模具材料及热处理

1、模具材料及热处理1金属组织1.1 金属 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） 。1.2 合金 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。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 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。1.5 化合物 合

2、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。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。 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

3、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。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，使用于淬

4、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 HB230-700,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

5、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。2.1.4 硬度值对照表：硬度值对照表布氏硬度HB洛氏硬度HRC维氏硬度HV布氏硬度HB洛氏硬度HRC维氏硬度HV68.094041544.544067.592040143.142567.090038841.84

6、1076766.488037540.439675765.986036339.138374565.384035237.937273364.792034136.636072264.090033135.535071063.378032134.333969862.576031133.132868461.874030232.131968261.773729330.930967061.072028529.930165660.170027728.829265360.069726927.628464759.769026226.627663859.268025525.426963058.867024824.22

7、6162758.766724122.825362058.366023521.724760157.364022920.524157856.061522323455.660721722855554.759121222254.057920721853453.556920121252.555319720751452.154719220251.653918729651.153018319249551.052817918850.351617418347749.650817017848.849516717546148.549116317147.247415616344447.147214915642945.

8、74551431503 .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

9、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。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。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。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

10、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

11、量的不同，可将钢分为许多类：4.1 按用途分类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。4.1.2 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W 0.25%）;中碳钢（0.25%V含碳量V 0.6%）;高碳钢

12、（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w5% ;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。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W 0.045%含硫量W 0.055%;或磷、硫含量均 < 0.050%）;优质钢（磷、硫含量均W 0.040%）;高级优质钢（含磷量W 0.035% 含硫量W 0.030%）。 4.4按冶炼炉的种类将钢分为平炉钢（酸性平炉、碱性平炉），空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）与电炉

13、钢。4.5按冶炼时脱氧程度将钢分为沸腾钢（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。5.模具零件及其材料模具由模架和模芯及相关配件组成，模架和配件由专业的厂家按常用的系列规格做好供选择，模具工 厂一般只做模芯加工和装配。模具的各种不同主要是在模芯，针对不同形状的产品，模具设计人员把模芯 设计成各种形式，如：点进料、直进料、潜进料、滑块、抽芯、直顶出、推板顶出、二次顶出、热流道、 气体辅助等，其目的是为了能按产品设计要求

14、成型和方便完整地脱出模具，同时也要考虑到模芯在加工时 的易加工性及模具使用的寿命。模具各部分用的钢材各有不同，模架一般用中碳钢45#或50#，配件用高碳钢加热处理，模芯的钢材用成分较复杂的合金钢，有预硬钢和热处理钢及镜面钢等，其不同的国家用的牌号各不相同，如：NAK80718、SKD61（日本）P20、H13 （美国）2344、2738 （德国）S136、8407 （瑞士）等。现在通常说模具质量的好坏，主要区别在模芯的加工精密程度和模具的反复使用寿命，这又很大程度 上依靠精密的加工设备和合理的模具结构设计，当然模具的制造周期也是一个很重要的考虑因素，模具制 造的周期因模芯的复杂性由 30天到9

15、0天不等（在中国），欧洲有的要120天到180天。德国在模具上现有的优势在设备精密、钢材的优良，不足是劳动力成本高，制造周期长，中国的优势 在劳动力成本低，制造周期短，不足是设备不够精良，加工精密度相对较低。5.1模具标准件材料模具标准件材料主要有 SKD61 SKD61-F、CH13 SKS3 SKH51 FDAC SUJ2 （以上均为日本 JIS标准） 5.2模具成型件材料NAK80 718、SKD61 （日本）P20、H13 （美国）2344、2738 （德国）S136、8407 （瑞士）等。6国内外模具钢材生产情况6.1国产模具钢材介绍：国产塑料模具钢类别牌号中国美国日本瑞典德国用途塑

16、料模具钢B302738用于制造生产批量小，模具载面积不大，尺寸精度及表面粗糙度B20501050S50CC50451045S48CC45451045S45CC45要求不咼的塑料成形模具或模架B610SM140CrG51400SCr440高级镜面模具钢3-4Cr13420S-1362083用于制造PVC等腐蚀性较强的塑料模具，透明塑胶及抛光性要求 较高的塑料膜。3Cr2MoP2040CrMo74钢的纯度高，具有良好的切削加工性能，制成工模具精度高，永 不变形。较高的强韧性，适合做大型复杂模具。P4410P20tNiPDS5S7182738国产冷作模具钢类别牌号中国美国日本瑞典德国用途冷作模具钢T

