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1、模具工程材料复习资料（2017.10）第一章模具材料概论1、韧性：韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗产生裂纹的一个特性，反映了模具的脆断抗力，常用冲击韧度K来评定。2、疲劳抗力：疲劳抗力是反映材料在交变载荷作用下抵抗疲劳破坏的性能指标。3、强度：是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。抗拉强度是反映冷作模具材料断裂抗力的指标。 4与合金钢1Cr13、 Cr12相比，GCr15的铬元素含量最少，但成本最低。 5在合金元素中，钨能够造成二次硬化，显著提高钢的热硬性的元素；6、在合金元素中，钒能显著提高钢的耐磨性和热硬性，但作为冷作模具钢的合金元素，钒不能增加钢的淬透性。7以下模具材料中，20CrMnT
2、i的热处理淬透性比40Cr、 GCr15要好。8、模具的主要失效形式是断裂、过量变形、表面损伤和冷热疲劳。9在模具的失效形式中，蠕变超限属于过量变形。10、钢的硬度主要决定于其化学成分和组织。在钢的组织中渗碳体的硬度最大的。11、随着含碳量的增加，钢的硬度、强度和耐磨性提高，塑性、韧性变差。12为了使锻后毛坯的断裂韧度得到改善，常采用高温调质热处理工艺。13、在模具材料选定之后，模具钢的锻造和热处理对模具的使用性能影响很大。14、模具材料对模具寿命的影响包括：模具材料的种类、化学成分、组织结构、硬度和冶金质量等。15、在模具中常遇到的磨损形式有磨料磨损、粘着磨损、氧化磨损和疲劳磨损。16、在磨
3、料磨损的条件下，影响耐磨性的主要因素有：硬度和组织。17、模具材料的淬火和回火是保证模具工作零件性能的中心环节。18、钢的基体组织中，铁素体耐磨性最差，马氏体耐磨性较好，下贝氏体耐磨性最好。19、模具失效分析的步骤：1）生产现场调查。了解模具设备状况和操作工艺，统计模具的寿命和失效形式。2）模具用材和制造工艺调查。复查模具材料的化学成份和冶金质量，详细了解模具的锻造、机械加工、热处理工艺及操作过程。3）对模具进行失效分析。20、我国模具材料技术的发展趋势：1）积极引进、开发高性能模具新材料。2）大力推广应用效果明显的模具新材料，建立研、产、销、用一体化渠道。3）充分重视模具的正确选材。4）大力
4、发展、应用模具的强韧化处理新工艺及模具表面处理新技术。21、在模具的使用过程中，影响模具寿命的因素：1）锻压设备的性能。2）被加工材料的性质。3）模具的安装和使作条件。4）模具操作规程及维护。22、模具制造质量对模具寿命的影响：1）模具零件加工精度的影响。2）模腔表面粗糙度的影响。3）模具硬度均匀性的影响。4）模具装配精度的影响。第二章冷作模具材料1、冷作模具包括冷冲压模、冷挤压模、冷镦模、拉丝模等。2、冷作模具材料的工艺性能包括：可锻性、可切削性、可磨削性、热处理工艺性等。3、冷作模具对可加工性的要求是：切削力小、刀具磨损小、加工表面光洁。4、拉丝模的失效形式主要是磨损和崩刃等。拉深模常见的
5、失效形式是粘附。5重载冷冲模主要失效形式是崩刃、折断，选材时，应重点保证模具获得高强韧性。6 T7A 、T8A、 T10A 、GCr15等碳素工具钢都属于低淬透性冷作模具钢。 T7A适合制作易脆断的小型模具或承受冲击载荷较大的模具；GCr15耐磨性是最好的。7T8钢奥氏体化后进行油淬，其组织为M+B下+A残。8 碳素工具钢具在退火热处理状态有硬度较低、切削加工性好等性能。9高速钢淬火后应进行多次回火，以消除残余奥氏体，使碳化物充分析出。10晶粒细小可提高冷作模具钢抗疲劳性能。晶粒细小可提高冷作模具抗疲劳性11、冷作模具的硬度一般应保证在60HRC左右。 12 6W6Mo5Cr4V被称为高强韧性
6、模具钢，适合加工冷作模具。13在挤压模具设计中，Cr12普遍应用于正挤压模具。14 Cr12 型钢属于莱氏体钢，铸态组织中含有大量的共晶碳化物。15冷作模具材料中，Cr5MoV适宜做大、中型拉深凹模镶块材料。16、冷作模具材料中，要提高模具寿命，可选YG8、YG15等硬质合金。17钢结硬质合金的终锻温度一般是控制在900左右。18、对于高承载的高速钢冷作模具，采用低温淬火、低温回火可以防止崩刃和折断。19、高合金冷作模具钢因淬透性好，可用较缓的冷却介质淬火，如气冷、油冷、盐浴分级淬火等。20、冷作模具的循环超细化处理：将冷作模具以较快的速度加热到Ac1或以上的温度，经短时停留后立即淬火冷却，如
