对塑料模具钢的要求及热处理
对塑料模具钢的要求及热处理
☆耐腐蚀、硬度高、易切削加工、高镜面性。
钢的热处理：
1.予硬化型塑料模具钢的热处理：
⑴.我国的3Cr2Mo：相当美国的P20，瑞典（ASSAB）的618，德国的40CrMnMo7，日本（日立）的
HPM2。
荐的规范为淬火—840~8800C，油冷，
回火—600~6500C，空冷，
硬度—28~33HRC。
⑵.美国（AISI、SAE）推荐的P20钢渗碳后的热处理工艺：
淬火—820~8700C，
回火—150~2600C，空冷，
硬度—58~64HRC（渗碳层表面硬度）。
⑶.德国40CrMnNiMo钢（DIN2738，相当于P20＋Ni或SM3Cr2NiMo）的热处理特性：淬透性比
SM3Cr2Mo更高，保证钢在较大截面上力学性能
均匀，宜做大截面（＞400mm）的塑料模具。钢的冶金质量、加工性优良。抛光性
和电蚀刻性亦好。
供应硬度：280~325HBS
退火工艺：加热温度710~740 0C，炉冷。硬度≤265HBS。
淬火：奥氏体化温度840~8700C，必须予热，予热温度约6500C。形状复杂、尺寸厚薄不均者最好二次予热，第一次约4000C予热，保温时间按0.5~1.0min/mm计算。经予热后的淬火保
温时间按0.5min/mm计算。为使合金元素充分溶入奥氏体，保温时间应足够。
冷却：油冷或180~2200C热浴分级淬火，以热浴为好。热浴冷却保温时间以模具整个截面温度均匀为度，然后出炉空冷到800C左右立即回火。
2小时，空冷。
渗氮：可提高耐热疲劳强度，降低摩擦系数（抗咬合），延长模具使用寿命。以离子渗氮或气体渗氮为宜（干净）。有效渗氮层深度以0.2~0.3mm为宜。硬度550~800HV，渗氮后不宜研
磨，以免渗氮层磨掉。
焊接：焊接时须予热至400~5000C后，进行焊接。焊接后及时消除应力退火，工艺为600~6500C，充分保温后炉冷。
镀铬：该钢可以镀铬，镀铬后应立即进行去氢退火。去氢退火工艺：加热温度180~2000C，保温时间2~4小时。
2.易切削予硬化型塑料模具钢的热处理。
⑴.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢，是含硫易切削钢，当热处理到硬度40~42HRC时，其切削加工性良
好，综合力学性能亦好，可研磨抛光到Ra0.025μm该钢有良好的光刻浸蚀性能。
退火：800±100C，保温2~4小时，降温到700~7200C等温，保温4~6小时，炉冷，硬度≤229HBS。
淬火：880~9200C，空冷，硬度63HRC。
淬火加热时间，盐浴炉1.5~2.0min/mm；气体介质炉2.0~2.5min/mm。
仍具有良好的加工性，良好的镜面抛光性能，抛光可达Ra0.040μm，补焊性能好。
退火：760~7800C，保温2小时，670~6900C保温6~8小时，炉冷到≤5300C出炉空冷，硬度217~220HBS。
淬火：860~9200C，油冷或空冷（小零件），σb≥2100Mpa，硬度≥58HRC。经淬火和不同温度回火
4.渗碳型塑料模具钢的热处理。
受冲击大的塑料模具零件，要求表面硬而中心韧，通常采用渗碳钢制造。一般渗碳零件可以采用结构钢类的合金渗碳钢，其热处理工艺与结构零件基本相同。对于表面质量要求很高的塑料模具成形零件，宜采用专门用钢，如SM3Cr2Mo钢。
塑料模具渗碳零件的一般技术要求：
⑴.有效渗碳层深度。压制含有矿物填料的塑料制品时，层深取1.3~1.5mm；压制软性塑料的零件，
取0.8~1.2mm；有锐边尖角的模具零件，取0.2~0.6mm；
⑵.渗碳层的碳浓度，比一般结构零件的碳浓度要低，控制在共析成分为佳，取0.7~0.9%；
⑶.渗碳层的碳化物，应均匀细小，不允许有网络状或链状及粗大的碳化物；
⑷.无晶内氧化、过量的残余奥氏体以及其他组织缺陷。
以冷挤压的方法制造塑料模具零件，应采用低碳渗碳型钢种。典型的钢种有美国P系列的塑料模具钢（同类型的有德国的X6CrMo5；日本的CH系列钢，CH有日本厂商牌号）。P1钢是非合金渗碳型塑料模具钢P2~P6是合金钢。渗碳温度取900~9300C，淬火温度由于合金元素不同而有差异。P1钢为790~8000C，水或盐水冷；P2钢取830~8450C，油冷；P3钢取800~8300C，油冷；P4钢取970~9950C，空冷；P5钢取845~8700C，空冷；P6钢取790~8150C，油冷；回火温度，P1、P2、P3、P6钢取175~2600C；
P4、P5钢取175~4800C。渗碳淬火回火后的表面硬度均取58~64HRC。P20钢也宜渗碳，渗碳温度870~9000C，淬火温度815~8700C，油冷；回火温度175~2600C，表面硬度58~64HRC；回火温度取480~5950C，硬度28~37HRC。
5. 时效硬化型塑料模具钢的热处理。
为了减少或避免模具零件热处理变形和提高模具零件的精度保持型，形状复杂、高精度、长寿命的塑料模具零件采用时效硬化钢制造。模具零件在固溶处理后变软（硬度约28~34HRC），便于切削加工成形，然后再时效硬化，获得所需要的综合力学性能。
时效硬化型塑料模具钢有马氏体时效硬化钢和析出（沉淀）硬化钢两大类。
马氏体时效硬化钢有高的屈强度比，良好的切削加工性和焊接性能，热处理工艺简单等优点。典型的钢种是18Ni系列。屈服强度可高达1400~3500Mpa。这一类钢制造模具虽然价格昂贵。但由于使用寿命长，综合经济效益仍然很高。
为保证零件表面质量，热处理应采用有可靠保护作用的控制侵犯炉。一般用氨分解气可以满足要求。
马氏体时效硬化钢也可用作热作模具的工作零件，建议采用下列工艺：8200C固溶处理，3500C时效3~6小时。
时效处理后的变形情况，尺寸变化是有规律的，在工艺设计时可予留神变形量来适当控制。如18Ni （200）钢，长度方向收缩约0.04%；18Ni（250）钢收缩约为0.06%；18Ni（300）和18Ni（350）收缩约为0.08%。
18Ni系列钢的时效强化效果很明显。如18Ni（250）钢在固溶状态下，硬度为28HRC，经4800C时效3小时，硬度可提高到43HRC，保温时间延长到3小时或更长，硬度可达52HRC。
18Ni系列时效钢还可以通过渗氮进一步强化。18Ni（300）钢的气体渗氮工艺：455±100C，24~28小时。
析出硬化型钢也是通过固溶处理和沉淀析出第二相而强化，硬度在37~43HRC左右，能满足一些塑料模具成形零件的要求。市场以40HRC级予硬化钢供应，仍然有满意的切削加工性。这一类钢的冶金质量高，一般都采用特殊冶炼，所以纯洁度、镜面研磨性、蚀花加工性良好，使模具有良好的精度和精度保持性。其焊接性好，表面和心部的硬度均匀。
