模具材料及热处理

模具材料及热处理1．金属组织金属具有不透明、金属光泽良好的导热和导电性同时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〕。

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、性能相同的组成局部。

固溶体是一个〔或几个〕组元的原子〔化合物〕溶进另一个组元的晶格中，而仍维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。

固溶强化由于溶质原子进进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，这种现象喊固溶强化现象。

化合物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。

机械混合物由两种晶体结构而组成的合金组成物，尽管是两面种晶体，却是一种组成成分，具有独立的机械性能。

2．金属硬度硬度金属的硬度，是指金属外表局部体积内反抗外物压进而引起的塑性变形的抗力，硬度越高讲明金属反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的力把直截了当D的钢球压进金属外表，并维持一定的时刻，测量金属外表上的压痕直径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，喊布氏硬度，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。

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，能够直截了当读出硬度值，不损伤工件外表，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，测量结果不离度大，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，使用于淬火钢等硬的材料。

HRA硬度有效范围是>70，适用于硬质合金、外表淬火层及渗碳层;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。

洛氏硬度HRB洛氏硬度HRB的测量采纳直径(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)。

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，压进深度浅，对工件损伤小。

特殊适用于测量零件的外表淬硬层及通过外表化学处理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精确。

然而维氏硬度的试验操作较苦恼，一般在生产上特殊少使用，多用于实验室及科研方面。

硬度值比立表：硬度值比立表金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的要紧依据。

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、屡次冲击抗力和疲乏极限等。

下面将分不讨论各种机械性能。

强度强度是指金属材料在静荷作用下反抗破坏〔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、弯曲曲折折曲曲折折折折曲曲折折曲曲折折折折折折、剪切等形式，因此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全然的强度指针。

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。

疲乏前面所讨论的强度、塑性、硬度根基上金属在静载荷作用下的机械性能指针。

实际上，许多机器零件根基上在循环载荷下工作的，在这种条件下零件会产生疲乏。

冲击韧性以特殊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反抗破坏的能力喊做冲击韧性。

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。

刚度刚度是指金属材料反抗弹性变形的能力。

在工程应用中尽大多数零件都在弹性状态下工作，工作过程中不准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、碳为要紧成分的合金，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、碳为其要紧成格外，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开展，碳钢的性能已不能完全满足需要，因此人们研制了各种合金钢。

合金钢是在碳钢根底上，有目的地参加某些元素〔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：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。

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、特类钢及一般低合金钢。

工具钢用来制造各种工具的钢。

依据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。

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。

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。

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，依据钢中所含要紧合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍钢、铬锰钛钢等。

按质量分类按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为一般钢〔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〔含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%〕。

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〕与电炉钢。

按冶炼时脱氧程度将钢分为沸腾钢〔脱氧不完全〕，平复钢〔脱氧比立完全〕及半平复钢。

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。

如将钢称为一般碳素结构钢、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。

模具的各种不同要紧是在模芯，针对不同外形的产品，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。

模具各局部用的钢材各有不同，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：NAK80、718、SKD61〔日本〕P20、H13、〔美国〕2344、2738〔德国〕S136、8407〔瑞士〕等。

现在通常讲模具质量的好坏，要紧区不在模芯的加工周密程度和模具的反复使用寿命，这又特殊大程度上依靠周密的加工设备和合理的模具结构设计，因此模具的制造周期也是一个特殊重要的考虑因素，模具制造的周期因模芯的复杂性由30天到90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周密、钢材的优良，缺乏是劳动力本钞票高，制造周期长，中国的优势在劳动力本钞票低，制造周期短，缺乏是设备不够精良，加工周密度相对较低。

模具标准件材料模具标准件材料要紧有SKD61、SKD61-F、CH13、SKS3、SKH51、FDAC、SUJ2〔以上均为日本JIS标准〕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国产模具钢材介绍：国产塑料模具钢P4410P20tNi PDS5S7182738不变形。

较高的强韧性，适合做大型复杂模具。

国产冷作模具钢类不\牌号中国美国日本瑞典德国用途冷作模具钢T7A-T12A W1-7W1SK7-SK2C70W1 C125W外形简单小型工模具，可选用此材，可保证高强度，耐磨性，足够的韧性及耐用性。

GCr15E52100SUJ2SKF3100cr660si2Mn SUP660si716Mn电机轴CrWMn SKS31105WCr6下料模、冲头、成形模、搓丝板顶出杆及小型塑料压模等。

Cr12D3SKD1X210Cr12应用于小动载条件下要求高耐磨外形简单的拉伸和冲载模。

Cr12MoV X165CrMov12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。

国产热作模具钢类不\牌号中国美国日本瑞典德国用途热作模具钢5CrMnMo用于制造外形简单，厚度小于250毫米的小型锤锻模。

5CrNiMo L6用于制造商外形简单，工作温度一般，厚度在250～350毫米之间的中型热锤锻模块。

5CrNiMoV SKT456CrNiMoV7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，局部高寿命高耐磨塑料模具。

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。

大面积复杂外形，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45Cr2NiMoVSi局部进口钢材介绍：HITACHI钢材[YSS]日立金属所出产之安来钢YSS，是同精选之高纯度的“真砂铁矿砂〞通过自创的“低温复原法〞精练，成功创出YSS海棉铁作为原铁，令钢中杂质含量减到极少。