7、此循环多次。21、冷挤压：在常温下，利用模具在压力机上对金属以一定的速度施加相当大的压力，使金属产生塑性变形，从而得到所需零件的形状和尺寸精度。22、冷挤压模具的选材要点：1）碳素工具钢只宜作挤压应力小、生产批量小的正挤压模具。2）Cr12型钢是正挤压模具普遍采速用的钢种。3）高速钢的抗压强度、耐磨性高，可用作挤压负荷大的反挤压模具。4）降碳高速钢和基体钢主要用于冷挤压冲头。5）对于大批量生产的冷挤压模具，应采用硬质合金。23、回火稳定性反应了冷作模具受热软化的抗力。24常用冷作模具类型：1）低淬透性冷作模具钢：如T10A、T8A、GCr15等，适宜制造尺寸较小、形状简单、负荷较轻、生产批量不
8、大的冷作模具，常用来制作小型切边模、落料模以及小型的拉深模。2）低变形冷作模具钢：是在碳素工具钢基础上加入少量合金元素而发展起来的，通常加入的合金元素的Cr、Mn、Si、W、V等。如CrWMn、9SiCr等，广泛用于制造要求变形小，形状较复杂的轻载冲裁模（冲裁板厚小于2mm），轻载拉延、弯曲、翻边模等。3）高耐磨微变形冷作模具钢：如Cr12、Cr12MoV等，广泛用来制造形状复杂的重载冷作模具，如切边模、落料模、拉丝模、搓丝模等。4）高强度高耐磨冷作模具钢：如W18Cr4V等，主要用于重载冲头，如冷挤压冲头、冷镦冲头、中厚钢板冲孔冲头。5）、基体钢：是具有高速钢正常淬火基体成分的钢，这类钢过剩
9、碳化物少，细小均匀，工艺性能好，强韧性有明显改善。25、冷冲裁模制造工艺路线：毛坯下料锻造球化退火（预先热处理）机械粗加工调质半精加工去应力退火精加工淬火、回火精磨。26、冷冲裁模的热处理：1）球化退火：2）调质；3）去应力退火；4）淬火、回火。27、冷作模具中，6CrNiSiMnMoV(GD)钢的主要性能：1）钢的冲击韧度、断裂韧度和抗压屈服强度好。2）碳化物偏析小，可以不改锻，下料后直接使用。3）淬透性良好，空冷可以淬硬，淬火变形小。4）淬火加热温度低、区间宽。5）淬硬性良好，淬火硬度可至6465HRC. 28、在冷作模具的淬火热处理工艺要点：1）合理选择淬火加热温度。2）合理选择淬火保温
10、时间。3）合理选择淬火介质。4）采用合适的淬火加热保护措施。29、冷作模具材料中高碳高合金钢的锻造工艺要点：1）锻造加热和冷却要以缓慢和均匀的速度进行。2）严格控制锻造温度范围。3）锻造时，所用工具的圆角半径要大些，表面要光洁并进行预热。4）锤击操作要两轻一重和两均匀。5）锻件要尽量避免冲孔和扩孔。30、冷镦模热处理工艺特点：1）对于碳素工具钢制冷镦凹模，常采用喷水淬火法。2）冷镦模必须充分回火，使其内应力充分释放。3）采用中温淬火和中温回火工艺。4）采用快速加热工艺。5）采用表面处理。第三章热作模具材料1热作模具的加工对象是高温软化状态的坯料，故所受的工作应力要比冷作模具小很多。2、热作模具
11、包括热锻模、热精锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。3在热作模具中，压铸模的工作温度最高的。4、压铸模常见的失效形式是热疲劳开裂、热磨损和热熔蚀。5 3Cr2W8V是应用最广泛的典型的压铸模用钢。6常见的调质钢大都属于中碳低合金钢。7、热作模具钢的成份与合金调质钢相似，其碳的质量份数为0.5%。8、热作模具钢在锻打操作时应轻重轻9在高熔点热作模具材料中，熔点在1650的金属称为难熔金属。10、高温合金的种类很多，有铁基、镍基、钴基合金等。11对于形状简单、防变形要求不高的压铸模应采用油冷的淬火冷却方式。12、热硬性：是指模具在受热或高温条件下保持高硬度的能力。13在热作模具钢中，5CrMnMo