析出硬化型塑料模具钢的代表性钢号有25CrNi3MoAl，属低碳中合金钢，相当美国的P21钢。
25CrNi3MoAl钢的热处理可分三部分：
⑴.第一次固溶处理（也叫淬火）。获得细小的板条状马氏体，提高钢的强韧性。奥氏体化温度愈
高，保温时间愈长，固溶处理后的硬度愈低，板条状马氏体粗大。
⑵.第二次固溶处理（也叫回火）。目的是使马氏体分解又不使NiAl相脱溶析出。25CrNi3MoAl
钢经第二次固溶处理后，淬火马氏体分解转变成回火马氏体。第二次固溶处理温度取
650~6800C。随着回火温度的升高和回火时间的延长，硬度逐渐下降。在6800C回火4小时，
硬度降到28HRC；6800C回火6小时，硬度降到23HRC。此时极易切削加工。
⑶.时效处理。目的是使NiAl相析出而强化。
美国P21钢的时效工艺：510~5380C，20~24小时。
25CrNi3MoAl钢时效变形率可控制在0.05%以下（收缩），如果在机加工后加消除应力处理，变形还可进一步减少到0.01~0.02%。
析出硬化型钢制的模具零件还可通过渗氮处理进一步通过耐磨性、抗咬合能力和模具使用寿命。
美国P21钢的渗氮温度可取与时效温度相同（510~5250C），渗氮时间20~24小时。渗氮结果：有效渗氮层深度约0.15mm，表面硬度接近94HR15-N。？
25CrNi3MoAl钢如果也取渗氮温度与时效同一温度（520~5400C），同样可获得最佳硬度、强度和较高的韧性，渗氮层约0.2mm。渗氮层表面硬度可高达1100HV。
我国研制的新型析出硬化塑料模具钢10Ni3MnCuAl（SM1Ni3MnMoCuAlE）可与日本同类型的高性能高精密予硬型塑料模具钢NAK55、NAK80媲美，但不含贵重元素Co。试验钢（感应炉熔炼再经电渣重熔）基本化学成分（%）：C-0.10，Ni-2.83，Cu-0.94，Al-0.76，Mn-1.54，Mo-0.32，Si-0.24，Cr-0.09，S-0.015，P-0.017。加工性能（切削加工性、热处理工艺性、镜面研磨性、抛光性、焊接性、蚀花性、电加工性、精度保持性等）均较好。添加易切削元素S后，可进一步改善切削加工性而对力学性能无明显恶化。热处理：8700C加热，保温1小时固溶处理，5100C4小时时效处理，硬度40~43HRC（以40HRC级予硬化钢供应市场）。抗拉强度1000~1300Mpa。金相组织为板条状马氏体基体弥散分布大量细小金属间化合物。6. 耐腐蚀型塑料模具钢的热处理。
常用钢种有Cr13型和9Cr18钢等可强化的马氏体型不锈钢。
但上述不锈钢制作高镜面要求的塑料模具钢成型零件，表面质量的要求是难以满足的。因此开发了耐腐蚀镜面塑料模具钢。例如法国的CLC2316H钢（同类型的德国X36CrMo17），是预硬化型的抗腐蚀镜面塑料模具钢。基本化学成分（%）：C-0.40，Si-0.35，Mn-0.90，Cr-16，Mo-1.03，S＜0.005，P＜0.03。硬度30~35HRC。钢经精细冶炼及热处理，材质纯净，组织细小均匀，具有良好的镜面性。力学性能，300HBS 时屈服强度855Mpa，σb993Mpa，δ13%，ψ38%。如果要进一步改变硬度和力学性能，可以重新淬火回火，淬火温度取985~10200C，油冷或气冷，回火温度按力学性能要求而定。回火需两次，空冷。
耐腐蚀塑料模具钢零件的热处理与一般不锈钢制品的热处理基本相同。
模具钢的热处理：
一.钢的退火：一般是将钢加热到高于临界温度约20~300C，保温一定时间，随后使其缓冷到室温以获得接近于平衡状态
组织的工艺。其目的在于：使钢的硬度降至接近最低值；消除钢的内应力；使钢的化学成分均匀以及细化钢的晶粒、改善钢的组织，为后续加工工序作准备。
1.完全退火：是将亚共析钢加热到A C3以上（20~300C）保温足够的时间，使完全转变成奥氏体并使奥氏体均匀化
（或基本均匀），继之以缓慢冷却。完全退火的目的是：使钢软化，以便于以后的机械切削加工或塑性变形加工；
使钢的晶粒细化和消除内应力，以及为淬火准备适宜的组织。
为了达到上述目的，完全退火的加热温度通常规定为高于A C320~300C。但模具钢中含有强碳化物形成元素，如钨、铬、钼和钒等，其奥氏体化温度应适当地提高一些。这样可使它们所形成的碳化物能够较快地溶入奥氏体
中。
退火加热保温应有足够的时间使奥氏体均匀化。保温后的冷却速度应根据所欲达到的目的来决定。一般完全退火需时较长。为了缩短工艺过程的时间，保温后，可尽快地把钢从退火加热温度降至稍低于下临界温度。此后，选用适当的冷却速度缓冷，使其在珠光体转变温度范围内转变成符合要求的金相组织和性能。
2.不完全退火：
不完全退火的加热温度介于上下临界温度之间，通常稍高于下临界温度。对于亚共析钢而言，不完全退火的加热温度在A C1~A C3之间，而过共析钢则在A C1~A C3之间。
不完全退火的目的与完全退火近似，但由于在加热温度下不能完全重结晶，所以细化晶粒方面不如完全退火好。不完全退火的优点是加热温度低，所以使用较广。
3.等温退火：
等温退火的工艺过程是将须退火的钢加热到临界温度以上（亚共析钢加热到A C3以上，共析钢和过共析钢加热到A C1以上）保持一定时间，使其奥氏体化和奥氏体均匀化。然后放入另一温度稍低于A r1的炉中，或在原加热炉中使钢迅速随炉冷至稍低于A r1的温度进行等温。在等温过程中奥氏体将随所采用等温温度的高低而转变成所需的层片厚薄适宜的珠光体。
4.球化退火：
球化退火是使钢获得球化体的工艺方法。
5.扩散退火：
扩散退火是将钢加热到较高的温度，并长时间保温，消除化学成分的偏析。
6.软化退火和再结晶退火：
对经过冷加工的钢材进行软化处理，即加热到A1以下的温度（约6500C上下），并保持适当的时间然后冷却。
再结晶退火是把经过冷塑性变形的金属材料加热到高于其再结晶温度，使之进行重新成核和晶粒长大，以获得和原来晶体结构相同（没有相变）而没有内应力的新的稳定组织。
7.钢的正火：
正火是将钢加热到上临界点以上约30~500C或更高温度使奥氏体化并保温使之均匀化后，在静止空气中冷却的热处理工艺。
8.钢的淬火和回火：
钢的淬火是将钢加热到临界温度（A C3或A C1）以上某一温度，充分保温，使奥氏体化后迅速冷却，使钢的金相组织转变成固溶了第二相的固溶体的工艺过程。对于模具钢而言，主要是马氏体或混有下贝氏体的混合组织。其他类钢，可能是奥氏体，此时叫固溶处理。回火是淬火的后续工序，是将淬火后的钢加热到A C1以下某一温度（根据回火后要求的金相组织和性能而定），充分保温（使转变完成）后冷却的工艺过程。固溶处理后的钢使第二相析出而强化，此时称时效。
