常用模具材料的分类、选择和使用方法(精)

是具有特殊物理化学性能的钢。可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。 4.2按化学成分分类 按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。
4.2.1碳素钢
按含碳量又可分为低碳钢（含碳量≤0.25%）；中碳钢（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳 钢（含碳量≥0.6%）。 合金钢 按合金元素含量又可分为低合金钢（合金元素总含量≤5%）；中合金钢（合金元素总含 量5%--10%）；高合金钢（合金元素总含量＞10%）。此外，根据钢中所含主要合金 元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。
模具在现代工业中的作用
• 建国以来，我国在模具材料方面有了很大的发展，初步建立 起了具有我国特色的模具材料体系、包括冷作模具钢、热作 模具钢、塑料模具钢等系列材料，并在模具制造业广泛使用。 同时，针对不同的工作条件与环境因素，开发了多种先进的 模具材料。
1.1模具材料的分类
根据服役条件 ，模具材料分为 • 冷作模具材料 • 热作模具材料 • 塑料模具材料 • 其他模具材料
1.1模具材料的分类
一、冷作模具材料 • 冷作模具材料应用量大．使用面广，其主要 性能要求有强度、硬度、韧性和耐磨性。近 年来碳素工具钢的使用愈来愈少，而高合合 钢模具所占的比例为最高。 • 国外通用型冷作模具钢的代表钢种有低合金 模具钢O1（9CrWMn)、中合金模具钢A2 （Cr5Mo1V)和高碳高铬模具钢D3（Cr12)、 D2(Cr12Mo1V1)等
4.3按质量分类
按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为普通钢（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或 磷、硫含量均≤0.050%）；优质钢（磷、硫含量均≤0.040%）；高级优质钢（含磷
≤0.035%、含硫量≤0.030%）。 4.4按冶炼炉的种类 4.5按冶炼时脱氧程度
将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气吹转 炉钢）与电炉钢。 将钢分为沸腾钢（脱氧不完全），镇静钢（脱氧比较完全）及半镇静钢。 钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。如将钢称 为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构 钢、合金工具钢等。
3.3疲劳
前面所讨论的强度、塑性、硬度都是金属在静载荷作用下的机械性能指针。实 际上，许多机器零件都是在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲 劳。
3.金属材料机械性能
冲击韧性 以很大速度作用于机件上的载荷称为冲击载荷，金属在冲击载荷作用下抵抗破 坏的能力叫做冲击韧性。
3.4弹性 金属材料在外力作用下产生不永久变形的能力称为弹性。 3.5刚度 刚度是指金属材料抵抗弹性变形的能力。在工程应用中绝大多数零件都 在弹性状态下工作，工作过程中不允许有过多的弹性变形。因此，对 材料的刚度都有一定的要求。
按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
4.1.1结构钢
用作各种机器零件的钢，包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。 用作工程结构的钢，包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。
4.钢的分类
4.1.2工具钢
用来制造各种工具的钢。根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。
4.1.3特殊性能钢
2.金属硬度
淬火钢等硬的材料。HRA硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、表面 淬火层及渗碳层;HRC硬度有效范围是20-68(相当于HB230700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限)，适用于淬火钢及调质 钢。 2.1.2洛氏硬度HRB 洛氏硬度HRB的测量采用直径1.588mm(1/16")的钢球，适用于退火 钢、有色金属等，硬度有效范围是25-100（相当于HB60-230)。 2.1.3维氏硬度HV