12、适合于制造受力较轻的中小型锤锻模的材料。5CrMnMo适合于制造受力较轻的中小型锤锻模具材料。145CrNiMo适合于制造形状复杂、冲击负荷大、要求高强度和高韧性的中大型锤锻模。154Cr5W2VSi适合于制作热模锻压力机锻模中锻件顶杆材料。16在模具材中，8Cr3不能作热锻模用钢。17、热挤压模具的高温调质：将锻后的模具毛坯加热到高温淬火，再经高温回火，使锻后毛坯的力学性能得到改进。18、热作模具的双重淬火法（复合强韧化处理）：将模具的锻热淬火和最终热处理淬火回火相结合的处理工艺。19、为提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳和抗粘附性能，可采用离子渗氮的方法。20、金属陶瓷硬质合金：此类合金
13、是将一些高熔点、高硬度的金属碳化物粉末（如WC、TiC等）和粘结剂（Co、Ni等）混合后，加压成型，再经烧结而成的一种粉末冶金材料。21、热疲劳：在反复热应力作用下，热作模具表面会形成网状裂纹（龟裂），这种现象称为热疲劳。22、保证耐热性的关键是模具的组织应有较好的热稳定性。23、压铸模的热处理工艺特点：1）压铸模型腔复杂，粗加工后应进行去应力退火。2）压铸模的预处理一般采用球化退火或调质处理。3）压铸模用钢多为高合金钢，导热性差，加热必须缓慢进行。4）压铸模必须充分回火。5）压铸模常打用表面强化处理。24、压铸模表面强化处理的目的：为了防止熔融金属粘模、侵蚀，提高压铸模成形部分的抗蚀性和耐磨
14、性，压铸模常采用表面强化处理。（3分）压铸模常用的表面强化处理方法有：氮化、氮碳共渗、渗铬、渗铝、渗硼等。25、铬系热作模具钢的特点；因含铬量较多，具有较高的淬透性。耐热疲劳抗力较好，回火稳定性较高。与钨系热作模具钢相比，有较高的韧性，但高温强度不足。因所含碳化物种类和数量大致相同，因而过热敏感性也大致相同。铬系热作模具钢热塑性较高，锻造开裂倾向较小，但锻造温度范围稍窄，必须严格控制锻打温度。26.热挤压模具的制造工艺路线一般为：下料锻造预先热处理机械加工淬火、回火精加工。锻造：、是为了改善碳化物的均匀性。预先热处理：包括退火、高温调质、锻后正火。淬火加回火：是为了得到优良的综合力学性能，如硬
15、度冲击韧度等。第四章塑料模具用钢1、塑料模常见的失效形式有：磨损及腐蚀、塑性变形和断裂。2环氧树脂、酚醛树脂等属于热固性塑料；聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯等属于热塑性塑料。3、热固性塑料压缩模的工作条件：模具的工作温度为160250，模具型腔所受压力大，型腔面易磨损、腐蚀，脱模、合模时受到较大的冲击载荷。4热固性塑料压缩模的工作温度一般在160250，故模具要有红硬性。5、热固性塑料压缩模的工作特点：该类模具压制各种胶木塑件，原料中加入一定量的填充剂，在热压状态下成型。所以热负荷和机械负荷都较大，而填充剂致使模腔磨损也严重。6在模具材料的性能参数中，红硬性与模具的镜面抛光性无关。 7若需要呈现镜面
16、光泽，模具型腔的表面粗糙度应不高于Ra0.5m 。8在塑料模具钢中，Cr2Mo属于预硬型塑料模具钢。20CrNiMo属于渗碳型塑料模具钢。3Cr13属于耐蚀型塑料模具钢。925CrNi3MoAl主要应用于玩具、文具、线路板等塑料模具。10、预硬钢：所谓预硬钢就是供应时已预先进行了热处理，并使之达到模具使用态硬度，在这硬度条件下把模具加工成形不再进行热处理而使用，从而保证了模具的制造精度。11、预硬钢的预先热处理通常采用球化退火。12、塑料模热处理基本要求：（1）适合的工作硬度和足够的韧性。（2）确保淬火微小变形（3）表面无缺陷易于抛光（4）有足够的变形抗力13、为了提高塑料模表面耐磨性和耐蚀性
17、等，常对其进行适当的表面处理。14、塑料模具钢的固溶处理：把钢加热到高温，使各种合金元素熔入奥氏体中，完成奥氏体化后淬火获得马氏体组织的热处理工艺。15、对于渗碳型塑料模具钢，其热处理工艺为渗碳、淬火和低温回火等。16、塑料模具钢的时效处理：把钢加热到某一较低温度并保温一段时间后，固溶体中就会析出细小弥散的金属化合物，从而造成钢的强化和硬化。17、塑料模具材料选择时的要点：1）塑料制品的种类和质量要求。2）塑件的生产批量。3）塑件的尺寸大小及精度要求。4）塑件的复杂程度。18当塑料中含有石英粉等填充剂时，其模具选材时要特别注意型腔的磨损。19、时效硬化型塑料模具用钢的成分及性能特点：1）碳含量