淬火或回火，都包括两个主要阶段，即加热和冷却。由于加热和冷却的方式方法和介质的不同，淬火工艺或回火工艺有许多种，如完全淬火、不完全淬火、分级淬火、等温淬火等；低温回火、高温回火、真空回火等。
⑴.淬火：
淬火加热温度：共析和过共析钢加热温度在A C1~A Cm之间，取A C1＋（30~500C），大件取上限，细晶粒钢有时取更高温度。亚共析钢取A C3＋（30~500C）。
加热介质有气体和液体。
加热时间包括升温、均温和保温。要考虑很多因素。
冷却，通常有水和水溶液、油、熔盐或空气。
⑵.回火：
低温回火，一般为250 0C以下。
中温回火，一般为350~5000C，组织为回火屈氏体。
高温回火，一般为500~6500C之间或更高一些。目的是调整钢的强韧性（即综合力学性能）使达到最佳的配合。也称调质处理。作为预先热处理时，也为后续工序如表面淬火、渗氮等做组织准备，改善切削加工性。此外，对某些高合金钢获得二次硬化效果，提高硬度和耐磨性，尺寸稳定性，消除残余奥氏体。
回火保温时间一定要充分。回火后冷却一般为空冷。但对于有回火脆性的钢，要快速冷却，冷却后再进行一次低温回火以消除内应力。
⑶.冷处理：
冷处理也叫冰冷处理、零下处理、深冷处理。是淬火冷却到室温后继续冷却到钢的马氏体转变开始点Ms以下某一温度，一般为－60~－1900C，使在室温未完成转变的奥氏体转变成马氏体。冷处理的目的，一是使模具零件具有精度保持性，防止在室温因残余奥氏体转变而发生尺寸变化；二是促使未转变的奥氏体更多地转变成马氏体，进一步提高硬度，从而提高零件的耐磨性和使用寿命。
⑷.火焰表面淬火。
9.钢的真空热处理：
模具零件采用真空热处理是目前最佳方式。真空热处理的关键是采用合适的设备即真空退火炉、真空淬火炉和真空回火炉。
10.常用塑料模具钢：
1.碳素塑料模具钢：SM45、SM50、SM55；
2.预硬化型塑料模具钢：3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo、5CrNiMnMoVSCa、40Cr、42CrMo、30CrMnSiNi2A
3.渗碳型塑料模具钢：20Cr、12CrNi3A
4.时效硬化型塑料模具钢：06Ni6CrMoVTiAl、1Ni3Mn2CuAlMo
5.耐腐蚀型塑料模具钢：2Cr13、4Cr13、9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2
中国：3Cr2Mo。ISO：35CrMo7。英国：BP20（BS）。法国：35CrMo8（NF）。德国：~35CrMo4（DIN）、1.2330（W-Nr）、40CrMnMo7、1.2311。日本（日立）HPM2。瑞典：2234（SS）、618（ASSAB）。LKM-2311
P20改进型为P20＋Ni，即我国的SM3CrNiMo钢，瑞典：718S、718H（ASSAB）。日本：PX-88（大同）。LKM-738、
P21，中国：20CrNi4AlV
中国：4Cr13，瑞典：S136、S136H（ASSAB），日本大同：PAK90
德国：DIN1.2083、X42Cr13。法国：（优基诺）2038。
(答案)模具材料及热处理试题库
模具材料及热处理试题库 一、判断 1、60钢以上的优质碳素结构钢属高碳钢，经适当的热处理后具有高的强度、韧性和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件。（×） 2、40Cr钢是最常用的合金调质钢。（√） 3、60Si2Mn钢的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。（×） 4、高合金钢的完全退火的冷却速度是每小时100～150℃。（×） 5、等温淬火与普通淬火比较，可以获得相同情况下的高硬度和更好的韧度。（√） 6、一些形状复杂、截面不大、变形要求严的工件，用分级淬火比双液淬火能更有效的减少工件的变形开裂。（√） 7、渗碳时采用低碳合金钢，主要是为提高工件的表面淬火硬度。（×） 8、均匀化退火主要应用于消除大型铸钢、合金钢锭在铸造过程中所产生的化学成分不均及材料偏析，并使其均匀化。（√） 9、高合金钢及形状复杂的零件可以随炉升温，不用控制加热速度。（×） 10、铬钼钢是本质粗晶粒钢、其淬透性和回火稳定性高，高温强度也高。（×） 11、铬锰硅钢可以代替镍铬钢用于制造高速、高负荷、高强度的零件。（√） 12、铬轴承钢加热温度高，保温时间略长，主要使奥氏体中溶入足够的合金碳化物。（√）13、低合金渗碳钢二次重新加热淬火，对于本质细晶粒钢的零件，主要使心部、表层都达到高性能要求。（×） 14、铸铁的等温淬火将获得贝氏体和马氏体组织。（√） 15、高速钢是制造多种工具的主要材料，它除含碳量高外，还有大量的多种合金元素（W、Cr、Mo、V、Co），属高碳高合金钢。（×）16、钢在相同成分和组织条件下，细晶粒不仅强度高，更重要的是韧性好，因此严格控制奥氏体的晶粒大小，在热处理生产中是一个重要环节。（√）17、有些中碳钢，为了适应冷挤压成型，要求钢材具有较高的塑性和较低的硬度，也常进行球化退火。（√）18、低碳钢正火，为了提高硬度易于切削，提高正火温度，增大冷却速度，以获得较细的珠光体和比较分散的自由铁素体。（√）19、过共析钢正火加热时必须保证网状碳化物完全融入奥氏体中，为了抑制自由碳化物的析出，使其获得伪共析组织，必须采用较大的冷却速度冷却。（√）20、含碳量相同的碳钢与合金钢淬火后，硬度相差很小，但碳钢的强度显著高于合金钢。（×）21、中高碳钢的等温淬火效果很好，不仅减少了变形，而且还获得了高的综合力学性能。（√）22、淬火钢组织中，马氏体处于碳的过饱和状态，残余奥氏体处于过热状态，所以组织不稳定，需要回火处理。（×）23、低碳钢淬火时的比容变化较小，特别是淬透性较差，故要急冷淬火，因此常是以组织应力为主引起的变形。（×）24、工件淬火后不要在室温下放置，要立即进行回火，会显著提高马氏体的强度和塑性，防止开裂。（√）
对塑料模具钢的要求及热处理