17、7A-T12AW7W1-1.2CSK7-SK2C70W1 C125W形状简单小型工模具，可选用此材，可保证高强度，耐磨 性，足够的韧性及耐用性。GCr15E52100SUJ2SKF3100cr660si2MnSUP660si716Mn电机轴CrWMnSKS31105WCr6下料模、冲头、成形模、搓丝板顶岀杆及小型塑料压模等。Cr12D3SKD1X210Cr12应用于小动载条件下要求高耐磨形状简单的拉伸和冲载 模。Cr12MoVX165CrMov12下料模、冲头、滚丝轮、剪刀片、冷镦模、陶土模及热固 塑料成形模等。Cr12Mo1V1D2SKD11XW-42X155CrVMo121重型落料模、冷挤

18、压模、深拉伸模、滚丝模、剪刀片、冷镦模、陶土模等。国产热作模具钢类别牌号中国美国日本瑞典德国用途热作模具钢5CrMnMo用于制造形状简单，厚度小于250毫米的小型锤锻模。5CrNiMoL6用于制造商形状简单，工作温度一般，厚度在250350毫米之间的中型热锤锻模块。5CrNiMoVSKT456CrNiMoV7用于制造厚度350毫米，型腔复杂，受力载荷较大的大型锤锻模 或锻造压力机热锻模。4Cr5MoSiV1H13SKD618407X40CrMoV51用于制造冲击载荷较大，型腔复杂的长寿命锤锻模或锻造压力机用 模具或镶块；以及铝合金挤压模，铝镁锌等金属长寿命压铸模具， 部分高寿命高耐磨塑料模具。

19、5Cr2NiMovSi用于锻锤模具钢具有良好的韧性，强度和耐磨性，淬透性，适用于 制作工作。大面积复杂形状，承受冲击负荷重的大、中型，锤锻模 用材，5CrNiMo。5CrMnMo、H13等热模钢1.5倍2.5倍。55NiCrMoV62713 钢45Cr2NiMoVSi6.2部分进口钢材介绍曰辽金扁HITACHI钢材YSS日立金属所岀产之安来钢 YSS是同精选之高纯度的“真砂铁矿砂”通过自创的“低温还原法”精练，成功创岀YSS海棉铁作为原铁，令钢中杂质含量减到极少。并使用高质电熔炉及精密仪器提练，所有练制步骤（如热作、冷作、热处理）均经严 格控制。高质量之水平可在钢材身上反映岀来。我们并能为顾客

20、生产特别要求之钢材，我们之品质保证系统及技术支援服务使YSS钢材在世界不同市场上赢取到极高之信誉。各项同性我们称这新技术研究成果为“各向同性”钢材。 “各向同性”工具钢和可塑性钢之名称是因其能减少纵向锻炼间之机械性能 差异，使其质量更普通钢材。其所制造之产品，均能达到更稳定之机械特性及更长之使用寿命。故此，这种新钢材已得到曾 经使用过之客户极高评价。HPM7新型预硬P20塑料模钢岀厂硬度特征用途预硬处理HB300-330切削性、焊接性优越钢材；洁净度高，具有良好的镜面 精加工性能；严格挑选化学成分，经新技术特别提炼后， 能提高钢材本质延伸性、韧性、及溶接性、不易爆裂； 大尺寸模具中心部位也同样

21、有相对硬度。因设计变硬，而需要焊接频繁模具； 汽车部件如尾灯、表盘；家电如电视 机体、空调机壳和电话等；其它：大 型日用品、胶卷、容器、导管等。HPM50卓越表面质量P21塑料模具钢岀厂硬度特征用途预硬处理HBC36-41最适用于镜面抛光加工的预硬化钢；放电加工特性佳： 经处理后的表面非常好，可取代蚀花加工、在进行放电(电火花)加工后，表面硬度不会增加，可简化其后的 加工工序；组织均匀，最适用于精密蚀花加工；焊接性 佳，表面不会硬化；韧性优良，机械特性卓越。镜面抛光模具：防尘盖、电视机滤光 板、化妆品盒、家电等；精密皱纹加 工模具：办公室自动化设备、汽车零 件等。HPM38高优质镜面塑料模具钢

22、(420 ESR)岀厂硬度特征用途预硬处理HB300-330镜面抛光特性极佳；耐腐蚀性优良的电渣重熔 13铬钼不 锈钢，不需镀铬；热处理变形极少，是精密模具最佳选 择；防锈性高，不需担心模具保管问题；热处理硬度可达 HRC50-5&适用于透明、热固和耐热树脂用模具： 如化妆品盒、雷射碟片、卡式录音带 盒、各种镜片、医疗设备、家电、食 品容器等。DAC特种热压合金模钢(SKD 61)岀厂硬度特征用途处理退火至约 HB185用途广泛的通用热加工用工具钢。可抵受溶铝、镁、锌之腐蚀作用及热 度之急剧变动。适宜制造铝、镁、锌 合金压铸模热或热冲铸工作及热铰 刀、轧刀、铰刀、切槽刀、剪刀及热 锻冲

