW2VSi钢等，其中钢等，其中8Cr3钢是使用较多的钢种。钢是使用较多的钢种。 2. 非铁金属材料非铁金属材料 （1）硬质合金）硬质合金 硬质合金具有很高的热硬性和耐磨性，还有良好的热稳定硬质合金具有很高的热硬性和耐磨性，还有良好的热稳定性、抗氧化性和耐蚀性，可用于制造某些热作模具。性、抗氧化性和耐

102、蚀性，可用于制造某些热作模具。 钨钴类硬质合金（常制成镶块）可用于热切边凹模、压铸钨钴类硬质合金（常制成镶块）可用于热切边凹模、压铸模以及工作温度较高的热挤压凸模或凹模等。模以及工作温度较高的热挤压凸模或凹模等。 实例：气阀挺杆热镦模，原采用实例：气阀挺杆热镦模，原采用3Cr2W8V钢制作，热处理后钢制作，热处理后的硬度为的硬度为4952HRC，使用寿命，使用寿命5000次；在模具工作部分采用次；在模具工作部分采用YG20硬质合金镶块，模具寿命提高到硬质合金镶块，模具寿命提高到15万次。万次。 奥氏体不锈钢钢结硬质合金和高碳高铬合金钢钢结硬质奥氏体不锈钢钢结硬质合金和高碳高铬合金钢钢结硬质合金

103、也可用于制造热作模具。合金也可用于制造热作模具。 例：例：ST60钢结硬质合金制造钢结硬质合金制造Cu热挤压模和热冲孔模、热热挤压模和热冲孔模、热平锻模等。平锻模等。 3. 铜合金铜合金 （1）制造黑色金属压铸模具：铜合金导热性好，散热快，）制造黑色金属压铸模具：铜合金导热性好，散热快，可使模具的温升和温度梯度大为降低，降低了模具的应变和应可使模具的温升和温度梯度大为降低，降低了模具的应变和应力，使其强度足以承受压铸时的压力，同时也减轻了热疲劳的力，使其强度足以承受压铸时的压力，同时也减轻了热疲劳的作用。此外，铜合金弹性模量小，热膨胀系数较小，不会发生作用。此外，铜合金弹性模量小，热膨胀系数较

104、小，不会发生组织变化，故所制造的模具在工作过程中性能及尺寸稳定。组织变化，故所制造的模具在工作过程中性能及尺寸稳定。 （2）用于压铸模的铜合金有铍青铜合金、铬锆钒铜合金和铬）用于压铸模的铜合金有铍青铜合金、铬锆钒铜合金和铬锆镁铜合金。锆镁铜合金。 热处理工艺：固溶处理时效。热处理工艺：固溶处理时效。 用这些铜合金制造的钢铁件压铸模，使用寿命远高于其它用这些铜合金制造的钢铁件压铸模，使用寿命远高于其它的热作模具钢。的热作模具钢。 四、热作模具的选材四、热作模具的选材 影响热作模具使用寿命有很多因素，如模具在工作中的受影响热作模具使用寿命有很多因素，如模具在工作中的受力、受热和冷却情况，模具的形状

105、与尺寸、压制件的材质、变力、受热和冷却情况，模具的形状与尺寸、压制件的材质、变形方式、变形量、变形速度以及润滑条件等，因此，选用热作形方式、变形量、变形速度以及润滑条件等，因此，选用热作模具钢材时，应充分考虑这些因素的影响，合理选用，确保其模具钢材时，应充分考虑这些因素的影响，合理选用，确保其使用寿命，具体见下表。使用寿命，具体见下表。热作模具类型及其常规选材热作模具类型及其常规选材 模具类型模具类型模具规格及工作条件模具规格及工作条件常用材料常用材料硬度硬度HRCHRC热锻模热锻模高度高度250mm小型热锻模小型热锻模5CrMnMo3947高度在高度在250400mm中型热锻模中型热锻模高度

106、高度400mm小型热锻模小型热锻模5CrNiMo3539高寿命热锻模高寿命热锻模3Cr2W8V、4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV1、4Cr5W2Si4045热镦模热镦模3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1、 4Cr5W2Si、基体钢、基体钢3945精密锻造、高速锻模精密锻造、高速锻模3Cr2W8V4554压铸模压铸模压铸铝、镁、锌合金压铸铝、镁、锌合金3Cr2W8V、4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi4350压铸铜和黄铜压铸铜和黄铜3Cr2W8V、4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi3540模具类型模具类型模具规格及工作条件模具规格及工作条件常

107、用材料常用材料硬度硬度HRCHRC热挤压模热挤压模挤压钢、钛、镍合金挤压钢、钛、镍合金4Cr5MoSiV 、3Cr2W8V4347挤压铝、镁合金挤压铝、镁合金4Cr5MoSiV、 4Cr5W2Si4650挤压铜及铜合金挤压铜及铜合金3Cr2W8V3645 第四节第四节 塑料模具材料塑料模具材料 塑料在国民经济的各个领域的应用日益广泛，其产量按体塑料在国民经济的各个领域的应用日益广泛，其产量按体积计算在世界上已超过钢铁的产量。积计算在世界上已超过钢铁的产量。 目前塑料模具正朝着高效率、高精度、长寿命方向发展，目前塑料模具正朝着高效率、高精度、长寿命方向发展，对模具材料的性能要求也不断提高。对模具

108、材料的性能要求也不断提高。 目前塑料模具设计和生产中普遍存在的问题：是选材不恰目前塑料模具设计和生产中普遍存在的问题：是选材不恰当，处理工艺不合理。许多设计人员在选择模具材料时，完全依当，处理工艺不合理。许多设计人员在选择模具材料时，完全依据经验或手册选择材料，没有根据模具的特殊性能要求来选材，据经验或手册选择材料，没有根据模具的特殊性能要求来选材，使模具过早失效，或模具寿命大于预期计划，造成浪费。使模具过早失效，或模具寿命大于预期计划，造成浪费。 塑料模按成型固化不同可分为热固性和热塑性成型塑料模。塑料模按成型固化不同可分为热固性和热塑性成型塑料模。 热固性塑料模工作时塑料呈固态粉末料或预制

109、坯料，加入型热固性塑料模工作时塑料呈固态粉末料或预制坯料，加入型腔并在一定温度下经热压成型，受力大，并有一定冲击，摩擦较大，腔并在一定温度下经热压成型，受力大，并有一定冲击，摩擦较大，热机械负荷及磨损严重。热机械负荷及磨损严重。 热塑性塑料模是塑料呈粘流状态下通过注射、挤压等方法进热塑性塑料模是塑料呈粘流状态下通过注射、挤压等方法进入型腔加工成型的模具，塑变抗力小，受热受压受磨损不严重，当入型腔加工成型的模具，塑变抗力小，受热受压受磨损不严重，当加入固体填充料（例如玻璃纤维、石英粉等）时，磨损大大增加。加入固体填充料（例如玻璃纤维、石英粉等）时，磨损大大增加。 塑料模具按成型方法分为：注射模具

110、、压缩模具、挤出模具塑料模具按成型方法分为：注射模具、压缩模具、挤出模具等，其中注射模具应用最为广泛。等，其中注射模具应用最为广泛。 注塑成型过程：注塑成型过程： 塑料（热塑性塑料或热固性塑料）在注射机料筒中加热到塑料（热塑性塑料或热固性塑料）在注射机料筒中加热到流动（可塑化）状态，以高压、高速将料筒内的粘稠塑料通过流动（可塑化）状态，以高压、高速将料筒内的粘稠塑料通过喷嘴等浇注系统注入模具，经保压、冷却，固化后得到塑件。喷嘴等浇注系统注入模具，经保压、冷却，固化后得到塑件。 注塑模具结构和组成注塑模具结构和组成 （1）定模机构：安装在注射机固定模板上的部分型腔。由定）定模机构：安装在注射机固