1 常用模具材料的分类,选择和使用方法
1.1 模具材料的分类 1.2 模具材料的性能、选用和发展
1.金属组织
1.1金属 1.2合金
1.金属组织
具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性并且其导电能力随温度的增高而减 小，富有延性和展性等特性的物质。金属内部原子具有规律性排列的固体 （即晶体）。 由两种或两种以上金属或金属与非金属组成，具有金属特性的物质。 相：合金中成份、结构、性能相同的组成部分。
维氏硬度也是利用压痕面积上单位应力作为硬度值计量。维氏硬度所使用的压 头是锥面夹角为136º的金刚石四方锥体。试验时，在载荷P的作用下，在试 样试验面上压出一个正方形压痕。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算 压痕面积AV，以P/AV的数值表示试样的硬度，以HV表示。维氏硬度的优缺 点：维氏硬度有一个连续一致的标度；试验负荷可任意选择，所得的硬度值 相同。试验时加载的压力小，压入深度浅，对工件损伤小。特别适用于测量 零件的表面淬硬层及经过表面化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。 但是维氏硬度的试验操作较麻烦，一般在生产上很少使用，多用于实验室及 科研方面。
为避免大、中型精密塑料模具热处理后的变形， 保证模具的精度和使用性能而开发的模具材料。 在钢厂经过充分锻打后制成模块预先调质要求的 硬度（30~35HRC）后供使用单位制造模具，切 削加工成形后不再进行热处理直接使用
1.1模具材料的分类
为避免形状复杂、精密、要长寿 命的塑料模具在热处理过程中变 形，这类钢在固溶处理后进行切 削加工，现进行低温时效硬化处 理获得要求的力学性能，时效处 理后不再进行切削加工即可得到 精度很高的模具成品
1.1模具材料的分类
4Cr5MoSiV1，具有良好的 冷热疲劳性，在使用温度不 超过600℃时代替H21
3Cr2W8V，广泛用于制造黑色 和有色金属热挤压模及Cu、Al 合金的压铸模，但热稳定性差
1.1模具材料的分类
• 三、塑料模具材料
• 由于塑料模具的工作条件(加工对象)、制造方法、 精度及对耐久性要求的多样性，所以塑料模具用 钢的成分范围很大，各种优质钢都有可用之处， 且形成了范围很广的塑料模具用材料系列。
4.钢的分类
钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。钢 是经济建设中极为重要的金属材料。 按化学成分，分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。碳钢 是由生铁冶炼获得的合金，除铁、碳为其主要成分外，还含有少 量的锰、硅、硫、磷等杂质。碳钢具有一定的机械性能，又有良 好的工艺性能，且价格低廉。因此，碳钢获得了广泛的应用。但 随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满 足需要，于是人们研制了各种合金钢。合金钢是在碳钢基础上， 有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的多元合金。与 碳钢比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。 由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对 钢材加以分类。按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢 分为许多类： 4.1按用途分类
GT35、TLMW50
1.1模具材料的分类
• 冷作模具钢以高碳合金钢为主，均属热处理强化 型钢，使用硬度高于58HRC。 • 9CrWMn为典型代表的低合金冷作模具钢，仅用于 小批量生产中的简易型模具和承受冲击力较小的 试制模具； • Crl2型高碳合金钢是大多数模具的选用材料，这 类钢的强度和耐磨性较高，韧性较低； • 在对模具综合力学性能要求更高的场合，常用的 替代钢种是W6Mo5Cr4V2高速钢和基体钢。
1.1模具材料的分类
二、热作模具材料
• 由于温度和冷却条件(有无冷却、如何冷却)这两个因 素，热作模具的工作条件远比冷作模具复杂，因而热 作模具用材的系列化，除少数外不如冷作模具用材系 列完整。 • 热作模具用材的选择，在力学性能方面要兼顾热强性 (热耐磨性)和抗裂纹性能。但由于加工对象(热金属) 本身强度不高，故对热作模具材料的屈服强度要求并 不高，而加工过程中采用的冲击加工方式及不可避免 的局部急热急冷特性，对韧性提出了较高要求。