23、头等。SLD高耐磨冷作工具铬钢(SLD 11)岀厂硬度特征用途软性退火至约HB210高耐磨性的通用冷作模具钢；淬火性佳，热处理变形少。此钢易于车削，并宜制锋利刀口、剪 刀、圆锯、冷或热作修整模、滚筒边、 螺丝纹、线模、铣刀、冲唧模。圆形 滚筒，制电力变压器心衡模、切割钢 皮轧刀、钢管成型滚筒、特殊成型滚 筒、精密规、形状繁杂的冷压工具、 心轴、冶金、锡作模、塑料模、螺钉 头模等。SGT不变形耐磨油钢（SKS 3）岀厂硬度特征用途软性退火至约 HB190切削性优异的通用冷模。注意大型加工品的淬火唧钢丝电火花加工。此钢热处理后，具有不变形之特性， 适宜制造精密工具、精密仪器、精密 测定工具，并宜制

24、造铰刀、铣刀、滚 筒，冷作拉线模、样板样模、冲孔器、 冷作切器、剪刀、木用工具、螺丝模、 手盘、各种冲模等。ACD37冷加工用工具钢岀厂硬度特征用途软性退火至约HB190-220气冷、真空淬火钢。改善了 SGT的淬火性及钢丝电火花 加工件。此钢热处理后，变形度极低，适宜制 造高精密工具、仪器、摩打、各种刀 具、板金用模、样板等。CENAI抗腐蚀性及易切削性塑料模具钢 （P21）岀厂硬度特征用途预硬处理HRC40解决了模具腐蚀问题；预硬度高达40HRC的易切削性模具钢；具有极优良抛光，蚀纹及放电加工特性。重视镜面，蚀纹加工性、放电加工性 的模具钢、办公室自动化电器用品、 通信机器用品、家庭电器用

25、品、汽车 用品、化妆品盒、重视长寿命的泛用 模具钢、食品容器、橡胶模具。FDAC快削预硬压铸合金模钢（SLD 61）岀厂硬度特征用途预硬处理HRC38-42出厂硬度高达HRC40在加工模后且不用热处理可直接生 产，增加含硫量令切削性更佳。塑料模插压销，特别交货期极短的压 铸零件模具。一胜百之瑞典工厂生产的钢材以其质量享誉全球，718模具钢几乎成了塑料模具最常用的型腔材料，最新生产的HOTVA热 作钢在HRC54-56时能适合在650摄氏度工作。钢材编号标准岀厂硬度钢材特性主要成份一般用途CCrNiWMoVMnSiS718P20改良型HB190-330预加硬纯洁均匀，含Ni约1.0%0.382.

26、01.0-0.2-1.40.3-高抛光度及高要求内模件，适合PA、POM、PS、PE、PP、ABS塑料718HS136420ESRHB<215高纯度，高镜面 度，抛光性能好、抗锈防酸能力极 佳，热处理变形少0.3813.6-0.30.50.8-镜面模及防酸 性高，可保证冷却管道不受锈蚀，适合PVC、PP、EP、PC、PMMA塑料，食品工业机械 构件S136HHRC31-35618P20改良型HB280-320真空除气制炼之 合金钢，纯度高， 金相结构均匀，抛 光容易0.381.9-0.15-1.50.3-有好的机械强 度和可机加工 性预硬钢，用于冷作钢支承板 与支撑物，塑料模架以及要求

27、不高的型腔和 型芯。8407H13改良型HB<180性能优越的热作 钢。优秀的韧性和 抗龟裂0.385.3-1.30.90.41.0-适宜作压铸模 和其他热作模 具。另外，是多用途的有很好 的抗磨损性，可 抛光性和成型 性的模具钢。DF-22510HB<190冷作钢0.950.6-0.6-0.11.1-多用途冷作钢， 适宜作冲头和9凹模。日本大同优质钢材DAIDO大同JIS日本GB/YB中国DIN德国ALSL美国主要用途塑料 模 具/、钢PXZ通用大型蚀花模具。汽车保险 杠。仪表面板。家电外壳。浴 槽PX4P20量产用大型镜面模具。 汽车尾灯。镜壳。前挡板。透明胶片等PX5P20N