111、定模板上的部分型腔。由定位环位环1、主流道体、主流道体2、定模底板、定模底板3、定模板、定模板4和凹模和凹模14组成一体，在组成一体，在注射机上固定不动。主流道口与注射机的喷嘴相联。注射机上固定不动。主流道口与注射机的喷嘴相联。 （2）动模机构：安装在注射机动模板上的部分型腔。由凸模）动模机构：安装在注射机动模板上的部分型腔。由凸模13、动模板、动模板5、导柱、导柱12、动模垫板、动模垫板6和模脚和模脚7等组成一体，在注射等组成一体，在注射机锁模装置的驱动下往复运动。机锁模装置的驱动下往复运动。 （3）浇注系统：是将熔融塑料引向闭合模腔的通道。通常由）浇注系统：是将熔融塑料引向闭合模腔的通道。

112、通常由主流道、冷料穴、分流道和浇口组成。主流道、冷料穴、分流道和浇口组成。 （4）导向装置：保证动模和定模闭合时位置准确。由导柱和）导向装置：保证动模和定模闭合时位置准确。由导柱和导套组成，对于多腔注射模，其顶出机构也设置了导向装置，以导套组成，对于多腔注射模，其顶出机构也设置了导向装置，以免制件顶弯曲和折断。免制件顶弯曲和折断。 （5）顶出机构：是实现制品脱模的装置。常见有顶杆式、顶）顶出机构：是实现制品脱模的装置。常见有顶杆式、顶管式和推板式。管式和推板式。 （6）抽芯机构：当制品上带有侧孔或侧凹结构时，在顶出机）抽芯机构：当制品上带有侧孔或侧凹结构时，在顶出机构工作前，先要将可作侧向运动

113、的型芯从制品中抽出，该侧向运构工作前，先要将可作侧向运动的型芯从制品中抽出，该侧向运动是由抽芯机构实现的。（该机构只是部分注射成型模才需要设动是由抽芯机构实现的。（该机构只是部分注射成型模才需要设置）。置）。 （7）冷却和加热装置：加热是为满足注射成型工艺对模具温冷却和加热装置：加热是为满足注射成型工艺对模具温度的要求；冷却是为使熔料能在模具内冷却定型。一般凹、凸模度的要求；冷却是为使熔料能在模具内冷却定型。一般凹、凸模中通冷却水、热水、热蒸汽等。中通冷却水、热水、热蒸汽等。 （8）排气系统：为把型腔内原有的空气以及塑料受热过程中）排气系统：为把型腔内原有的空气以及塑料受热过程中产生的气体排出

114、，在模具分型面（凹、凸模相配合的接触面又称产生的气体排出，在模具分型面（凹、凸模相配合的接触面又称合模面）处开设的排气槽。合模面）处开设的排气槽。 一、一、 塑料模具工作条件和主要失效方式塑料模具工作条件和主要失效方式 模具成型零件包括：凸模、凹模、型腔、型芯、嵌镶件等，它模具成型零件包括：凸模、凹模、型腔、型芯、嵌镶件等，它们直接和塑料接触。们直接和塑料接触。 1. 工作条件工作条件 （1）注射压力）注射压力40150MPa,闭模压力闭模压力80300MPa或更高或更高; （2）模具的工作温度为）模具的工作温度为150250； （3）型腔表面承受摩擦和腐蚀；）型腔表面承受摩擦和腐蚀； （4）

115、有敲击和碰撞现象。）有敲击和碰撞现象。 2. 失效形式失效形式 基本失效形式有磨损失效、局部塑性变形失效、断裂失效基本失效形式有磨损失效、局部塑性变形失效、断裂失效等。塑料制品的表面粗糙度及精度要求较高，表面磨损造成的等。塑料制品的表面粗糙度及精度要求较高，表面磨损造成的模具失效比例较大，占所有失效的模具失效比例较大，占所有失效的70%以上。以上。 （1）磨损失效：主要表现为尺寸磨损超差，粗糙度因拉毛）磨损失效：主要表现为尺寸磨损超差，粗糙度因拉毛而变高，表面质量恶化、表面侵蚀。而变高，表面质量恶化、表面侵蚀。 （2）塑性变形失效：表面皱纹凹陷、麻点、棱角堆塌等超）塑性变形失效：表面皱纹凹陷、

116、麻点、棱角堆塌等超过要求限度时而造成失效。过要求限度时而造成失效。 （3）断裂失效：它的危害性较大，主要发生在塑料模形状）断裂失效：它的危害性较大，主要发生在塑料模形状复杂、多棱角薄边、应力集中严重而韧性不足处，有时合金工复杂、多棱角薄边、应力集中严重而韧性不足处，有时合金工具钢不充分回火时也可发生。具钢不充分回火时也可发生。 3. 模具零件的主要性能要求模具零件的主要性能要求 （1）成型零件的主要性能要求）成型零件的主要性能要求 成型零件要求具有一定的强度、表面耐磨性好、热处理性能成型零件要求具有一定的强度、表面耐磨性好、热处理性能好、淬火变形小，对有腐蚀介质析出时，要求有一定的耐蚀性。好、

117、淬火变形小，对有腐蚀介质析出时，要求有一定的耐蚀性。 （2）导向零件的主要性能要求）导向零件的主要性能要求 导向零件包括导向柱、导向套、限位导柱、顶板导柱及导套、导向零件包括导向柱、导向套、限位导柱、顶板导柱及导套、销钉等，在使用中起导向作用。开合模具时有相对运动，成型过销钉等，在使用中起导向作用。开合模具时有相对运动，成型过程中要承受一定的压力，或偏载荷。要求表面耐磨性好，心部具程中要承受一定的压力，或偏载荷。要求表面耐磨性好，心部具有一定的韧性。有一定的韧性。 （3）浇注系统零件）浇注系统零件 包括浇口套、拉料杆、定位圈、分流锥等，工作条件与成型包括浇口套、拉料杆、定位圈、分流锥等，工作条

118、件与成型零件相近，要求具有良好的耐磨表面、耐蚀性和热硬性。零件相近，要求具有良好的耐磨表面、耐蚀性和热硬性。 （4）顶出机构和抽芯机构零件）顶出机构和抽芯机构零件 包括顶杆、复位杆、滑块型芯和斜导柱等，这类零件要求表包括顶杆、复位杆、滑块型芯和斜导柱等，这类零件要求表面耐磨性好，并具有足够的机械强度。面耐磨性好，并具有足够的机械强度。 （5）模体零件）模体零件 包括各种模板、顶出板、固定板、模架垫板等，这些零件是包括各种模板、顶出板、固定板、模架垫板等，这些零件是成型制品中主要受力零件，因此要求具有较高的机械强度。成型制品中主要受力零件，因此要求具有较高的机械强度。 （6）紧固零件）紧固零件

119、包括螺钉、螺母等标准件，要求具有足够的强度和刚度。包括螺钉、螺母等标准件，要求具有足够的强度和刚度。 4. 塑料模具材料的使用性能要求塑料模具材料的使用性能要求 （1）较高的硬度、耐磨性和耐蚀性）较高的硬度、耐磨性和耐蚀性 硬度、耐磨性和耐蚀性要求，主要取决于塑料的性质和塑硬度、耐磨性和耐蚀性要求，主要取决于塑料的性质和塑料制品的表面质量要求。料制品的表面质量要求。 （2）较高的强度、韧性和疲劳强度）较高的强度、韧性和疲劳强度 塑料注塑成型的压力一般在塑料注塑成型的压力一般在39196MPa之间，闭模压力一之间，闭模压力一般为注射压力的般为注射压力的1.52倍，有时可达倍，有时可达4倍左右。为