对塑料模具钢的要求及热处理 ☆耐腐蚀、硬度高、易切削加工、高镜面性。 钢的热处理： 1.予硬化型塑料模具钢的热处理： ⑴.我国的3Cr2Mo：相当美国的P20，瑞典（ASSAB）的618，德国的40CrMnMo7，日本（日立）的 HPM2。 荐的规范为淬火—840~8800C，油冷， 回火—600~6500C，空冷， 硬度—28~33HRC。 ⑵.美国（AISI、SAE）推荐的P20钢渗碳后的热处理工艺： 淬火—820~8700C， 回火—150~2600C，空冷， 硬度—58~64HRC（渗碳层表面硬度）。 ⑶.德国40CrMnNiMo钢（DIN2738，相当于P20＋Ni或SM3Cr2NiMo）的热处理特性：淬透性比 SM3Cr2Mo更高，保证钢在较大截面上力学性能 均匀，宜做大截面（＞400mm）的塑料模具。钢的冶金质量、加工性优良。抛光性 和电蚀刻性亦好。 供应硬度：280~325HBS 退火工艺：加热温度710~740 0C，炉冷。硬度≤265HBS。 淬火：奥氏体化温度840~8700C，必须予热，予热温度约6500C。形状复杂、尺寸厚薄不均者最好二次予热，第一次约4000C予热，保温时间按0.5~1.0min/mm计算。经予热后的淬火保 温时间按0.5min/mm计算。为使合金元素充分溶入奥氏体，保温时间应足够。 冷却：油冷或180~2200C热浴分级淬火，以热浴为好。热浴冷却保温时间以模具整个截面温度均匀为度，然后出炉空冷到800C左右立即回火。 2小时，空冷。 渗氮：可提高耐热疲劳强度，降低摩擦系数（抗咬合），延长模具使用寿命。以离子渗氮或气体渗氮为宜（干净）。有效渗氮层深度以0.2~0.3mm为宜。硬度550~800HV，渗氮后不宜研 磨，以免渗氮层磨掉。 焊接：焊接时须予热至400~5000C后，进行焊接。焊接后及时消除应力退火，工艺为600~6500C，充分保温后炉冷。 镀铬：该钢可以镀铬，镀铬后应立即进行去氢退火。去氢退火工艺：加热温度180~2000C，保温时间2~4小时。 2.易切削予硬化型塑料模具钢的热处理。 ⑴.8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢，是含硫易切削钢，当热处理到硬度40~42HRC时，其切削加工性良 好，综合力学性能亦好，可研磨抛光到Ra0.025μm该钢有良好的光刻浸蚀性能。 退火：800±100C，保温2~4小时，降温到700~7200C等温，保温4~6小时，炉冷，硬度≤229HBS。 淬火：880~9200C，空冷，硬度63HRC。 淬火加热时间，盐浴炉1.5~2.0min/mm；气体介质炉2.0~2.5min/mm。 仍具有良好的加工性，良好的镜面抛光性能，抛光可达Ra0.040μm，补焊性能好。 退火：760~7800C，保温2小时，670~6900C保温6~8小时，炉冷到≤5300C出炉空冷，硬度217~220HBS。 淬火：860~9200C，油冷或空冷（小零件），σb≥2100Mpa，硬度≥58HRC。经淬火和不同温度回火
模具材料及热处理
模具材料及热处理模具材料及热处理 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。测量压痕两对角线的平均长度d，借以计算压痕面积A V，以P/A V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。
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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。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
塑料模具零件的制造工艺与热处理工艺(精)
1-H13粹火硬做产品高62.5拔模斜度最小0.275度做出来效果OK塑料模具零件的制造工艺与热处理工艺选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。一、塑料模具的制造工艺路线 淬火3.00 渗碳 2.50 氮化3.00 真空氮化5.00 调质(40CR 2.00) (H13 2.50) HRC35以下为调质，HRC35以上为淬火。 真空热处理(40CR不能做) H13 7.00. 1.低碳钢及低碳合金钢制模具 例如，20，20Cr，20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。 2.高合金渗碳钢制模具 例如12CrNi3A，12CrNi4A钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。 3.调质钢制模具 锻打加调质9.20元/KG(2007.12.25) 例如，45（6.00），40Cr（8.00）H13（38.00 锻造模坯-36.00下料）等钢的工艺路线为 例如：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。 4.碳素工具钢及合金工具钢制模具 T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。 5.预硬钢制模具 例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）（12.00）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线为：下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34～42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。 二、塑料模具的热处理特点 （一）渗碳钢塑料模的热处理特点 1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。
最新模具材料及热处理-答案
精品文档 精品文档 广州城建职业学院2010至2011学年第 1 学期 《模具材料及热处理》试卷（ A ） 适用专业：模具设计与制造 考试时间：90 分钟 共 4 页 一、填空题（每空 1 分，共 20 分） 1．金属材料的性能一般分为两类，其中 使用性能 是零件选材及确定尺寸大小的主要依据， 工艺性能 是确定零件加工方法的主要依据。 2. 金属的机械性能主要包括： 强度 、 硬度 、 塑性 、 韧性 、 疲劳强度 。 3. 根据密度大小将金属分为重金属和轻金属，其密度的分界点是： 5.0X103 Kg/m 3 。 4. 体心立方、面心立方、密排六方晶胞原子数分别为： 2、 4 、 6 个，致密度分别为： 0.68 、 0.74 、 0.74 。 5. 普通热处理主要有退火，正火，淬火，回火等工艺方法，表面热处理包括 表面淬火 、 表面化学处理 及 表面气相沉积 等。 6. 碳钢的含碳量范围为： 0.0218%～2.11% 。钢种的常存杂质包括：、 硅 、硫、磷。锰 二、判断题（每小题 2 分，共 20 分） 1. 完全退火加热温度不宜过高，一般在A C3以上20～30°C 。 （ √ ） 2. 退火的工艺过程可简单记忆为：加热—保温—炉冷，正火的工艺过程可简单记忆为：加热—保温—空冷。 （ √ ） 3. 淬透性好的材料，淬硬性也好。 （ × ） 4.调质是指“淬火+高温回火”，只能用于最终热处理。 （ × ） 5. 钢件渗氮以后，一般还需要进行淬火处理，以提高硬度和耐磨性。 （ × ） 6. 优质碳素结构钢的钢号用平均含碳量的万分数表示。 （ √ ） 7. 铸钢的铸造工艺性较好，不易出现浇注不到，缩孔，晶粒粗大等缺陷，用于生产一些不便锻造，形状复杂的零件。 （ × ） 8. 1Cr17，1Cr13，3Cr13均属于马氏体不锈钢。 （ × ） 9. 可锻铸铁顾名思义，是可以锻造的铸铁。 （ × ） 10. P20钢相当于国内的3Cr2Mo ，为预硬型塑料模具钢。 （ √ ） 三、简答题（每小题8分，共32分） 1．实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对力学性能有何影响？ 答：（1）点缺陷，主要是空位和间隙原子，还有少量杂质原子。 （2）线缺陷（位错），在晶体中某处有一列或若干列原子发生某种有规律的错排现象。 （3）面缺陷，缺陷呈面状分布，主要在晶界处。 点缺陷的出现，使周围的原子靠拢或撑开，造成晶格畸变，使材料的强度、硬度和电阻率增加。位错密度越大，塑性塑性变形抗力越大，塑性变好。面缺陷使晶界处晶格处于畸变状态，使得晶界处有较高的强度和硬度，晶粒愈细小，晶界愈多，金属的强度、硬度也就愈高。 2．什么是马氏体？马氏体转变有何特点？ 答：（1）马氏体是碳在α-Fe 中的过饱和固溶体。马氏体转变不属于等温转变，是在极快的连续冷却过程中进行的。（1）马氏体转变是非扩散相变。（2）马氏体转变是在一定的温度范围内（MS~Mf ）连续冷却完成的。（3）马氏体转变的不彻底性，有部分残余奥氏体存在。（4）马氏体转变引起内应力增加。 3. 15、20、25钢为什么称为渗碳钢？ 答：15、20、25钢强度较低，但塑性和韧性较高，焊接性能和冷冲压性能较好。可以制造各种用作冷冲压件和焊接件以及一些受力不大但要求高韧性的零件。经渗碳淬火及低温回火后，表面硬度可达60HRC 以上，耐磨性好，而心部仍有一定的强度和韧性，可用来制作要求表面 耐磨并能承受冲击载荷的零件，因此，这三个牌号的钢也称为渗碳钢。 4．拉深模基本性能要求有哪些？如何预防拉深模的粘附和拉毛磨损？ 答：拉深模具用钢要求具有高强度、高耐磨性，良好的抗咬合性及热稳定性，并具有良好的切削加工性和热处理性能。表面一般进行镀Cr 或氮化处理。 在拉深不锈钢、高镍合金钢、耐热钢板等材料时，拉深模容易发生粘附和拉毛，一般选择模具材料为铝青铜，如果选用Cr12Mo1V1一类的模具钢，表面要进行渗氮处理，生产批量大时，选用硬质合金。
模具热处理
塑料模具零件的热处理工艺 newmaker 选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。 一、塑料模具的制造工艺路线 １.低碳钢及低碳合金钢制模具 例如，20，20Cr，20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。 2.高合金渗碳钢制模具 例如12CrNi3A，12CrNi4A钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。 3.调质钢制模具 例如，45，40Cr等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。 4.碳素工具钢及合金工具钢制模具 例如T7A～T10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。 5.预硬钢制模具 例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线
为：下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34～42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。 二、塑料模具的热处理特点 （一）渗碳钢塑料模的热处理特点 1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。 2.对渗碳层的要求，一般渗碳层的厚度为0.8～1.5mm，当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3～1.5mm，压制软性塑料时渗碳层厚度为0.8～1.2mm。渗碳层的含碳量为0.7%～1.0%为佳。若采用碳、氮共渗，则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。 3.渗碳温度一般在900～920℃，复杂型腔的小型模具可取840～860℃中温碳氮共渗。渗碳保温时间为5～10h，具体应根据对渗层厚度的要求来选择。渗碳工艺以采用分级渗碳工艺为宜，即高温阶段（900～920℃）以快速将碳渗入零件表层为主；中温阶段（820～840℃）以增加渗碳层厚度为主，这样在渗碳层内建立均匀合理的碳浓度梯度分布，便于直接淬火。 4.渗碳后的淬火工艺按钢种不同，渗碳后可分别采用：重新加热淬火；分级渗碳后直接淬火（如合金渗碳钢）；中温碳氮共渗后直接淬火（如用工业纯铁或低碳钢冷挤压成形的小型精密模具）；渗碳后空冷淬火（如高合金渗碳钢制造的大、中型模具）。 （二）淬硬钢塑料模的热处理 1.形状比较复杂的模具，在粗加工以后即进行热处理，然后进行精加工，才能保证热处理时变形最小，对于精密模具，变形应小于0.05%。 2.塑料模型腔表面要求十分严格，因此在淬火加热过程中要确保型腔表面不氧化、不脱碳、不侵蚀、不过热等。应在保护气氛炉中或在严格脱氧后的盐浴炉中加热，若采用普通箱式电阻炉加热，应在模腔面上涂保护剂，同时要控制加热速度，冷却时应选择比较缓和的冷却介质，控制冷却速度，以避免在淬火过程中产生变形、开裂而报废。一般以热浴淬火为佳，也可采用预冷淬火的方式。
塑料模具的选材及热处理特点
