模具材料与热处理 课件 项目3 模具材料的性能、质量检验与选用

项目三模具材料的性能、质量检验与选用项目内容模具材料的性能与质量检验学习目标了解模具材料的性能与质量检验主要知识点模具与模具材料的分类模具钢的分类模具钢的冶金生产工艺模具钢的热加工工艺模具材料的性能要求模具材料的质量检验我国模具钢的技术要求模具材料的选用原则3.1模具与模具材料的分类3.1.1模具与模具材料的分类1.模具分类1）冷作模具冷作模具包括冷冲压模、冷挤压模、冷镦模、拉丝模等。2）热作模具热作模具包括热锻模、热精锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。3）成型模具成型模具包括塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末冶金模等。3.1模具与模具材料的分类3.1.1模具与模具材料的分类2.模具材料的分类3.1模具与模具材料的分类3.1.1模具与模具材料的分类3.模具钢的分类1）依据模具钢的特性、使用性能和工艺性能分：冷作模具钢，热作模具钢和塑料模具钢。

2）按模具钢的用途分：压铸模钢、冷冲压模具钢、冷挤压模具钢、热挤压模具钢、锻模模具钢等。

3）按模具钢的化学成分（合金化）来分：非合金模具钢、高碳高铬型模具钢、低合金模具钢、中合金空气淬硬钢、高合金模具钢等。4）按模具钢的工艺特点分水淬模具钢、油淬模具钢、空冷模具钢、易切削模具钢、火焰淬火模具钢、渗碳型模具钢、预硬型模具钢、时效硬化型模具钢等。3.2模具钢的生产加工工艺3.2.1模具钢的冶金生产工艺1.电炉冶炼电炉炼钢的钢水化学成分容易控制，因而钢材质量好，可冶炼高级优质特殊钢材。2.电渣重熔电渣重熔生产的模具钢，其内部组织均匀，等向性能好，碳化物分布均匀细小，提高了模具钢材的质量。3.炉外精炼

表3-14Cr5MoSiV1重熔钢和电炉钢锻材性能的比较3.2模具钢的生产加工工艺3.2.2模具钢的热加工工艺

1.钢锭锻轧经不同方法冶炼的模具钢浇注成所需钢锭，经过锻造或轧制生产出所需要的毛坯。

2.钢坯改锻由于模具钢含碳量及合金量很高，经钢厂锻轧后，钢坯中共晶碳化物不均匀度仍较大，偏析严重。使用单位从冶金厂购进的钢材首先应检验共晶碳化物的分布，如果不均匀度大于3级，则应进行改锻。3.锻轧工艺常用合金模具钢的锻造工艺，见表3-2。锻轧工艺的关键是锻造温度范围的选择，包括加热温度、始锻温度和终锻温度。此外，消除疏松、枝状晶和碳化物等缺陷必须要保证一定的锻造比。锻造比的确定与模具类型有关。表3-2常用合金模具钢的锻造工艺3.2模具钢的生产加工工艺3.2模具钢的生产加工工艺3.2.2模具钢的热加工工艺

4.锻轧工艺应用Cr12型冷模钢的塑性很差，共晶碳化物的分布对使用性能影响极大。通常，为进一步降低共晶碳化物级别，冶金厂供给的模具坯料需经使用单位多次反复徽拔改锻后才能使用。5.锻造缺陷及预防模具钢锻造中产生的主要缺陷是裂纹和开裂。（1）由于加热不当而引起的锻造开裂（2）由于锻打变形不当而引起的裂纹（3）终锻温度不当影响锻件质量（4）锻后冷却不当对锻件质量的影响（5）锻后出现白点（发裂）3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

模具材料的使用性能要求1）强度2）韧性3）硬度和热硬性4）耐磨性5）抗疲劳性3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

2.模具钢的常规力学性能1）强度2）硬度

（1）洛氏硬度（HR）（2）布氏硬度（HB）（3）维氏硬度（HV）3）耐磨性4）塑性5）韧性6）抗热性能：（1）热稳定性，（2）耐回火性7）耐蚀性3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