120、使模具在使用过倍左右。为使模具在使用过程中不发生变形，模具材料应具有较高的强度；程中不发生变形，模具材料应具有较高的强度； 注塑模经常受到冲击或碰撞，尤其是尺寸较大、形状复杂的注塑模经常受到冲击或碰撞，尤其是尺寸较大、形状复杂的模具，应力集中状态复杂且应力集中较大，要求有较高的韧性；模具，应力集中状态复杂且应力集中较大，要求有较高的韧性；此外注塑模的工作频率较高，要求材料具有较高的疲劳强度。此外注塑模的工作频率较高，要求材料具有较高的疲劳强度。 （3）尺寸稳定性）尺寸稳定性 为保证塑料制品的成型精度，要求具有较低的热膨胀系数和为保证塑料制品的成型精度，要求具有较低的热膨胀系数和稳定的组织。稳定

121、的组织。 （4）导热性）导热性 由于高速注射成型塑料制品的需要，模具材料应具有良好的由于高速注射成型塑料制品的需要，模具材料应具有良好的导热性，以使塑料制品能尽快在模具中冷却成型。导热性，以使塑料制品能尽快在模具中冷却成型。 5 . 注塑模材料的工艺性能要求注塑模材料的工艺性能要求 （1）热处理变形小，有足够淬透性；）热处理变形小，有足够淬透性； （2）切削加工性好，要有优良的抛光、耐磨性能；）切削加工性好，要有优良的抛光、耐磨性能； （3）电加工性好；）电加工性好； （4）要求有好的图案花纹刻蚀性，以达到光洁、精密表面；）要求有好的图案花纹刻蚀性，以达到光洁、精密表面； （5）焊接性能优良，

122、锻造工艺性能良好。）焊接性能优良，锻造工艺性能良好。 二、二、 塑料模具材料塑料模具材料 我国塑料模具材料主要是应用传统钢种，近年来研制了一些我国塑料模具材料主要是应用传统钢种，近年来研制了一些新型塑料模具钢，并引进一些国外通用的材料，逐渐完善塑料模新型塑料模具钢，并引进一些国外通用的材料，逐渐完善塑料模具用材。具用材。 1. 常用塑料模具材料常用塑料模具材料如下表所列如下表所列 注：近年，有资料报道用球墨铸铁经正火后制造塑料模具的注：近年，有资料报道用球墨铸铁经正火后制造塑料模具的型芯、型腔，可大大减少模具成型粗加工，且使用效果也较好。型芯、型腔，可大大减少模具成型粗加工，且使用效果也较好。

123、 2. 塑料模具用钢的性能特点及热处理工艺塑料模具用钢的性能特点及热处理工艺 （1）渗碳钢）渗碳钢 常用钢种常用钢种 碳素渗碳钢：碳素渗碳钢：10、20钢，价格便宜，淬透性差，热处理后钢，价格便宜，淬透性差，热处理后心部强度低，适宜制造承载较小的、要求不高的塑料模；心部强度低，适宜制造承载较小的、要求不高的塑料模； 合金渗碳钢：合金渗碳钢：12CrNi2、12CrNi3、12CrNi4、 20Cr2Ni4、 20Cr等，淬透性较高，热处理变形小，适合于制造截面大、承载等，淬透性较高，热处理变形小，适合于制造截面大、承载重的塑料模。重的塑料模。 特点：特点： w（C）0.1%0.2 %，有良好的

124、切削加工性能，可有良好的切削加工性能，可采用冷压成形方法制造模具。经过渗碳处理及淬火、低温回火采用冷压成形方法制造模具。经过渗碳处理及淬火、低温回火后，模具型腔表面具有高硬度、高耐磨、抛光性能好，而中心后，模具型腔表面具有高硬度、高耐磨、抛光性能好，而中心具有良好的强韧性。具有良好的强韧性。 应用：多用于冷压成型塑料模，表面要求高硬度、耐磨应用：多用于冷压成型塑料模，表面要求高硬度、耐磨性好的塑料模具或配件。性好的塑料模具或配件。 热处理热处理工艺路线：退火工艺路线：退火切削加工切削加工渗碳渗碳淬火淬火回火回火精加工。精加工。 （2）调质钢）调质钢 常用钢种常用钢种 碳素调质钢碳素调质钢 ：

125、45、50、55钢。价廉、加工性好、淬透钢。价廉、加工性好、淬透性差，适合于小型塑料制品、小批量生产塑料模。性差，适合于小型塑料制品、小批量生产塑料模。 合金调质钢：合金调质钢：40Cr、4Cr3MoSiV、5CrNiMo、5CrMnMo等等钢。淬透性好，热处理操作方便。强韧性好、耐磨性好。焊接、研钢。淬透性好，热处理操作方便。强韧性好、耐磨性好。焊接、研磨、抛光、花纹刻蚀等加工性也较好。工作硬度可达磨、抛光、花纹刻蚀等加工性也较好。工作硬度可达4248HRC。钢中适当增加硫、硒、钙时，可降低表面粗糙度值，并提高切削加钢中适当增加硫、硒、钙时，可降低表面粗糙度值，并提高切削加工性能（如新钢号工

126、性能（如新钢号5NiSCa）。）。 特点：由淬透性和强韧性要求选择材料，调质后一般不再进特点：由淬透性和强韧性要求选择材料，调质后一般不再进行其它热处理，既能满足切削加工性能要求，又使变形开裂几率下行其它热处理，既能满足切削加工性能要求，又使变形开裂几率下降。若调质后硬度不足，可再进行一次表面强化处理，如渗氮、离降。若调质后硬度不足，可再进行一次表面强化处理，如渗氮、离子渗氮、碳氮共渗等。子渗氮、碳氮共渗等。 应用：多用于软质塑料成形模，如制造注射、挤压等塑应用：多用于软质塑料成形模，如制造注射、挤压等塑料模。料模。 热处理工艺路线（具体有以下几类）热处理工艺路线（具体有以下几类） 钢坯钢坯退

127、火退火粗加工粗加工调质调质精加工。精加工。 钢坯钢坯调质（或正火）调质（或正火）粗、精加工。粗、精加工。 预硬化钢坯预硬化钢坯粗、精加工。粗、精加工。 （3）淬硬钢）淬硬钢 常用钢种常用钢种 碳素工具钢：碳素工具钢：T7A、T8A、T10A钢；钢； 低合金冷作模具钢：低合金冷作模具钢：9SiCr、CrWMn、GCr15等；等； Cr12型钢：型钢： Cr12 、 Cr12MoV 、Cr12Mo1V1； 热作模具钢：热作模具钢： 4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV、 5CrNiMo、5CrMnMo； 高速钢（高速钢（W6Mo5Cr4V2）、基体钢等。）、基体钢等。 特点特点 ：具有较高的硬

128、度，较好的耐磨性、抛光性和电加工性：具有较高的硬度，较好的耐磨性、抛光性和电加工性能，但韧性较低，变形、扭曲和产生裂纹的倾向大。能，但韧性较低，变形、扭曲和产生裂纹的倾向大。 应用：应用： 用于负荷较大的热固性塑料模具。用于负荷较大的热固性塑料模具。这类模具除要求型腔表面这类模具除要求型腔表面有高耐磨性外，还要求模具基体有较高强度、硬度和韧性，避免有高耐磨性外，还要求模具基体有较高强度、硬度和韧性，避免或减少模具在使用中产生塌陷、变形和开裂现象。或减少模具在使用中产生塌陷、变形和开裂现象。 碳素工具钢适于制造尺寸不大、受力较小、形状简单以及变碳素工具钢适于制造尺寸不大、受力较小、形状简单以及变