塑料模具的选材及热处理特点塑料模具结构和形状比较复杂，制造成本较高，为了保证模具有较长的使用寿命，合理地选用模具材料品种，正确选择和实施模具的热处理方法极为重要。 一、塑料模具的选材 1．塑料模成形件的材料选用 选择塑料模成形件的材料时，根据模具的具体精况可从以下几方面考虑。（1）根据塑料制品种类和质量要求选用塑料制品种类的不同往往对塑料模的工作条件产生很大影响。 ABS、聚氯乙烯和聚四氛乙烯等塑料成形时，在一定的成形温度下会分解产生具有腐蚀性的气体而对塑料模产生腐烛作用。因此，这类塑料模具成形件常选用耐蚀塑料模具钢，如PCR、AFC－77、18Ni及4Cr13等；若选用普通材料制作模具时，则需镀铬或其他耐腐蚀的表面处埋。 对生产以玻璃纤维作添加剂的热塑性因料制品的注射模或热固性塑料制品的压缩模，要求模具有高硬度、高耐磨性、高的抗压强度和较高韧性，以防止模具型腔面过早磨损或受高压而局部变形。因此，这类塑料模具成形件多选用淬硬型塑料模具钢．如 T10A、 9Mn2V、 CrWMn、Cr12MoV等；若选用低、中碳钢，则应进行渗碳淬火处理。 对高速成形的塑料制品，其模具表面的工作温反在短时间内会超过400℃。为了保证塑料模的使用精度并防止塑料制件在脱模后由于温度反过高而发生变形．模具材料应有良好的导热性。为此可选用铍青铜或高强度铝合金来制造。 透明塑料成形模具，要求模具材料有良好的镜面抛光性能和高耐磨性．并且要求材料中的非金属夹杂物和气孔要极少，显微组织也要均匀。这时最好选用能获得高硬度的超纯净钢。实践表明，大多时效硬化型模具钢如PMS、06Ni、PCR都具有优良的镜面抛光性，是较理怎的选用钢种，而预硬化型钢P20系列、8Cr2S、5NiSCa 等钢，镜面抛光性中等或较好，也可选用。对于表面有装饰花纹的塑料制品，则要求模具材料有良好的装饰加工性。根据塑料制品的种类选用塑料模具的举例见表4-7。
模具材料与热处理(复习题)
复习题与思考题 课题一金属材料的力学性能 (—)填空题 1. 机械设计常用和两种强度指标。 3．冲击韧性的符号是；延伸率的符号是；屈服强度的符号是。5．材料主要的力学性能有、、、、和。 (二)判断题 1．材料硬度越低，其切削加工性能就越好。（） （） 4．各种硬度值之间可以互换。（） 6．硬度是材料对局部变形的抗力，所以硬度是材料
的塑性指标。（） (三)选择题 1 低碳钢拉伸试验时，其变形过程可简单分为几个阶段。 A．弹性变形、塑性变形、断裂B．弹性变形、断裂 C 塑性变形、断裂D．弹性变形、条件变形、断裂3．材料开始发生塑性变形的应力值叫做材料的 A．弹性极限B屈服强度 C 抗拉强度D条件屈服强度 4．测量淬火钢件及某些表面硬化件的硬度时，一般应用 A．<160HB B．>230HB C．(160～230)HB D．(60～70)HRC 问答题 1 零件设计时，选取σ0. 2 (σs)还是选取σb，应以什么情况为依据? 2．在测定强度指标时，σs和σ0.2有什么不同? 3．常用的测量硬度方法有几种?其应用范围如何? 课题二铁碳合金组织观察 (一)填空题 1．表示晶体中原子排列形式的空间格子叫做，而晶胞是指。 2. 实际金属存在有、和三种缺陷。位错是
缺陷。 10．金属常见的晶格类型是、、。 3. α-Fe、γ-Fe、Al、Cu、Ni、Pb、Cr、V、Mg、Zn中属于体心立 方晶格的有，属于面心立方晶格的有，属于密排六方晶格的有。 4．同素异构转变是指。纯铁在温度发生和多晶型转变。 (二)判断题 1．纯铁加热到912℃时将发生α-Fe向γ-Fe的转变，( ) 2．在室温下，金属的晶粒越细，则其强度愈高和塑性愈低。( ) 3．金属具有美丽的金属光泽，而非金属则无此光泽，这是金属与非金属的根本区别。 纯金属的结晶 (一) 填空题 1．金属结晶的基本过程是和 2 在金属学中，通常把金属从液态向固态的转变称为， 3．当对金属液体进行变质处理时，变质剂的作用是 (二) 判断题 1. 凡是由液态金属冷却结晶的过程都可分为两个阶段。即先形核，形
模具钢的处理
模具钢的处理 模具钢材的热处理方式与加工工序安排密切相关。在模具制造时，应当根据材料和加工工艺路线来选择热处理方法，制定相应得热处理工艺。 （1）一般冷作模具钢工作零件的热处理工序安排：筹造——退火——机械加工成型——淬火与回火—工修整。 （2）冷作模具钢采用成型磨削及电加工工艺：锻造——退火——机械粗加工——淬火或回火——精加工（磨削、电加工）。 （3）冷作模具钢复杂冲模的加工：锻造——退火——机械粗加工——高温回火或调质——机械加工成型——淬火与回火——磨削与电工加工成型。 大多数冷作模具钢使用状态为淬火与回火，模具硬度通常为60hrc，为了进一步提高模具表面硬度、耐磨性和使用寿命，常进行表面强化处理，如渗碳、渗氮、渗硼氮碳共渗、td 法渗钒铌、化学气相村积（cvd）等作为最终热处理。 模具热处理 模具制造的成本高，特别是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具寿命，有显著的经济效益，我国模具技术工作者十分重视模具热处理技术的发展。 1 真空热处理 模具钢经真空热处理后有良好的表面状态，变形小。与大气下的淬火比较，真空油淬后模具表面硬化比较均匀，而且略高一些，主要原因是真空加热时，模具钢表面呈活性状态，不脱碳，不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热，钢的表面有脱气效果，因而具有较高的力学性能，炉内真空度越高，抗弯强度越高。真空淬火后，钢的断裂韧性有所提高，模具寿命比常规工艺普遍提高40%~400%，甚至更高。冷作模具真空淬火技术已得到较广泛的使用。 2 深冷处理 近年来的研究工作表明，模具钢经深冷处理(-196℃)，可以提高其力学性能，一些模具经深冷处理后显著提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行，也可在淬火回火之后进行深冷处理。如果在淬火、回火后钢中仍保留有残余奥氏体，则在深冷处理后仍需要再进行一次回火。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深冷处理不仅用于冷作模具，也可用于热作模具和硬质合金。深冷处理技术已越来越受到模具热处理工作者的关注，已开发出专用深冷处理设备。不同钢种在深冷过程中的组织变化及其微观机制及其对力学性能的影响，尚需进一步研究。 3 模具的高温淬火和降温淬火 一些热作模具钢，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常规淬火温度加热淬火，可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态和分布，使固溶于奥氏体中碳的分布均匀化，淬火后可在钢中获得更多的板条马氏体，提高其断裂韧性和冷热疲劳抗力，从而延长模具使用寿命。例如3Cr2W8V钢制的一种热挤压模具，常规淬火温度为1080~1120℃，回火温度为560~580℃。当淬火温度提高至1200℃，回火温度为680℃(2次)，模具寿命提高了数倍。 W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速钢和Cr12MoV等高合金冷作模具钢，可适当降低其淬火温度，以改善其塑韧性，减少脆性开裂倾向，从而提高模具寿命。例如W6Mo5Cr4V2的淬火温度可选用1140~1160℃。 4 化学热处理 化学热处理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎
【机械类文献翻译】塑料水杯模具的选材与热处理
塑料在国民经济的多个领域中得到广泛的应用,而它的产量按体积计算在世界上已超过了钢铁的产量。同时,塑料模具是塑料成型加工中不可缺少的工具,在总的模具产量中所占的例逐年增加,在当前已处于重要位置。在我国塑料模具的应用在国民经济中的地位愈来愈重要。它的钢材耗用量大,品种规格多,形状复杂,表面粗糙度值要求低,制造难度大。因此,探讨塑料模具的制造中的选用材料与热处理问题,综合分析其工作条件、失效、性能,合理选用材料与热处理以及提高它的使用寿命,保证制件质量,降低制造成本显得非常重要。 1、塑料模具失效因素分析 (1)一般模具失效因素分析 一般模具制造中包括模具设计、选用材料、热处理机械加工、调试与安装等过程。根据调查表明:模具失效的因素中,模具所使用的材料与热处理是影响使用寿命的主要因素,其比例约占70%,国内外的有关资料也表明了相同的结果。从全面质量管理的角度出发,不能把影响模具使用寿命的诸因素作为多项式之和来衡量,而应该是多因素的乘积,这样模具材料与热处理的优劣在整个模具制造过程中就显得特别重要。 (2)塑料模具失效因素分析 塑料模具的重要失效形式为磨损失效,局部塑性变形失效和断裂失效。 ①当塑料模具使用的材料与热处理不合理,塑料模具的型腔表面硬度低,而耐磨性差,其表现为,型腔面因磨损及变形引起的尺寸超差;粗糙度值因拉毛而变高,表面质量恶化。尤其是当使用固态物料进入塑模型腔,它会加剧型腔面的磨损,故塑料模产生了磨损失效。加之,塑料加工时含有氯、氟等成份受热分解出腐蚀性气体HCl、HF,使塑料模具型腔面产生腐蚀磨损,形成侵蚀失效。 ②局部塑性变形失效。塑料模具所采用的材料强度与韧性不足,变形抗力低;当填充的物料进入塑模型腔内,有超载、持续受热,周期受压,而应力分布不均匀,以及塑模型腔面硬化层过薄,从而使塑模产生局部的塑性变形而引起的表面皱纹、凹陷、麻点棱角堆塌,超过要求限度而造成失效以及回火不充分等因素使塑料模具寿命缩短,过早的失效。 ③断裂失效。塑料模具形状复杂,多棱角薄边,应力严重集中在韧性不足之外。同时,塑料模采用合金工具钢回火不充分,而发生断裂失效。 从塑料模三种失效形式可知:选用合理的塑料模具材料与热处理,对它的使用寿命至关重要。故此,塑料模具材料的选用与热处理应满足下列要求: A1较高的硬度、良好的耐磨性、型腔硬度要求在HRC30～60,淬火硬度大于HRC55,并且有足够的硬化深度,心部有足够的强韧性,以免脆断,塑性变形。 B1一定的抗热性,在150～250℃长期工作,不氧化、不变形,尺寸稳定性好。 C1注射时,有腐蚀介质析出,要求有一定的耐蚀性。
塑料模具零件及其热处理
塑料模具零件的热处理工艺 选用不同品种钢材作塑料模具，其化学成分和力学性能各不相同，因此制造工艺路线不同；同样，不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。 一、塑料模具的制造工艺路线 1.低碳钢及低碳合金钢制模具 例如，20，20Cr，20CrMnTi等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。 2.高合金渗碳钢制模具 例如12CrNi3A，12CrNi4A钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。 3.碳素工具钢及合金工具钢制模具 例如T7A~T10A，CrWMn，9SiCr等钢的工艺路线为：下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。 4.调质钢制模具 例如，45，40Cr等钢的工艺路线为：下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配 5.预硬钢制模具 例如5NiSiCa，3Cr2Mo（P20）等钢。对于直接使用棒料加工的，因供货状态已进行了预硬化处理，可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的，其工艺路线为：下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34~42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。 二、塑料模具的热处理特点 （一）渗碳钢塑料模的热处理特点 1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具，要选用渗碳钢来制造，并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。 2.对渗碳层的要求，一般渗碳层的厚度为0.8~1.5mm，当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3~1.5mm，压制软性塑料时渗碳层厚度为0.8~1.2mm。渗碳层的含碳量为0.7%~1.0%为佳。若采用碳、氮共渗，则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。 3.渗碳温度一般在900~920℃，复杂型腔的小型模具可取840~860℃中温碳氮共渗。渗碳保温时间为5~10h，具体应根据对渗层厚度的要求来选择。渗碳工艺以采用分级渗碳工艺为宜，即高温阶段（900~920℃）以快速将碳渗入零件表层为主；中温阶段（820~840℃）以增加渗碳层厚度为主，这样在渗碳层内建立均匀合理的碳浓度梯度分布，便于直接淬火。 4.渗碳后的淬火工艺按钢种不同，渗碳后可分别采用：重新加热淬火；分级渗碳后直接淬火（如合金渗碳钢）；中温碳氮共渗后直接淬火（如用工业纯铁或低碳钢冷挤压成形的小型精密模具）；渗碳后空冷淬火（如高合金渗碳钢制造的大、中型模具）。 （二）淬硬钢塑料模的热处理 1.形状比较复杂的模具，在粗加工以后即进行热处理，然后进行精加工，才能
冲压模具材料的选用及热处理要求