1.6机械混合物
由两种晶体结构而组成的合金组成物，虽然是两面种晶体，却是一种组成成分， 具有独立的机械性能。
பைடு நூலகம்.金属硬度
2．金属硬度
2.1硬度
金属的硬度，是指金属表面局部体积内抵抗外物压入而引起的塑性变形的抗力， 硬度越高表明金属抵抗塑性变形的能力越强，金属产生塑性变形越困难。硬 度试验方法简单易行，又无损于零件。实际常使用的硬度试验方法有：布氏 硬度、洛氏硬度和维氏硬度三种。三种硬度试验值有大致的换算关系，见表 一。 布氏硬度HB：布氏硬度是用载荷为P的力把直接D的钢球压入金属表面，并保持 一定的时间，测量金属表面上的压痕直径d，据此计算出的压痕面积AB，求 出每单位面积所受力，用作金属的硬度值，叫布氏硬度，记作HB。布氏硬度 的使用上限是HB450，适用于测定退火、正火、调质钢、铸铁及有色金属的 硬度。
1.1模具材料的分类
一般指其成分与高速钢淬火组织 钢种 中基体化学成分相同的钢 牌号举例
碳素工具钢 油淬冷作模具钢 空淬冷作模具钢 高碳高铬冷作模具钢 基体钢和低碳高速钢 硬质合金 钢结硬质合金 T7、T8、T10
一种多相结合材料，耐磨性、硬 CrWMn,9Mn2V,9SiCr,Cr2 度、机械化强度都较高。不能进 行切削加工。 Cr5Mo1V、Cr6WV、8Cr2MnWMoVS、
2.1.1洛氏硬度HRA、HRC
洛氏硬度是工业生产中最常用的硬度测量的方法，因为操作简便、迅速，可以 直接读出硬度值，不损伤工件表面，可测量的硬度范围较宽。但洛氏硬度也 有一些缺点，如因压痕小，对材料有偏析及组织不均匀的情况，测量结果分 离度大，再现性较差。洛氏硬度(HR)也是用压痕的方式试验硬度。它是用测 量凹陷深度来表示硬度值。洛氏硬度试验用的压头分硬质和软质两种。硬质 压头为顶角为120º的金刚石圆锥体，使用于
1.3固溶体
是一个（或几个）组元的原子（化合物）溶入另一个组元的晶格中，而仍保持 另一组元的晶格类型的固态金属晶体，固溶体分间隙固溶体和置换固溶体两 种。
1.4固溶强化 1.5化合物
由于溶质原子进入溶剂晶格的间隙或结点，使晶格发生畸变，使固溶体硬度和 强度升高，这种现象叫固溶强化现象。 合金组元间发生化合作用，生成一种具有金属性能的新的晶体固态结构。
Cr4W2MoV Cr12MoV、Cr12、Cr12MoV1
以高熔点碳化物WC、TiC为硬质相，以碳素 6W6Mo5Cr4V, 6Cr4W3Mo2VNb、7W7Cr4MoV 工具钢、合金工具钢或不锈钢为粘结相通过 粉末冶金真空烧结轧制而成。既具有合金钢 的可锻造、切削加工、焊接及热处理性能， YG6、YG8N、YG8C、YG15、YG25 又具有硬质合金的高硬度、高耐磨性的特点
3.金属材料机械性能
3．金属材料机械性能（或称为力学性能）
金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质 不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要 求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、弹性、 刚度、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。下面将分别讨 论各种机械性能。 3.1强度
强度是指金属材料在静荷作用下抵抗破坏（过量塑性变形或断裂）的性能。由 于载荷的作用方式有拉伸、压缩、弯曲、剪切等形式，所以强度也分为抗拉 强度、抗压强度、抗弯强度、抗剪强度等。各种强度间常有一定的联系，使 用中一般较多以抗拉强度作为最基本的强度指针。
3.2塑性
塑性是指金属材料在载荷作用下，产生塑性变形（永久变形）而不破坏的能力。
模具在现代工业中的作用
• 随着现代工业技术的发展，为提高产品质量，降低生产成本， 提高生产效率和零件材料的利用率，国内外的生产厂家都在 采用各种先进的无切削或少切削加工工艺，如精密冲裁、精 密锻造、压力铸造、冷挤压等成形技术来代替传统的切削加 工工艺。而模具成形技术是首选的工艺手段之一，在飞机、 汽车、机电产品、家用电器、塑料制品、等行业应用广泛。 • 模具材料性能的好坏和使用寿命的长短，直接影响加工产品 的质量和生产的效益。而模具材料的种类、热处理工艺、表 面处理技术是影响模具使用寿命的极其重要的因素。因此世 界各国均致力于开发新型模具材料、改进模具的热处理工艺、 选用适当的表面处理技术、合理设计模具结构、加强对模具 的维护等措施来提高模具的寿命。