129、形要求不高的塑料模；形要求不高的塑料模； 低合金冷作模具钢主要用于制造形状复杂、低合金冷作模具钢主要用于制造形状复杂、尺寸较大和精度要求较高的塑料模；尺寸较大和精度要求较高的塑料模； Cr12型钢适于制造要求高耐型钢适于制造要求高耐磨性的大型、复杂和精密的塑料模；磨性的大型、复杂和精密的塑料模； W6Mo5Cr4V2钢适于制造钢适于制造要求强度高和耐磨性好的塑料模；热作模具钢适合于制造有较高要求强度高和耐磨性好的塑料模；热作模具钢适合于制造有较高强韧性和一定耐磨性的塑料模。强韧性和一定耐磨性的塑料模。 热处理工艺路线：热处理工艺路线： 球化退火球化退火预调质预调质淬火淬火低温回火。低温回火。

130、淬硬钢着重注意以下几个方面：淬硬钢着重注意以下几个方面： 热处理后的硬度通常在热处理后的硬度通常在4550HRC以上，对于形状比较复以上，对于形状比较复杂的模具，在粗加工后即进行热处理，然后进行精加工，才能保杂的模具，在粗加工后即进行热处理，然后进行精加工，才能保证热处理变形最小；证热处理变形最小； 淬火加热过程中要确保型腔表面不氧化、不脱碳、不侵蚀、淬火加热过程中要确保型腔表面不氧化、不脱碳、不侵蚀、不过热，冷却时应选择比较缓和的冷却介质，控制好冷却速度，不过热，冷却时应选择比较缓和的冷却介质，控制好冷却速度，以避免在淬火过程中产生变形、开裂而报废；以避免在淬火过程中产生变形、开裂而报废；

131、淬火后应及时回火，回火温度要高于模具的工作温度，回淬火后应及时回火，回火温度要高于模具的工作温度，回火时间应充分，时间长短视模具材料和断面尺寸而定，但至少要火时间应充分，时间长短视模具材料和断面尺寸而定，但至少要在在4060min。 （4）预硬钢）预硬钢 常用钢种：常用钢种：3Cr2NiMnMo、 3Cr2Mo（P20） 、 4Cr5MoSiV1、5CrNiMnMoVSCa (5NiSCa)、8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)。 特点特点 w（C） 0.30.5%之间，含有一定量的之间，含有一定量的Cr、Ni、Mn、V等合金元素，保证了较高的淬透性。在供应时已预先进行了热等合金元素，保证了较

132、高的淬透性。在供应时已预先进行了热处理（淬火、回火），在硬度为处理（淬火、回火），在硬度为3040HRC的状态下可以直的状态下可以直接进行成形车削、铣削、钻孔、雕刻、精锉等接进行成形车削、铣削、钻孔、雕刻、精锉等加工，精加工后加工，精加工后可直接交付使用，完全避免了热处理变形的影响。可直接交付使用，完全避免了热处理变形的影响。 应用应用 用于制造型腔复杂、精密，使用寿命要求高的大、中型塑料用于制造型腔复杂、精密，使用寿命要求高的大、中型塑料模具。其中，模具。其中，4Cr5MoSiV1钢除具有其它预硬钢的性能外，还有钢除具有其它预硬钢的性能外，还有较高的耐热性，适用于聚甲醛、聚酰胺树脂制品的注射

133、成型模；较高的耐热性，适用于聚甲醛、聚酰胺树脂制品的注射成型模；3Cr2Mo（P20）钢是国内外广泛采用的预硬化型塑料模具钢，适）钢是国内外广泛采用的预硬化型塑料模具钢，适用于制造大、中型精密塑料模，如电视机、洗衣机壳体等。用于制造大、中型精密塑料模，如电视机、洗衣机壳体等。 热处理热处理工艺路线工艺路线 预硬钢不需进行热处理，切削加工形成模具型腔后直接使用。预硬钢不需进行热处理，切削加工形成模具型腔后直接使用。但对于制造过程中需要锻造加工时，必须在锻后进行必要的热处但对于制造过程中需要锻造加工时，必须在锻后进行必要的热处理，包括预先热处理（球化退火）和预硬热处理（淬火和回火）。理，包括预先热

134、处理（球化退火）和预硬热处理（淬火和回火）。 （5）耐蚀钢）耐蚀钢 常用钢种：常用钢种：9Cr18、Cr18MoV、4Cr13、1Cr18Ni9Ti。 为保持钢的耐蚀性能，组织中须有为保持钢的耐蚀性能，组织中须有11%12% 的的Cr，同时较，同时较高的含碳量可保持高硬度和高耐磨性。高的含碳量可保持高硬度和高耐磨性。 特点特点 良好的抗蚀性，有一定的硬度、强度、耐磨性。良好的抗蚀性，有一定的硬度、强度、耐磨性。 应用：主要用于有腐蚀介质（应用：主要用于有腐蚀介质（HF、HCl等）析出的塑料加等）析出的塑料加工模具。例如用于生产以聚氯乙烯或聚苯乙烯加入抗燃剂的热塑工模具。例如用于生产以聚氯乙烯或

135、聚苯乙烯加入抗燃剂的热塑性塑料制品时，会析出腐蚀性气体，需用耐磨钢作模具。性塑料制品时，会析出腐蚀性气体，需用耐磨钢作模具。 热处理工艺：球化或完全退火热处理工艺：球化或完全退火淬火淬火回火回火 （6）时效硬化钢）时效硬化钢 常用钢种常用钢种 25CrNi3MoAl钢：属低镍无钴时效硬化钢，是我国时效钢：属低镍无钴时效硬化钢，是我国时效硬化型精密塑料模具专用钢。其主要特点是钢中碳和镍含量低，硬化型精密塑料模具专用钢。其主要特点是钢中碳和镍含量低，价格远低于马氏体时效钢，适用于一般精密和高精密的各种塑料价格远低于马氏体时效钢，适用于一般精密和高精密的各种塑料模具。模具。 18Ni类钢：属低碳马氏

136、体时效硬化钢，含类钢：属低碳马氏体时效硬化钢，含C量极低量极低,目的是目的是为改善钢的韧性。依据屈服强度可分为为改善钢的韧性。依据屈服强度可分为1400，1700，2100MPa三个级别，化学成分如表所示。三个级别，化学成分如表所示。 18Ni类钢主要用于制造精度高、超镜面、复杂、大型塑料模。类钢主要用于制造精度高、超镜面、复杂、大型塑料模。 06Ni6CrMoVTiAl（06钢）和钢）和10Ni3MnCuAl Mo (PMS钢钢) 属新型塑料模具钢，具有良好的加工性能和综合力学性能，制属新型塑料模具钢，具有良好的加工性能和综合力学性能，制品表面粗糙度低，应用越来越广泛。品表面粗糙度低，应用越

137、来越广泛。 热处理工艺热处理工艺 固溶处理，将钢加热至高温，使各种合金元素溶入奥氏体固溶处理，将钢加热至高温，使各种合金元素溶入奥氏体中，完成奥氏体化后淬火获得马氏体组织；中，完成奥氏体化后淬火获得马氏体组织； 时效处理，利用时效强化使模具达到所需的力学性能。时效处理，利用时效强化使模具达到所需的力学性能。 应用应用 适合制造强度和韧性、尺寸精度、表面粗糙度和耐磨性都要适合制造强度和韧性、尺寸精度、表面粗糙度和耐磨性都要求较高的塑料模具以及透明塑料模具等。求较高的塑料模具以及透明塑料模具等。 （7）其它塑料模具材料：铝合金、铜合金、锌合金）其它塑料模具材料：铝合金、铜合金、锌合金 铜合金铜合金