3.模具材料的工艺性能要求1）冷加工工艺性能

：冷加工工艺性能包括切削、磨削、抛光、冷挤压和冷拉等工艺性能。2）热加工工艺性能：热加工工艺性能包括热塑性和热加工温度范围等。（1）可锻性（2）铸造工艺性能（3）焊接性3）热处理工艺性能：热处理工艺性能实际上也是一种热加工工艺性能。（1）淬硬性和淬透性（2）淬火变形和开裂倾向（3）氧化脱碳敏感性3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

4.模具钢的冶金质量要求1）化学成分的均匀性：模具钢通常是含有多元素的合金钢，钢在锭模中从液态凝固时，由于选向结晶的缘故，钢液中各种元素在凝固的结构中分布不均匀而形成偏析，这种化学成分的偏析将造成组织和性能的差异，它是影响钢材质量的重要因素之一。2）有害元素的含量：硫和磷在钢凝固过程中形成磷化物和硫化物而在晶界沉淀，因而产生晶间脆性，使钢的塑性降低，过高的S、P含量，会使钢锭在轧制时易产生裂纹，而且会大大降低钢的力学性能。3）钢中的非金属夹杂物

：质量良好的钢材不仅化学成分要符合技术标准的规定，并且钢中的非金属夹杂物的含量要尽可能地少，因为非金属夹杂物在钢中所占的体积虽然很小，但对钢材的性能影响却很大。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

4.模具钢的冶金质量要求4）白点：白点是热轧钢坯和大型锻件中比较常见的缺陷，是钢的内部破裂的一种。白点的存在对钢的性能有极为不利的影响，这种影响主要表现在使钢的力学性能降低，热处理时使锻件淬火开裂，或使用时发展成更为严重的破坏事故，所以，在任何情况下，都不能使用有白点的锻件。不同的钢对白点的敏感程度是不同的，一般认为容易发生白点的钢有铬钢、铬铝钢、锰钢、锰铝钢、铬镍铝钢、铬钨钢等。5）氧含量：对模具钢一般都未规定钢中的允许的气体含量。随着氧含量的增加，氧化物的颗粒和数量都随之增加，钢的疲劳性能降低，热裂纹也容易产生。6）碳化物的不均匀度：碳化物是绝大多数模具钢的必需组分，除可溶于奥氏体的碳化物外，还会有部分不能溶于奥氏体的残留碳化物。碳化物的尺寸、形态、分布对模具钢的使用性能等有十分重要的影响。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.1模具材料的性能要求

4.模具钢的冶金质量要求7）偏析：偏析即钢的成分与组织不均匀性的表现，这是在模具钢的低倍组织的检验中常存在的一种缺陷。是钢锭在凝固过程中形成的，与钢的化学成分和浇注温度等有关。一般分为树枝状的偏析、方形偏析、点状偏析等。8）疏松：疏松是钢的不致密性的表现。疏松多数出现在钢锭的上部及中部，在这些地方因为集中了较多的杂质和气体造成的。由于疏松缺陷的存在，降低了钢的强度和韧性，也严重地影响了加工后的表面的粗糙度，在一般的模具钢中的影响不是特别大，但如冷轧辊、大型的模块、冲头和塑料成型模具零件等都有较严格的要求。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.2模具材料的质量检验1.宏观检验：模具钢的宏观检验是用肉眼或在不大于10倍的放大镜下检查钢材表面或断面，以确定钢材组织缺陷及质量的方法。

