第五章其它模具材料

铸铁具有优良的铸造性能、良好的切削加工性、成本低、减磨耐磨性好、缺口敏感性低、消震性好等特点。铸铁广泛用做模具材料始于19世纪，用作冲模、塑料模的模架，玻璃模具，很少用作模具凸凹模或型芯型腔。

普通铸铁是碳、硅、锰等元素组成的铁合金，可看作是由石墨和基体组织组成。用于模具的有灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。在铸铁中，石墨的数量、大小、形状、分布等影响铸铁的性能。合金铸铁包括耐磨铸铁、耐蚀铸铁、耐热铸铁。第五节铸铁模具材料1第五节铸铁模具材料高磷耐磨铸铁：加入0.4％-0.7％的P可形成高硬度断续网状分布的磷共晶；铬钼铜耐磨铸铁：加入铬、钼、铜可形成高硬度的C、N化合物；钒钛耐磨铸铁：加入V、Ti等元素，可形成高硬度的C、N化合物；耐磨铸铁用于机床导轨、汽车发动机缸套、活塞环、轴套、磨球等。1.耐磨铸铁2第五节铸铁模具材料

2.耐热铸铁

铸铁的耐热性是指它在高温下抵抗氧化和生长的能力。氧化是指在高温600℃以上反复加热时，使铸铁表层发生化学腐蚀起皮的现象。这种现象是由于氧化性气体渗入铸铁内部造成石墨氧化所致。

为防止铸铁的高温氧化，可向铸铁中加入铝、硅、铬等合金元素，使铸件表面形成一层致密的如A12O3，Si02，Cr2O3等氧化膜，保护内部不被继续氧化．并在高温使用时不致发生石墨化过程，从而提高铸铁的耐热性。3第五节铸铁模具材料

3.耐蚀铸铁铸铁中加入大量的Si、Al、Ni、Cu、Mo等合金元素，可以提高铸铁基体组织的电极电位，并使铸铁表面形成一层致密的保护膜，内部组织为单相基体加孤立分布的少量球状石墨，从而可使铸铁具有耐蚀性。根据腐蚀介质的不同，需选择不同的耐蚀合金铸铁。如高硅耐蚀铸铁在含氧酸(如硝酸等)中耐蚀性好；含铜耐蚀铸铁在碱性介质中耐蚀性好。耐蚀合金铸铁主要用于制造化工机械的阀门、管道、泵及相关容器。4第五节铸铁模具材料普通灰口铸铁主要用于冲压模、塑料模的模架及各种辅助模具，如上下模板、推料板、定位板、支架、模座等以及一些小型玻璃模具。球磨铸铁、蠕墨铸铁、合金铸铁主要用于玻璃模具。5第五节铸铁模具材料一、玻璃模具材料的发展和应用

随着人民生活水平的不断提高，耐热玻璃餐具、微波炉玻璃盘、建筑玻璃砖、玻璃工艺品等高档玻璃制品大量进入人们的生活中。而中国汽车工业的飞速发展，又促使车灯玻璃的需求量急剧上升，给中国传统的玻璃工业提供了良好的发展机遇。

6第五节铸铁模具材料

玻璃模具对模具材料的性能要求在玻璃制品的成型过程中，模具频繁地与1100℃以上的熔融玻璃接触，承受氧化、生长及热疲劳等作用。同时，模具的接触面由于与玻璃制品的摩擦而被磨损，这就要求模具材料具有良好的耐热、耐磨，耐腐蚀、抗热冲击、抗氧化、抗生长、抗热疲劳性能，其中抗氧化性能是最主要的性能指标。此外，还要求模具易于加工、导热好、热膨胀系数小。目前国内外普遍都采用耐热铸铁、不锈钢、耐热合金钢作为玻璃模具材料。

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灰铸铁在玻璃模具中的应用由于灰铸铁具有优良的铸造性能和易加工性，而被广泛用于制造玻璃模具，而且特别适合于中小型铸造厂生产，制造玻璃瓶成形模具的最常用材料就是HT200。但普通灰铸铁中的石墨为A型，耐热性较差，长期受热会出现生长和膨胀，使其结构疏松、强度降低、脆性增大，常因氧化剥落、磨损、变形而失效。通过往铸铁中加入Ni、Cr、Mo、Ti、V、Cu等合金元素，并选择合理的工艺，来改善石墨的形态和基体组织，从而获得性能良好的模具。为了提高模具的寿命，在铸铁中加入Cu、Cr、Sn等元素，促进珠光体的形成，提高模具的抗磨损能力。加入Si、Al等元素，形成致密的SiO2和Al203氧化膜，从而提高模具表面的抗氧化能力。第五节铸铁模具材料8球墨铸铁在玻璃模具中的应用同灰铸铁相比，球墨铸铁中的石墨为球状，提高了材料的致密性，减小了石墨对基体的切割作用，孕育作用使晶粒度比灰铸铁小，使球墨铸铁的综合性能提高。球墨铸铁虽然有较高的强度和韧性，并有良好的抗氧化性能，其抗热疲劳性能也优于其它铸铁，但由于其石墨呈孤立的球，导热性较差，使玻璃制品在模腔中不能快速冷却，从而限制了成型速度的提高，不能适应机械化生产的要求，也限制了其在玻璃模具中的应用，故只用于制造小型玻璃模具。第五节铸铁模具材料9蠕墨铸铁在玻璃模具中的应用由于蠕墨铸铁的力学性能与球墨铸铁相近，具有较高的导热性、抗氧化性和抗生长能力，又有像灰铸铁那样良好的铸造性能和机械加工性能，使蠕墨铸铁具有良好的综合性能，而用于制造玻璃模具材料。蠕墨铸铁朝着合金化方面也得到快速发展，如采用V-Ti合金、Cr-Mo合金制造蠕墨铸铁。第五节铸铁模具材料10