138、用于塑料模材料的铜合金主要是铍青铜，如用于塑料模材料的铜合金主要是铍青铜，如ZCuBe2、 ZCuBe2.4等。一般采用铸造方法制模，成本低、周等。一般采用铸造方法制模，成本低、周期短，可制出形状复杂的模具。铍青铜适用于制造吹塑模、注射期短，可制出形状复杂的模具。铍青铜适用于制造吹塑模、注射模等，以及一些高导热性、高强度、高耐腐蚀性的塑料模。利用模等，以及一些高导热性、高强度、高耐腐蚀性的塑料模。利用铍青铜铸造模具可以复制木纹和皮革纹，可以用样品复制人像或铍青铜铸造模具可以复制木纹和皮革纹，可以用样品复制人像或玩具等不规则的成形面。玩具等不规则的成形面。 铝合金铝合金铝合金的密度小，熔点低，加

139、工性能和导热性都铝合金的密度小，熔点低，加工性能和导热性都优于铜，其中铸造铝硅合金还具有优良的铸造性能，因此在有些优于铜，其中铸造铝硅合金还具有优良的铸造性能，因此在有些场合可选用铸造铝合金来制造塑料模具，以缩短制模周期，降低场合可选用铸造铝合金来制造塑料模具，以缩短制模周期，降低制模成本。低发泡成型的模具，压力低，冷却时间长，要求模制模成本。低发泡成型的模具，压力低，冷却时间长，要求模具的机械强度不高而导热性能好，可采用铝合金或锌合金等制具的机械强度不高而导热性能好，可采用铝合金或锌合金等制造模具。常用的铸造铝合金牌号有造模具。常用的铸造铝合金牌号有ZL101，适合于制造要求高，适合于制造要

140、求高热导率、形状复杂和制造周期短的塑料模具。热导率、形状复杂和制造周期短的塑料模具。 锌合金锌合金用于制造塑料模具的锌合金大多为用于制造塑料模具的锌合金大多为Zn-4Al-3Cu共晶型合金，该类合金通过铸造方法易于制出光洁而复杂的模共晶型合金，该类合金通过铸造方法易于制出光洁而复杂的模具型腔，并可降低制模费用和缩短制模周期，适合制造注射模具型腔，并可降低制模费用和缩短制模周期，适合制造注射模和吹塑模等。和吹塑模等。总结：各种塑料模具钢的主要性能特点和应用场合总结：各种塑料模具钢的主要性能特点和应用场合 三、三、 塑料模具钢的选用塑料模具钢的选用 1. 根据模具服役条件和质量要求选择模具材料根据

141、模具服役条件和质量要求选择模具材料 （1）模具型腔表面要求高硬度、高耐磨，而心部具有较好韧）模具型腔表面要求高硬度、高耐磨，而心部具有较好韧性的塑料模具，选用渗碳型塑料模具钢制造。性的塑料模具，选用渗碳型塑料模具钢制造。 尺寸较小且型腔不太复杂的注射模具，选用淬透性相对较尺寸较小且型腔不太复杂的注射模具，选用淬透性相对较小的渗碳钢，如小的渗碳钢，如20、20Cr钢等，此类钢在退火状态下，具有良好钢等，此类钢在退火状态下，具有良好的塑性，小的变形抗力，可采用冷变形方式成型，减小切削加工的塑性，小的变形抗力，可采用冷变形方式成型，减小切削加工量。量。 尺寸较大、型腔复杂的塑料模具，选用淬透性较好的

142、渗碳尺寸较大、型腔复杂的塑料模具，选用淬透性较好的渗碳钢，如钢，如12CrNi3A、12CrNi4A等等。 （2）模具型腔复杂、精度要求高和寿命要求长的塑料模具，）模具型腔复杂、精度要求高和寿命要求长的塑料模具，为防止型腔切削加工成形后因淬火处理引起过大的型腔变形，保为防止型腔切削加工成形后因淬火处理引起过大的型腔变形，保证模具的精度和使用性能，选用预硬钢，如证模具的精度和使用性能，选用预硬钢，如40Cr、 3Cr2NiMo、3Cr2Mo （P20）、）、 4Cr5MoSiV1钢等。钢等。 用预硬型塑料模具钢（如用预硬型塑料模具钢（如P20钢）制成的模具在相同抛光条钢）制成的模具在相同抛光条件

143、下，表面粗糙度比件下，表面粗糙度比45钢低钢低13级；如彩色电视机外壳塑料模级；如彩色电视机外壳塑料模(P20 制造制造)，使用，使用24万次万次/模，模具仍完好无损，这比模，模具仍完好无损，这比45钢制造的钢制造的模具寿命要长得多。模具寿命要长得多。 （3）以玻璃纤维做填充剂的注射模具，要求较高的硬度、耐）以玻璃纤维做填充剂的注射模具，要求较高的硬度、耐磨性、抗压强度、韧性、抛光性和电加工等综合性能，为防止模磨性、抗压强度、韧性、抛光性和电加工等综合性能，为防止模模具型腔表面过早磨损或局部变形，可选用整体淬硬型塑料模具模具型腔表面过早磨损或局部变形，可选用整体淬硬型塑料模具钢，钢，如如T8A

144、、T10A、9SiCr、CrWMn、Cr12和和Cr12Mo钢钢等；也等；也可选用可选用25CrNi3MoAl、18Ni、06Ni6CrMoVTiAl（06 Ni钢）钢）等时等时效硬化钢。效硬化钢。 例如用例如用 06Ni 钢制作的收录机磁带盒模具，平均寿命达钢制作的收录机磁带盒模具，平均寿命达110万万次以上，且与次以上，且与18Ni钢相比，钢相比，06钢的价格要低得多。钢的价格要低得多。 （4）以聚氯乙烯或聚苯乙烯加抗燃剂等为原料的塑料制品，）以聚氯乙烯或聚苯乙烯加抗燃剂等为原料的塑料制品，成型过程中会析出腐蚀性气体，对模具产生腐蚀，需选用耐蚀性成型过程中会析出腐蚀性气体，对模具产生腐蚀，

145、需选用耐蚀性塑料模具钢。常选用塑料模具钢。常选用 9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb (PCR)钢钢 ；也可选用普通材料进行镀铬或其它；也可选用普通材料进行镀铬或其它耐腐蚀的表面处理。实际应用情况表明，采用耐蚀钢时，模具寿耐腐蚀的表面处理。实际应用情况表明，采用耐蚀钢时，模具寿命要比普通材料长得多。命要比普通材料长得多。 例：聚三氟氯乙烯阀门盖模具，用例：聚三氟氯乙烯阀门盖模具，用45钢或镀铬钢制造模具时，钢或镀铬钢制造模具时，使用寿命为使用寿命为10004000件；用件；用PCR钢时钢时,使用使用6000件后仍和新模件后仍和新模具一样，未发现

146、任何锈蚀或磨损，模具寿命达具一样，未发现任何锈蚀或磨损，模具寿命达1000012000件。件。制造四氟塑料微波板模具，用制造四氟塑料微波板模具，用45钢或表面镀铬，寿命仅为钢或表面镀铬，寿命仅为23件，件，改用改用PCR钢后，模具使用钢后，模具使用300次，表面光亮如镜。次，表面光亮如镜。 （5）要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形状精度高、）要求型腔表面粗糙度低、光亮度高、尺寸和形状精度高、型腔复杂，以及具有镜面抛光性和高耐磨性要求的透明制品塑料型腔复杂，以及具有镜面抛光性和高耐磨性要求的透明制品塑料模具，如汽车灯罩、汽车仪表盘、电视机、电话机外壳等，选用模具，如汽车灯罩、汽车仪表盘、电