1）酸浸检验：酸浸检验是常用的、最简单的宏观质量检验方法。

2）断口检验：断口检验也是一种重要的宏观分析手段，可以提供某些损坏的直观证据，从而发现钢材本身和模具制造中的问题。2.显微组织检验：显微组织检验是控制模具钢质量必要手段之一。通过在光学显微镜或其他显微镜下观察钢材组织，根据有关标准和规定判断质量和生产工艺是否合格或完善，并分析产生某些缺陷的原因。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求1.钢号系列：在GB/T1299——2000标准中，共纳入合金工具钢37个钢号，其中量具刃具用钢6个，耐冲击用钢5个，冷作模具钢11个，热作模具钢12个，无磁模具钢1个，塑料模具钢2个。2.化学成分：对钢的有害元素的规定，日本的标准规定较严，我国与美国标准规定相类似，比德国的标准规定严格。对成品的化学成分的偏差只有我国与日本的标准有规定。尤其规定残余w(Cu）含量应不大于0.30%,w(Cu+Ni）含量应不大于0.55%。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求3.低倍组织：在标准中规定，钢材应检验低倍组织，在酸浸低倍试片上不得有目视可见的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡和白点。表3-8GB/T1299——2000标准中规定的低倍组织合格级别3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求4.交货状态：除了美国标准规定交货状态为退火、淬火或回火外，其他工业先进国家的标准规定以退火状态交货。但是，在塑料模具钢方面用户己经要求以预硬化状态交货。模块要求六面进行机加工状态交货。我国一般规定退火状态交货。5.硬度：交货状态钢材和试样淬火后的硬度值，必须按表3-9的规定。表3-9GB/T1299——2000标准规定的钢材的退火硬度和淬、回火硬度表3-9GB/T1299——2000标准规定的钢材的退火硬度和淬、回火硬度3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求6.脱碳：我国标准规定对脱碳层深度采用线性公式，美国标准和日本标准都是按钢材截面尺寸分组距作出不同规定，显然我国所用线性公式较为科学合理。表3-10GB/T1299——2000对脱碳层规定3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求7.高倍组织：我国GB/T1299——2000标准中规定了珠光体组织、网状碳化物和共晶碳化物不均匀度3套金相评级标准与合格级别。1）珠光体组织（1）退火状态交货的9SiCr、Cr2、CrWMn、9CrWMn、CrO6、W和9Cr2钢应检验珠光体组织，并按本标准所附第一级别评定，合格级别为1～5级。制造螺纹刃具用的9SiCr退火钢材，其珠光体组织合格级别为2～4级。（2）退火状态交货的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr钢应检验网状碳化物，并按本标准所附第二级别图评定。截面尺寸不大于60mm2的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr钢材，其合格级别不大于3级。制造螺纹刃具用的不大于600的9SiCr退火钢材，其网状碳化物的合格级别为不大于2级。3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求7.高倍组织：我国GB/T1299——2000标准中规定了珠光体组织、网状碳化物和共晶碳化物不均匀度3套金相评级标准与合格级别。2）共晶碳化物不均匀度表3-35GB/T1299——2000标准对共晶碳化物合格级别的规定3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求8.钢材的表面质量：1）供压力加工用的热轧和锻制钢材：供压力加工用的热轧和锻制钢材，表面不得有目视可见的裂纹、折叠、结疤和夹杂表3-36GB/T1299——2000标准中热轧和锻制钢材表面缺陷允许清除的深度

3.3模具材料的性能要求与质量检验3.3.3我国模具钢的技术要求8.钢材的表面质量：2）供切削加工用的热轧和锻制钢材：供切削加工用的热轧和锻制钢材，表面允许有从钢材公称尺寸算起深度不大于表3-13的规定缺陷。3）冷拉钢材：冷拉钢材表面应洁净、光滑、不应有裂纹、折叠、结疤、夹杂和氧化铁皮。经热处理的冷拉钢材表面允许有氧化色或轻微氧化层。表3-37GB/T1299——2000标准规定切削用钢材表面局部缺陷允许深度3.3模具材料的性能要求与质量检验

3.3.3我国模具钢的技术要求9.特殊要求：根据需方的要求，供需双方协议，合金模具钢可以增加其他的检验项目，评级的标准、试验方法和合格的标准由双方协商。主要有非金属夹杂物、晶粒度、淬透性等。3.4模具材料的选用原则3.4.1满足模具的使用