28、AK55高精度镜面模具。摄相机。 音响。化妆容器。透明罩。透明胶片等NAK80S-STARSUS420J23CR13X40CR13420超镜面抗蚀精密模具。照相机 部件。激光唱片。表壳G-STARX36CRMO17耐蚀模胚用冷作 模 具/、 钢YX30SKS9302冲压模。量规。裁纸刀。辅助 工具。拉模。穿孔冲头GOASKS39CRWMN01DC11SKD11CR12MOVX165CRMOV12D2冲压模。冷作成型模。冷拉模。成型扎轮。冲头DC53SKDIID2热 作 模 具/、 钢DHA1SKD614CR5MOSIV1X40CRMOV51H13压铸模。压铸模关连部件。热 挤压模。热剪切刀片D

29、H21长寿命压铸模DH31-S大型压铸模DH2F压铸模。塑料模DH42钢合金压铸模。铜热挤压模GFASKT45CRNIMO55NICRMOV6L6煅造模。挤压工具。煅锤。剪切刀片高 速 工 具/、 钢MH51SKH51W6MO5CR4V2S-6-5-2M2钻头。绞刀。丝锥。冲头MH55SKH55W6MO5CR4V2CO5S-6-5-2-5M36滚刀。拉刀。端铳刀MH8SKH57难切削用车刀。端铳刀DEX20冲压模。模具部件。刀具。钻 头。丝锥。切齿工具11DEX40拉刀。端铳刀。切齿工具。各 种刀具。模具部件。冷扎轮7 模具选材原则7.1满足工作条件要求7.1.1耐磨性坯料在模具型腔中塑性变形

30、时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从 而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另 外，耐磨性还与材料有关。7.1.2强韧性模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在 工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。7.1.3疲劳断裂性能模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、 拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲

31、劳断裂。模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。7.1.4高温性能当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此， 模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度 7.1.5耐冷热疲劳性能有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面 龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失 效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。7.1.6耐蚀性有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素

32、，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。满足工艺性能要求模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成 本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏 感性和淬火变形开裂倾向。7.1.7可锻性具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。7.1.8退火工艺性球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。7.1.9切削加工性切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。7.1.10氧化、脱碳敏感性高温加热时抗氧化性能好

33、，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。7.1.11淬硬性淬火后具有均匀而高的表面硬度。7.1.12淬透性淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。7.1.13 淬火变形开裂倾向 常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度 及工件形状不敏感。7.1.14 可磨削性 砂轮相对损耗小， 无烧伤极限磨削用量大， 对砂轮质量及冷却条件不敏感， 不易发生磨伤及磨削裂纹。7.2 满足经济性要求在模具选材时， 必须考虑经济性这一原则， 尽可能地降低制造成本。 因此， 在满足使用性能的前提下， 首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产

34、材料就不用进口材料。另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中，易购买。8常用热处理方法8.1 退火 将钢材加热到一定温度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却（或埋在砂中或石灰中冷却）至 500 度以下 在空气中冷却的热处理工艺。8.1.1 完全退火和等温退火完全退火又称重结晶退火， 一般简称为退火， 这种退火主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸， 锻件及热轧型材，有时也用于焊接结构。一般常作为一些不重工件的最终热处理，或作为某些工件的预先 热处理。8.1.2 球化退火 球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种） 。其主要目的 在于降低硬

35、度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。8.1.3 去应力退火去应力退火又称低温退火（或高温回火） ，这种退火主要用来消除铸件，锻件，焊接件，热轧件，冷 拉件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间以后，或在随后的切削加工过程中 产生变形或裂纹。8.2 淬火 将钢材加热到一定温度，保温一段时间后，在一定介质（水、油等）中冷却的热处理工艺。 淬火时，最常用的冷却介质是盐水，水和油。盐水淬火的工件，容易得到高的硬度和光洁的表面，不容易产生淬不硬的软点，但却易使工件变形严重，甚至发生开裂。而用油作淬火介质只适用于过冷奥氏体 的稳定性比较大的一些合金钢或小尺寸的碳钢工件的淬火。8.