147、视机、电话机外壳等，选用能获得高硬度的超纯净钢。能获得高硬度的超纯净钢。PMS、06Ni和和18 Ni等时效硬化钢是较等时效硬化钢是较理想的材料，预硬化型钢理想的材料，预硬化型钢P20系列、系列、5NiSCa和和8Cr2S等，镜面抛等，镜面抛光性中等，也可选用。光性中等，也可选用。 例如：电话机壳体模具，使用例如：电话机壳体模具，使用45钢制造时，寿命为钢制造时，寿命为35万套万套,而用而用PMS钢制造，模具寿命可达钢制造，模具寿命可达6080万套，制品外观质量能达万套，制品外观质量能达到甚至超过图样设计技术要求。到甚至超过图样设计技术要求。 （6）高速成型的塑料制品，模具表面的工作温度短时间

148、内）高速成型的塑料制品，模具表面的工作温度短时间内会超过会超过400。为保证模具的使用精度，防止塑料制件在脱模。为保证模具的使用精度，防止塑料制件在脱模后由于温度过高而变形，模具材料应该具有良好的导热性能，后由于温度过高而变形，模具材料应该具有良好的导热性能，可选用铍青铜或高强度铝合金来制造。可选用铍青铜或高强度铝合金来制造。 （7）塑料制件形状越复杂，模具型腔的加工越困难，需选）塑料制件形状越复杂，模具型腔的加工越困难，需选用加工性能好和热处理变形小的模具材料；塑料制件越大，型用加工性能好和热处理变形小的模具材料；塑料制件越大，型腔的切削加工量也越大，切削力也大，此时模具材料最好选用腔的切削

149、加工量也越大，切削力也大，此时模具材料最好选用易切削钢；塑料制件较小时，模具型腔体积小，切削量和切削易切削钢；塑料制件较小时，模具型腔体积小，切削量和切削力通常也较小，所以小型模具往往可以选用预硬钢。力通常也较小，所以小型模具往往可以选用预硬钢。 （8）若要求塑料模具的交货时间越短越好，采用铸造尤其是）若要求塑料模具的交货时间越短越好，采用铸造尤其是精密铸造方法制造塑料模是缩短加工周期的好方法，此时可选用精密铸造方法制造塑料模是缩短加工周期的好方法，此时可选用特别适合于精铸成型的铝合金或锌合金。对于钢制塑料模，若选特别适合于精铸成型的铝合金或锌合金。对于钢制塑料模，若选用易切削预硬钢，也可大大

150、缩短制模周期。用易切削预硬钢，也可大大缩短制模周期。塑料模具选材的实际应用塑料模具选材的实际应用 2. 根据塑料制品的生产批量选择模具材料根据塑料制品的生产批量选择模具材料 生产批量大小，对模具的耐磨性和使用寿命有不同的要求。生产批量大小，对模具的耐磨性和使用寿命有不同的要求。 一般，生产批量较小时，为降低模具造价，可选用较普通的一般，生产批量较小时，为降低模具造价，可选用较普通的材料，如铝合金、锌合金、碳素钢及合金结构钢等来制造模具；材料，如铝合金、锌合金、碳素钢及合金结构钢等来制造模具； 而生产批量较大时，应根据模具工作条件以及对模具质量的而生产批量较大时，应根据模具工作条件以及对模具质量

151、的要求来选材，一般选用高级优质的塑料模具钢。要求来选材，一般选用高级优质的塑料模具钢。 塑料模具成型件的材料选用与生产批量的关系见下表。塑料模具成型件的材料选用与生产批量的关系见下表。 四四. 塑料模具辅助零件的材料选用塑料模具辅助零件的材料选用 1. 塑料模具辅助零件，抛光性、耐蚀性等要求较低，可选用塑料模具辅助零件，抛光性、耐蚀性等要求较低，可选用常用的塑料模具钢，经过合理的热处理，性能完全能达到要求，常用的塑料模具钢，经过合理的热处理，性能完全能达到要求，从而降低模具造价，模具辅助零件常用材料选用举例及热处理见从而降低模具造价，模具辅助零件常用材料选用举例及热处理见表表14。 2. 对于

152、模板材料，在满足硬度条件和良好加工性能外，又提对于模板材料，在满足硬度条件和良好加工性能外，又提出防止锈蚀的要求，采用表面施镀，如化学镀镍（出防止锈蚀的要求，采用表面施镀，如化学镀镍（ENP），而且），而且要确保内部管道也要施镀，这样增加了成本。若采用不锈钢，能要确保内部管道也要施镀，这样增加了成本。若采用不锈钢，能满足耐腐蚀和其它性能要求，但不锈钢价格相对较高，通过选择满足耐腐蚀和其它性能要求，但不锈钢价格相对较高，通过选择一定的标准模板尺寸和大批量订购，可大大降低其价格，同时，一定的标准模板尺寸和大批量订购，可大大降低其价格，同时，因为勿需再施镀，也可以节约成本。用不锈钢作为模板材料将成因

153、为勿需再施镀，也可以节约成本。用不锈钢作为模板材料将成为发展趋势。为发展趋势。 五五. 塑料模具表面处理工艺塑料模具表面处理工艺 由于对某些零件的精度、硬度、表面质量的要求越来越高，由于对某些零件的精度、硬度、表面质量的要求越来越高，相应地对模具也提出了高精度、高硬度、高耐磨性和高腐蚀性的相应地对模具也提出了高精度、高硬度、高耐磨性和高腐蚀性的要求。要求。 表面强化技术不仅能提高模具表面耐磨性及其他性能，而且表面强化技术不仅能提高模具表面耐磨性及其他性能，而且能使模具心部保持足够的强韧性，这对于改善模具的综合性能，能使模具心部保持足够的强韧性，这对于改善模具的综合性能，节约合金元素，大幅度降低

154、成本，充分发挥材料的潜力等都是十节约合金元素，大幅度降低成本，充分发挥材料的潜力等都是十分有效的。分有效的。 实践证明，表面强化处理是提高模具质量和延长其使用寿命、实践证明，表面强化处理是提高模具质量和延长其使用寿命、降低生产成本的重要途径。降低生产成本的重要途径。 第五节第五节 模具表面处理模具表面处理 模具主要依靠型腔表面进行工作，模具的失效模具主要依靠型腔表面进行工作，模具的失效80以上为表以上为表面损伤，如磨损、疲劳、腐蚀等。面损伤，如磨损、疲劳、腐蚀等。 对模具型腔表面进行处理，可以提高其表面硬度，改变表层对模具型腔表面进行处理，可以提高其表面硬度，改变表层化学成分和组织，因而，可以

155、提高其耐磨性、抗粘附性、疲劳抗化学成分和组织，因而，可以提高其耐磨性、抗粘附性、疲劳抗力和耐腐蚀性等，不仅可以有效地延长模具的使用寿命，降低生力和耐腐蚀性等，不仅可以有效地延长模具的使用寿命，降低生产成本，而且还能提高被加工件的表面质量。产成本，而且还能提高被加工件的表面质量。 表面处理方法的很多，用于各类模具都有很好的效果，常用表面处理方法的很多，用于各类模具都有很好的效果，常用的表面处理方法主要是化学热处理和表面覆盖技术，具体处理方的表面处理方法主要是化学热处理和表面覆盖技术，具体处理方法见下表。法见下表。模具表面处理的主要方法模具表面处理的主要方法 一、表面淬火一、表面淬火 定义：表面淬