铸铁的抗氧化性能铸铁中的石墨为碳质材料，在高温氧化性气氛下会被氧化，石墨片越粗大、连续，石墨数量越多，氧化性气氛越易侵入铸件内部，氧化也越严重。当石墨为球状、点状时，由于石墨互不连续，气体不易沿石墨侵入，铸件氧化可大大减轻，抗氧化性能明显提高。为了防止铸铁氧化生长，常常加入合金元素Cr、Mo、Ni、V等元素，以提高铸铁的抗氧化性能。

灰铸铁抗氧化性最差，球墨铸铁抗氧化性最好。

蠕墨铸铁介于之间。第五节铸铁模具材料11

铸铁的热导率在实际生产中玻璃料滴入玻璃模具内腔的温度大约为1100℃，冷却到780℃以下从模具中取出。为此，模具温度应尽快降至780℃

，以提高生产效率，适应成型速度的要求，因此模具的散热能力是非常重要的。

灰铸铁导热性好，球墨铸铁导热性差。

蠕墨铸铁介于之间。

第五节铸铁模具材料12耐热合金钢在玻璃模具中的应用由于对玻璃制品的质量要求越来越高，近年来开始采用合金钢制模，合金钢在大多数情况下比铸铁能更好地满足对玻璃模具提出的性能要求。钢的导热性次于铸铁，因此使用时易出现过热，产生黏附现象。因此必须采用强制冷却、合理设计模具结构、用硅酮脂润滑等方法。玻璃模具要承受很大的压力和很高的温度，因此要求模具材料的强度高、热变形小、耐热性好，通常采用耐热合金钢，如3Cr2W8、5CrNiMo和Crl7Ni2MoVRe等，在实际生产应用中取得了良好的经济效益和社会效益。

第五节铸铁模具材料13不锈钢在玻璃模具中的应用

不锈钢是一种耐腐蚀、强度高、耐氧化及韧性好的材料，热膨胀小，英国很早就用于制造冲头、衬模等，美国用AISI430（Cr17）和AISI310(25Cr-20Ni)

等不锈钢制造玻璃成型模具。第五节铸铁模具材料14国外的玻璃模具材料主要为耐热铸铁、不锈钢和耐热合金钢，加工后再经表面强化处理，模具寿命高达(40-50)万次。国内普遍采用灰铸铁，使用寿命一般为(7-12)万次，与国外的差距较大。近年来，我国研制了多种新型玻璃模具材料，模具寿命普遍提高。

第五节铸铁模具材料15硬质合金是用粉末冶金方法制造的一类复合材料。硬质合金的硬度很高、耐磨性好，有高的弹性模量和高的使用工作温度。用于制作某些模具，模具使用寿命可提高数倍、数十倍以上。但硬质合金较脆，抗弯强度和韧性较差，且不能进行机械加工。硬质合金作为模具材料，主要用于拉丝模具、受冲击力不大的冷挤和冷冲模具等。第六节硬质合金及钢结硬质合金16第六节硬质合金及钢结硬质合金常用硬质合金的分类与牌号（1）钨钴类硬质合金主要成分是碳化钨（WC）和粘结剂钴（Co）。牌号用“YG+数字”表示，例：YG15。（2）钨钛钴类硬质合金主要成分是碳化钨、碳化钛（TiC）和粘结剂钴。牌号用“YT+数字”表示，例：YT15表示。（3）通用硬质合金主要成分是碳化钨、碳化钛、碳化钽（或碳化铌）和粘结剂钴。牌号用“YW+数字”表示，例：YW1。17第六节硬质合金及钢结硬质合金（1）钨钴类硬质合金碳化钨的含量越高，粘结剂钴的含量越低，则合金的硬度、耐磨性、红硬性越高，抗弯强度和韧性越低。（2）钨钛钴类硬质合金由于碳化钛的加入，提高了硬度、耐磨性和热硬性，但抗弯强度和韧性有所下降。（3）通用硬质合金因含碳化钽（或碳化铌），有利于提高抗弯强度、硬度、耐磨性、耐热性和抗氧化能力。常用硬质合金的性能18为了满足制造集成电路板钻孔用的微型钻头、计算机用的点阵打印针、精密工模具等的需要，近年来，各国都研制出一些微晶(WC晶粒小于1微米)和超细晶粒硬质合金(WC晶粒小于0.6微米)，传统的硬质合金中，WC晶粒尺寸为1.3～1.5微米。超细晶粒硬质合金弥补了常规硬质合金的许多不足，扩大了其应用范围，在制造耐磨耐冲击工模等方面取得了良好的效果。我国一些研究单位和硬质合金厂已研制出多种牌号的微晶硬质合金和超细晶粒硬质合金。开发高性能超细晶粒硬质合金目前仍是硬质合金研究的热点。第六节硬质合金及钢结硬质合金19