36、3 正火 将钢材或钢件加热到一定温度以上，保持一定时间后在空气中冷却的热处理工艺。8.4 回火将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的热处理工艺。8.4.1 低温回火（ 150 250 度） 低温回火其目的是在保持淬火钢的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火内应力和脆性，以免使用时崩裂或过早损坏。它主要用于各种高碳的切削刃具，量具，冷冲模具，滚动轴承以及渗碳件等，回火后 硬度一般为 HRC5864。8.4.2 中温回火（ 350 500 度） 中温回火其目的是获得高的屈服强度，弹性极限和较高的韧性。因此，它主要用于各种弹

37、簧和热作模具的处理，回火后硬度一般为 HRC3550。8.4.3 高温回火（ 500 650 度） 高温回火习惯上将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理，其目的是获得强度，硬度和塑性，韧性都较好的综合机械性能。因此，广泛用于汽车，拖拉机，机床等的重要结构零件，如连杆，螺栓，齿 轮及轴类。回火后硬度一般为 HB200 330。钢回火的目的 ： 1 降低脆性，消除或减少内应力，钢件淬火后存在很大内应力和脆性，如不及时 回火往往会使钢件发生变形甚至开裂。 2 获得工件所要求的机械性能，工件经淬火后硬度高而脆性大， 为了满足各种工件的不同性能的要求，可以通过适当回火的配合来调整硬度，减小脆性，得到

38、所需要的韧 性，塑性。 3 稳定工件尺寸 4 对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火（或正火）后常采用高温回 火，使钢中碳化物适当聚集，将硬度降低，以利切削加工。8.5 时效合金经热处理后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。8.6 钢的碳氮共渗 碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，目前以中温气体碳氮共 渗和低温气体碳氮共渗（即气体软氮化）应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度， 耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。8.7 氮化（气体氮化） 氮化是向钢的表面层渗入氮原子的过程，其目

39、的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲劳强度和抗腐 蚀性。它是利用氨气在加热时分解出活性氮原子，被钢吸收后在其表面形成氮化层，同时向心部扩散。 氮化通常利用专门设备或井式渗碳炉来进行。适用于各种高速传动精密齿轮、机床主轴（如镗杆、磨 床主轴），高速柴油机曲轴、阀门等。氮化工件工艺路线：锻造退火粗加工调质精加工除应力粗磨氮化精磨或研磨。 由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索 氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。变形钢在氮化后，不再需要进行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850，耐磨性好。氮化处理温度低，很小，它与渗碳、感应表面淬火相比，变形小得多

40、。8.9 调质处理 一般习惯将淬火加高温回火相结合的热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零 件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的 机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织为优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件 截面尺寸有关，一般在 HB200 350 之间。8模具热处理发展趋势模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。它对模具的如下性能有着直接的影响。模具的制造精度： 组织转变不均匀、 不彻底及热处理形成的残余应力过大造成模具在热处理后的加工、 装配和模具使用过程中的变形，从而降低模具的精度，甚至报废。模具的强

41、度：热处理工艺制定不当、热处理操作不规范或热处理设备状态不完好，造成被处理模具强 度（硬度）达不到设计要求。模具的工作寿命：热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等，导致主要性能如模具的韧性、冷热 疲劳性能、抗磨损性能等下降，影响模具的工作寿命。模具的制造成本：作为模具制造过程的中间环节或最终工序，热处理造成的开裂、变形超差及性能超 差，大多数情况下会使模具报废，即使通过修补仍可继续使用，也会增加工时，延长交货期，提高模具的 制造成本。正是热处理技术与模具质量有十分密切的关联性，使得这二种技术在现代化的进程中，相互促进，共 同提高。 20 世纪 80 年代以来，国际模具热处理技术发展较快的领域

42、是真空热处理技术、模具的表面强化 技术和模具材料的预硬化技术。8.1 模具的真空热处理技术 真空热处理技术是近些年发展起来的一种新型的热处理技术，它所具备的特点，正是模具制造中所迫 切需要的，比如防止加热氧化和不脱碳、真空脱气或除气，消除氢脆，从而提高材料（零件）的塑性、韧 性和疲劳强度。真空加热缓慢、零件内外温差较小等因素，决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。按采用的冷却介质不同，真空淬火可分为真空油冷淬火、真空气冷淬火、真空水冷淬火和真空硝盐等温淬火。 模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、 真空气冷淬火和真空回火。 为保持工件 （如模具） 真空加热的优良特性，冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要，模具淬火过程主要采用油冷和气冷。对于热处理后不再进行机械加工的模具工作面，淬火后尽可能采用真空回火，特别是真空淬火的工件 （模具），它可以提高与表面质量相关的机械性能，如疲劳性能、表面光亮度、耐腐蚀性等。热处理过程的计算机模拟技术（包括组织模拟和性能预测技术）的成功开发和应用，使得模具的智能 化热处理成为可能。由于模具生产的小批量（甚至是单件） 、多品种的特性，以及对热处理性能要求高和 不允许出现废品的特点，又使得模具的智能化热处理成为必须。模具的智能化热处理包括：明确模具