156、火是将工件（模具）的表面层淬透到一定义：表面淬火是将工件（模具）的表面层淬透到一定的深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。定的深度，而心部仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。 工艺特征工艺特征: :通过快速加热使工件的表层奥氏体化通过快速加热使工件的表层奥氏体化, ,然后然后急冷急冷, ,使表层形成马氏体组织使表层形成马氏体组织, ,而心部仍保持不变。而心部仍保持不变。 目的：使表面获得高硬度、高耐磨性，而心部仍然保目的：使表面获得高硬度、高耐磨性，而心部仍然保持原有的良好韧性。持原有的良好韧性。 表面淬火加工的方法表面淬火加工的方法 感应（高、中、工频）淬火、火焰淬火、电接触淬

157、火、激感应（高、中、工频）淬火、火焰淬火、电接触淬火、激光淬火、电子束淬火、盐浴炉淬火等。光淬火、电子束淬火、盐浴炉淬火等。 1. 1. 感应淬火感应淬火 感应淬火就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进感应淬火就是利用电磁感应在工件内产生涡流而将工件进行加热，将工件表面加热到淬火温度，随后用水和其他冷却介行加热，将工件表面加热到淬火温度，随后用水和其他冷却介质急速进行冷却的工艺过程。感应加热设备按电源频率分为工质急速进行冷却的工艺过程。感应加热设备按电源频率分为工频、中频、高频和超声频。频、中频、高频和超声频。 （1 1）感应加热的原理及设备）感应加热的原理及设备 感应加热的原理及设备示意

158、图见下图所示。感应器是感应感应加热的原理及设备示意图见下图所示。感应器是感应加热的主要设备，感应器的选择要保证工件表面加热层温度均加热的主要设备，感应器的选择要保证工件表面加热层温度均匀、电效率高、容易制造、安装操作方便等。匀、电效率高、容易制造、安装操作方便等。感感应应加加热热表表面面淬淬火火示示意意图图集肤效应示意图集肤效应示意图 感应加热的基本方法：同时加热法、连续加热法。感应加热的基本方法：同时加热法、连续加热法。 （2 2）工艺要求）工艺要求 电流频率是感应加热的主要工艺参数之一，需根据要求的电流频率是感应加热的主要工艺参数之一，需根据要求的硬化层深度来确定。硬化层深度来确定。 硬化

159、硬化层深度（层深度（）与电流频率（）与电流频率（ f ）的关系为）的关系为 （mm） 表面淬火前，必须对工件进行正火或调质处理，以保证工表面淬火前，必须对工件进行正火或调质处理，以保证工件有良好的基体。件有良好的基体。 表面淬火后，必须对工件进行低温回火处理，以降低淬火表面淬火后，必须对工件进行低温回火处理，以降低淬火 应力和脆性。应力和脆性。 （3 3）生产特点生产特点 工艺简单、工件变形小、生产效率高、节省能源、环境污工艺简单、工件变形小、生产效率高、节省能源、环境污染少、工艺过程易于实现机械化和自动化等优点。染少、工艺过程易于实现机械化和自动化等优点。 设备投资大，不适于复杂形状零件和小

160、批量生产。设备投资大，不适于复杂形状零件和小批量生产。 2. . 火焰淬火火焰淬火 火焰淬火是采用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰所产生的火焰淬火是采用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰所产生的高温，将工件表面加热到淬火温度，随后用水和其它冷却介质高温，将工件表面加热到淬火温度，随后用水和其它冷却介质进行冷却的工艺过程。进行冷却的工艺过程。 （1 1）火焰淬火的基本操作方法）火焰淬火的基本操作方法 基本操作方法有固定加热法、移动加热法、旋转加热法、基本操作方法有固定加热法、移动加热法、旋转加热法、旋转移动加热法，下图所示为移动加热法。旋转移动加热法，下图所示为移动加热法。 （2 2）淬火介质及冷却方式）

161、淬火介质及冷却方式 对于手动火焰淬火，可将工件投入油中或水中冷却，该方对于手动火焰淬火，可将工件投入油中或水中冷却，该方法硬化层较深，适用于不需要急冷的合金钢和简单碳钢小工件。法硬化层较深，适用于不需要急冷的合金钢和简单碳钢小工件。对表面硬度要求高的工件，表面需要急冷，可在喷嘴上加工喷对表面硬度要求高的工件，表面需要急冷，可在喷嘴上加工喷射孔喷射冷却剂进行连续加热冷却。射孔喷射冷却剂进行连续加热冷却。 （3 3）火焰淬火的特点）火焰淬火的特点 设备简单，操作方便，成本低；设备简单，操作方便，成本低； 淬火质量不稳定；淬火质量不稳定； 适用于多品种少量、成批局部表面淬火、大型零件的表面适用于多品

162、种少量、成批局部表面淬火、大型零件的表面淬火。淬火。 3. 激光淬火激光淬火 （1）原理：高能量激光束（）原理：高能量激光束（104105W/cm2 ）快速加热材）快速加热材料表面（料表面（105106/S)，依靠自身传热迅速冷却（约，依靠自身传热迅速冷却（约104 /S)。 （2）特点）特点 加热速度快、温度高、时间短、冷却快；加热速度快、温度高、时间短、冷却快； 硬度高（比普通淬火高硬度高（比普通淬火高520%）、硬化层浅（）、硬化层浅（0.32.0mm）；）； 局部处理，热影响区小，淬火变形、残余应力小；局部处理，热影响区小，淬火变形、残余应力小； 操作灵活、方便，可对形状复杂零件进行处

163、理，如沟槽、操作灵活、方便，可对形状复杂零件进行处理，如沟槽、内孔等。内孔等。 二、化学热处理二、化学热处理 1. 定义定义: 将工件置于一定的化学介质中将工件置于一定的化学介质中 ，通过加热、保，通过加热、保温，使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层，改变表层的温，使介质中一种或几种元素原子渗入工件表层，改变表层的化学成分和组织的热处理工艺。化学成分和组织的热处理工艺。 2. 化学热处理的基本过程化学热处理的基本过程 （1）分解：化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。）分解：化学介质在高温下释放出待渗的活性原子。 2CO CO2 +C （2）吸收：活性原子被工件表面吸收和溶解。）吸收：活性原

164、子被工件表面吸收和溶解。 （3）扩散：活性原子由工件表面向内部扩散）扩散：活性原子由工件表面向内部扩散, 形成一定的形成一定的扩散层。扩散层。 3. 化学热处理进行的条件化学热处理进行的条件 （1）渗入元素的原子必须是活性原子，而且具有较大的扩）渗入元素的原子必须是活性原子，而且具有较大的扩散能力；散能力； （2）工件本身具有吸收渗入原子的能力，即对渗入原子有）工件本身具有吸收渗入原子的能力，即对渗入原子有一定的溶解度或能与之化合，一定的溶解度或能与之化合， 形成化合物；形成化合物； 4. 化学热处理的种类化学热处理的种类 化学热处理的种类很多，根据所渗元素的不同可分为：渗化学热处理的种类很多

165、，根据所渗元素的不同可分为：渗碳、渗氮、碳氮或氮碳共渗、渗硼、渗铝、渗硫、渗硅、渗铬碳、渗氮、碳氮或氮碳共渗、渗硼、渗铝、渗硫、渗硅、渗铬等。等。 （1）渗碳）渗碳 1）定义：渗碳是使碳原子渗入钢制工件表面的化学热处）定义：渗碳是使碳原子渗入钢制工件表面的化学热处理工艺。理工艺。 2）目的：获得具有目的：获得具有“表硬里韧表硬里韧”性能的零件。性能的零件。 渗层要求：渗层要求： 足够高的含碳量，足够高的含碳量， w（C）= 0.85%1.05%；合适的渗层深度（；合适的渗层深度（0.52.0mm）；渗层含碳量分布）；渗层含碳量分布要平缓。要平缓。 3）用钢：低碳钢和低碳合金钢。用钢：低碳钢和低