钢结硬质合金是以碳化物为硬质相，钢作粘接相形成的复合材料。性能介于高速钢和硬质合金之间，并可进行锻造、切削加工、热处理、焊接。适用于制造各种形状复杂的模具。我国于60年代开始研制这种材料，已研制成多种牌号的钢结硬质合金，用作模具的钢结硬质合金，硬质相主要用TiC和WC，钢的基体主要采用低合金铬钼钢、中高合金工具钢或高速钢，如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。钢结硬质合金已用于制作冷镦模、挤压模、拉伸模、冲裁摸、拉丝模、热镦模等。第六节硬质合金及钢结硬质合金20粉末冶金技术的发展和热等静压的应用，导致七十年代无偏析粉末高速钢的生产和使用，其主要特点是强韧性、可磨削性、等向性、热处理工艺性都优于一般高速钢，并有比较高的使用寿命。以后用此技术生产常规工艺无法生产的高碳高钒高耐磨冷模具钢，这类钢有较好的切削加工性和磨削性能，并有较好的韧性，制成的模具使用寿命与一些硬质合金相近。国外已生产多种牌号的粉末冶金高耐磨冷模具钢，国内尚少研究。第六节硬质合金及钢结硬质合金21低熔点合金模具是采用熔点较低的有色金属合金作为铸模材料，以样件为基准，在熔箱内铸模成形的一种模具。20世纪后期，低熔点合金模具得到广泛应用。低熔点合金模具可用于拉深成形模和压形模、压弯模、翻边模，也可用于镶钢的落料模和切边模。第七节有色金属及合金模具材料22

低熔点模具的特点

低熔点合金冲压模具的最大特点是：凸、凹模可以通过铸模同时形成；铸模后，凸、凹模之间的间隙均匀，使用时不需要调整；可在压机上直接铸模，铸后即可使用；铸模合金材料可以反复熔铸，或改制其它模具。第七节有色金属及合金模具材料231制模工艺简单低熔点合金模具采用铸模成形，省去大量机械加工工作量，特别是对大型覆盖件的形状复杂模具，均不需要大型专用设备，如数控仿形铣床等。与钢模相比，制模工艺简单，降低了模具制造的难度，一般工厂都可制造。2制模周期短由于铸模工艺较机加工工艺节省了大量工时，省去了较费工费时的研配、调整型腔间隙等工作，与同类钢模相比，制造周期可缩短80％左右。3制模成本低低熔点合金，在模具中占有相当比例，可节省大量钢材。同时合金材料可以长期反复使用损耗很小。模具失效后，合金材料仍可继续使用。与钢模相比，模具制造成本可降低60％-80％，耗用钢材可减少70％～80％。

第七节有色金属及合金模具材料243模具对低熔点合金模材料的要求1）熔点低熔点低易于熔化，可以方便地在压机上进行铸模具，用于模具的锡铋合金熔点为150℃左右。2）具有一定的强度模具在成型产品时要承受一定的压力，所用合金材料必须有一定的机械强度，材料强度越高，模具使用寿命就越长。目前，用于模具的合金材料，其抗拉力强度可达50～100MPa，抗压强度可达50～100MPa，布氏硬度l5～25HBS。第七节有色金属及合金模具材料253模具对低熔点合金模材料的要求3）冷凝时涨缩率小制作模具的低熔点合金材料，理想胀缩率最好等于零，即凝固时既不膨胀也不收缩，但这样的合金极少，只要合金材料的胀缩率尽可能小或略有冷胀性即可，这样，铸出的模具才能保证型腔几何尺寸准确。铋和锑两种金属冷凝时体积不收缩，铋的冷凝膨胀率为3．3％。由于铋和锑具有较好的综合性能，因此目前普遍采用铋基合金作为模具低熔点合金材料。目前应用较普遍的低熔点合金材料是锡铋二元共晶合金及其他合金。第七节有色金属及