18、低、合金度高。2）经高温淬火后，组织为单一的过饱和固溶体，处于软化状态，便于机械成形加工，然后进行时效处理，造成钢的强化和硬化。3）钢的纯净度高，镜面抛光性和光刻蚀性能良好。4）可通过表面处理来提高耐磨性和耐蚀性。20、成型聚乙烯塑料制品的模具，其模具选材时要特别注意型腔的腐蚀。21、塑料模冷挤压成形的制造工艺路线为：下料锻造模坯退火机械粗加工冷挤压成形再结晶退火机械半精加工渗碳淬火、回火机械精加工抛光镀铬装配。第五章模具表面强化技术1、模具表面强化技术包括：不改变表面化学成分的方法、改变表面化学成分的方法和表面形成覆盖层的方法三大类。2在表面强化技术中，离子注入改变了表面化学成分；而激光相变
19、硬化不改变表面化学成分。离子注入属于改变表面化学成分的方法。3、化学热处理：化学热处理是指将金属或合金工件置于一定活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。4碳氮共渗：向工件表层同时渗入碳和氮，并以渗碳为主的化学处理工艺。5氮碳共渗（软氮化）：向工件表层同时渗入氮和碳，并以渗氮为主的化学处理工艺。6、硫氮碳共渗：是将工件置于含有活性S、N、C原子的介质中，保温一段时间，使工作表面同时渗入这三种元素的化学热处理工艺。7、渗铬具有优良的耐磨性、抗高温氧化和耐磨损性能，适用于碳钢、合金钢和镍基或钴基合金工件。8、常用的渗氮方法主要是气体渗氮和离子渗氮9、
20、气体碳氮共渗的特点：1）共渗层力学性能具有渗碳层和渗氮层的特点。2）由于氮的渗入提高了渗层的淬透性。3）由于共渗温度比单一渗碳低，奥氏体晶粒细，保证了工作心部的强韧性。4）氮碳共渗的速度显著大于单一渗的速度，生产效率高。10、渗氮的特点：1）具有高的表面硬度及耐磨性能。2）具有高的疲劳抗力及耐蚀性。3）渗氮处理温度低。4）渗氮层浅，脆性大，只适合含铬、钼等的合金钢。11、渗氮常用于冲击作用小的压铸模、塑料模、热挤压模、冷冲模等。12为了提高冷镦模的耐磨性和抗咬合性，冷镦模通常进行渗硼处理。13、液体渗硼包括盐浴渗硼和电解盐浴渗硼两大类。14模具钢的渗硼层是由硼化物层和扩散层组成。15、渗硼层的
21、特点：硬度高。耐磨性高。超过渗碳层、渗氮层的耐磨性。耐热性高。在600不氧化，800氧化极微。红硬性高：加热到600800硬度仍不降低。耐蚀性高：在酸、碱、盐中耐蚀性都很高，只是不耐硝酸腐蚀。16、在模具表面强化技术中，喷丸属于机械强化。喷丸强化能显著提高模具零件的疲劳强度。17、模具通过喷丸处理后的性能特点：1）由于喷丸在金属表面产生残留压应力和晶格畸变，从而明显减缓疲劳裂纹的产生。2）喷丸过程中，金属表面的塑性变形和残留应力状态重新分布，促使残留奥氏体转变成马氏体，从而提高模具的表面硬度、抗冲击磨损能力和疲劳强度。3）模具经喷丸后，由于圆形弹丸的高速反复锤击，削平了刀痕，改善了磨加工和电加
22、工的表面粗糙度。18在表面强化工艺中，堆焊属于表面形成覆盖层的方法。19、电镀工艺通常包括镀前表面处理、电镀和镀后处理三个部分。20、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，在工件表面上还原沉积而形成镀层。21用Cr12MoV钢制造拉深模，采用化学镀的方法，表面镀覆Ni-P后，使用寿命大幅提升22采用复合电镀的电镀方法，可把金刚石粉和金属一起镀到工件表面。23、钢制模具工作表面的电火花强化，通常采用硬质合金电极。24、电火花表面强化在模具上的应用效果显著，强化层的性能决定于基体和电极材料。25、物理气相沉积可分为真空蒸镀、阴极溅射和离子镀三类。26、化学气相沉积（）：化学气相沉积是真空度Pa的反应室中，通过一定温度（多为高温）下的气相化学反应而在工件表面生成化合物沉积层的过程。27、阴极溅射：用荷能粒子轰击某一靶材，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。29、模具表面的TiC和TiN涂层的特点：1）具有很高的硬度，低的磨擦因数和自润滑性能，抗磨粒磨损性能好。2）具有很高的熔点，化学稳定性好，具有很好的抗粘着磨损能力。另外，使用中发生冷焊和咬合的倾向也很小。3）具有较强的耐蚀能力。