166、碳合金钢。 w（C）= 0.1%0.25%（保证心部足够的韧性）；（保证心部足够的韧性）； 合金元素：合金元素：Cr，Mn（固溶强化，提高淬透性）；（固溶强化，提高淬透性）； Mo、W、V、Ti、B（细化晶粒，防止回火脆性）。（细化晶粒，防止回火脆性）。 4）渗碳方法：根据渗碳介质的物理状态不同，渗碳包括）渗碳方法：根据渗碳介质的物理状态不同，渗碳包括固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳、真空渗碳和离子渗碳等。其固体渗碳、液体渗碳、气体渗碳、真空渗碳和离子渗碳等。其中气体渗碳原料气资源丰富，工艺成熟，应用最广泛。中气体渗碳原料气资源丰富，工艺成熟，应用最广泛。 固体渗碳法示意图固体渗碳法示意图零件零件

167、渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱气体渗碳法示意图气体渗碳法示意图5）工艺：加热温度为）工艺：加热温度为900950； 渗碳时间一般为渗碳时间一般为39小时。小时。6）渗碳后的组织（缓冷）渗碳后的组织（缓冷） 1%CP+Fe3C0.2%C F + P少少表面表面中心中心 零零 件件P P+F 7） 渗碳后的热处理工艺渗碳后的热处理工艺时间温温度度930850方案方案1方案方案2渗渗 碳碳淬淬火火加加热热预冷预冷 8）热处理后的组织）热处理后的组织低碳低碳M回回+FM回回+Cm+A残残低碳低碳合金钢合金钢F+PM回回+Fe3C+A残残低碳钢低碳钢心部组织心部组织表层组织表层组织钢种钢种

168、 9）常用的钢种：）常用的钢种：15、20、20Cr、20Mn2、20CrMnTi、18Cr2Ni4WA等。等。20CrMnTi 钢渗碳层组织 ( 化染 ) 320 渗碳体( 白色块状 ) + 高碳M( 兰色针状 ) + 残余A( 棕黄色 )20CrMnTi 钢渗碳层组织钢渗碳层组织 ( 化染化染 ) 320 渗碳体渗碳体( 白色块状白色块状 ) + 高碳高碳M( 兰色针状兰色针状 ) + 残余残余A( 棕黄色棕黄色 ) （2）渗氮）渗氮 1）定义：将工件置于含氮介质中，加热到较低温度，是）定义：将工件置于含氮介质中，加热到较低温度，是氮渗入其表面，形成以氮化物为主的渗层的化学热处理工艺。氮渗

169、入其表面，形成以氮化物为主的渗层的化学热处理工艺。 2）目的：获得具有表硬内韧及高耐蚀性和抗疲劳性能的）目的：获得具有表硬内韧及高耐蚀性和抗疲劳性能的工件。工件。 3）用钢：中碳合金钢。）用钢：中碳合金钢。 4）渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。）渗氮方法：气体渗氮、离子渗氮等。 5）热处理工艺：）热处理工艺：加热温度加热温度500600； 保温时间保温时间0.30.5mm/2050h。 6）热处理特点：）热处理特点： 渗氮前需要调质处理；渗氮后不需热处理。渗氮前需要调质处理；渗氮后不需热处理。 7）渗氮处理后的组织：）渗氮处理后的组织： 表层：表层：Fe4N、Fe2N、AlN、CrN、MoN、

170、TiN、VN； 心部：心部：S回。回。 8）常用的钢种：）常用的钢种：35CrMo、18CrNiW、38CrMoAl（氮化（氮化王牌钢）等。王牌钢）等。38 CrMoAl 气体渗氮层组织气体渗氮层组织 ( 化染化染 ) 650 黄色区黄色区: ( Fe2-3N ) + ( Fe4N ) ; 红色区色区 : ( Fe4N ) ;蓝绿色区色区:含氮索氏体含氮索氏体 + 脉状氮化物脉状氮化物;绿黄色区黄色区:索氏体基体。索氏体基体。渗碳与渗氮的工艺特点渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要处理后是否需要热处理热处理处理时间处理时间 （ h ）处理温度处理温度（ ）名称名称需要需要39900950渗碳渗碳

171、不需要不需要2050500600渗氮渗氮渗碳与渗氮的工艺特点渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要处理后是否需要热处理热处理处理时间处理时间 （ h ）处理温度处理温度（ ）名称名称需要需要39900950渗碳渗碳不需要不需要2050500600渗氮渗氮渗碳与渗氮的工艺特点渗碳与渗氮的工艺特点处理后是否需要处理后是否需要热处理热处理处理时间处理时间 （ h ）处理温度处理温度（ ）名称名称需要需要39900950渗碳渗碳不需要不需要2050500600渗氮渗氮 （3）碳氮共渗）碳氮共渗 1）定义：将模具置于能产生碳、氮活性原子的介质中加）定义：将模具置于能产生碳、氮活性原子的介质中加热并保温，使模

172、具表面同时吸收碳和氮原子，并向模具内部扩热并保温，使模具表面同时吸收碳和氮原子，并向模具内部扩散，形成具有一定厚度的碳氮浓度梯度，最后按适当方式冷却散，形成具有一定厚度的碳氮浓度梯度，最后按适当方式冷却（一般是直接淬火）的方法。（一般是直接淬火）的方法。 2）目的：获得具有表硬内韧性能的工件。）目的：获得具有表硬内韧性能的工件。 3）碳氮共渗的方法：根据使用介质的物理状态不同，可）碳氮共渗的方法：根据使用介质的物理状态不同，可以分为气体法、液体法和固体法三类。我们主要学习气体碳氮以分为气体法、液体法和固体法三类。我们主要学习气体碳氮共渗。根据共渗温度的不同，又可分为低温、中温、高温碳氮共渗。根

173、据共渗温度的不同，又可分为低温、中温、高温碳氮共渗三种。共渗三种。 4 4）工艺）工艺名称名称低温气体碳氮共渗低温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗中温气体碳氮共渗温度温度()500600800860作用作用以渗氮为主以渗氮为主以渗碳为主以渗碳为主渗层渗层0.10.4mm0.50.8mm热处理热处理不需要不需要淬火淬火+低温回火低温回火性能性能HRC5463HRC5360材料材料合金工具钢合金工具钢合金结构钢合金结构钢 20CrMnTi 钢碳氮共渗层组织钢碳氮共渗层组织1.针状M + 残余A ; 2.混合M + 残余A ; 3.板条M + 针状M123三、表面涂覆三、表面涂覆 随着科学技术的发展，对

174、模具提出了高精度、高硬度、高随着科学技术的发展，对模具提出了高精度、高硬度、高耐磨性的要求。我国已开发了一些模具钢，但其表面性能仍显耐磨性的要求。我国已开发了一些模具钢，但其表面性能仍显不足，因此表面强化技术应运而生，尤其是表面涂覆技术能够不足，因此表面强化技术应运而生，尤其是表面涂覆技术能够大幅提高材料的表面性能。大幅提高材料的表面性能。 表面涂覆技术主要包括涂镀技术、热喷涂技术、堆焊技术表面涂覆技术主要包括涂镀技术、热喷涂技术、堆焊技术及激光熔覆、气相沉积技术、热扩散法碳化物覆层处理，其中及激光熔覆、气相沉积技术、热扩散法碳化物覆层处理，其中涂镀技术包括：电镀、电刷镀、化学镀、热浸镀，气相沉积技涂镀技术包括：电镀、电刷镀、化学镀、热浸镀，气相沉积技术包括：物理气相沉积（术包括：物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积技术（）和化学气相沉积技术（CVD）。）。