冲压模具材料的选用及热处理要求 一. 冲裁模具材料的选用及热处理要求 选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量，若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料；还应考虑被冲工件的材质，不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具，耐磨性是决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性的劣优依次为碳素工具钢—合金工具钢—基体钢—高碳高铬钢—高速钢—钢结硬质合金—硬质合金。 此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的影响。 1.传统模具用钢长期以来，国内薄板冲裁模用钢为T10A、CrWMn、9Mn2V、Cr12和Cr12MoV等。 其中T10A为碳素工具钢，有一定强度和韧性。但耐磨性不高，淬火容易变形及开裂，淬透性差，只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。 T10A碳素工具钢的热处理工艺为：760~810 ℃水或油淬，160~180 ℃回火，硬度59~62HRC。 CrWMn、9Mn2V是高碳低合金钢种，淬火操作简便，淬透性优于碳素工具钢，变形易控制。但耐磨性和韧性仍较低，应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。CrWMn钢的热处理工艺为：淬火温度820~840 ℃油冷，回火温度200 ℃，硬度60~62HRC。9Mn2V钢的热处理工艺为：淬火温度780~820 ℃油冷，回火温度150~200 ℃，空冷，硬度60~62HRC。注意回火温度在200~300 ℃范围有回火脆性和显著体积膨胀，应予避开。 Cr12和Cr12MoV为高碳高铬钢，耐磨性较高，淬火时变形很小，淬透性好，可用于大批量生产的模具，如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性，易产生碳化物偏析，冲裁时容易出现崩刃或断裂。其中，Cr12含碳量较高，碳化物分布不均比Cr12MoV严重，脆性更大一些。 Cr12型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求，当模具要求比较小的变形和一定韧性时，可采用低温淬火、回火（Cr12为950~980 ℃淬火， 150~200 ℃回火；Cr12MoV为1020~1050 ℃淬火，180~200 ℃回火）。若要提高模具的使用温度，改善其淬透性和红硬性，可采用高温淬火、回火（Cr12为1000~1100 ℃淬火，480~500 ℃回火；Cr12MoV为1110~1140 ℃淬火，500~520 ℃回火）。 高铬钢在275~375 ℃区域有回火脆性，应予避免。 2.常用模具新钢种
我国模具钢材料及模具热处理简介
我国模具材料与模具热处理综述 五十年代，我国模具用钢全部因袭国外钢号。进入六十年代，为了节约原材料和提高毛坯精度，少无切削工艺和精密成形技术有了迅速的发展，为了提高生产效率，采用了许多高效压力加工设备，锻锤逐渐被压力机替代。原用模具钢的性能常不能满足服役条件对性能的高要求，影响了模具的使用寿命和压力加工新工艺新设备的推广应用。七十年代末，精密及大型工程塑料制品的使用日益广泛，对塑料模具用钢的需求量急剧增加，对塑料模具钢的性能也提出了新的要求，而我国当时尚无塑料模具专用钢。 六十年代以来，在国家有关部委的支持下，中国科技工作者结合国情，开发出不少新模具钢，其中一些使用性能优异、工艺性能也比较好的新钢种受到模具制造和使用单位的欢迎。在此期间也引进了一些国外通用的钢号，其中有些钢号通过生产试用，取得良好的效果。对一些使用效果较好的冷作模具钢和热作模具钢，有关部门还分别组织了性能对比试验研究，提出了选择和应用的建议。为满足高耐磨、长寿命模具的需要，五十年代末，我国硬质合金有了迅速的发展，同时也开发了多种钢结硬质合金，用做模具取得良好的效果。 本文分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢、硬质合金和钢结硬质合金、模具热处理、展望和建议六部份论述。 一、冷作模具钢 目前我国常用的冷作模具钢仍是低合金工具钢CrWMn和高碳高铬工具钢Cr12MoV 及Cr12这些老的钢号。CrWMn钢有适当的淬透性和耐磨性，热处理变形小，但CrWMn 钢锻后需较严格地控制冷速，并采用适当的热处理，使碳化物呈均匀细小的粒状，
分布于基体上，否则易形成网状碳化物，导致模具在使用中的崩刃和开裂。高碳高铬工具钢有高的耐磨性，但其碳化物偏析较严重，导致变形的方向性和强韧性的降低。通过反复镦拨可在一定程度上改善其偏析程度。 1981年，我国引入国际通用的高碳高铬工具钢D2(Cr12Mo1V1)。和Cr12MoV钢相比，D2钢的碳化物偏析较之Cr12MoV略有改善，强度与韧性稍有提高，D2钢制作的模具，其使用寿命亦有不同程度的提高。高速钢(主要是W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V)有更高的耐磨性和强度，常用于制作模具，但其韧性不能满足复杂大型和受冲击负荷大的模具的需要。 为了改善这类钢的强韧性，我国开发了一些新的冷作模具钢，如： 1、低合金冷作模具钢 这类钢的主要特点是工艺性好，淬火温度低，热处理变形小，强韧性好，并具有适当的耐磨性。如GD(6CrMnNiMoVSi)、7CrSiMnMoV(简称CH)、DS钢等。GD钢用于制作易崩刃、断裂的冷冲模具有高的使用寿命。CH钢的成分与日本的SX105V钢相同，是一种火焰淬火钢，常用于制做汽车等生产线上用的模具零件，火焰淬火时加热模具刃口切料面，硬化层下又有一个高韧性的基体做衬垫，从而使模具获得较高的使用寿命。DS钢是一种冲击冷作模具钢，其冲击韧性显著优于常用的高韧性刀片用工具钢6CrW2Si。 2、基体钢 基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体化学成分相同的钢。 美国、日本在七十年代初即研究过牌号为VascoMA、VascoMatrixI和MOD2的基体钢，相当于M2和M36高速钢的基体，但未得到广泛的使用。我国研制了一些基体钢，如65Cr4W3Mo2VNb(简称65Nb)、65W8Cr4VTi(简称LM1)65Cr5Mo3W2VSiTi(简称LM2)钢等。这些基体钢的主要特点是其含碳量稍高于基体的含碳量，以增加一次碳
模具材料及热处理_答案
职业学院2012至2013学年第1 学期 《模具材料及热处理》试卷（A） 适用专业：模具设计与制造考试时间：90 分钟共4 页 一、填空题（每空1 分，共20 分） 1．金属材料的性能一般分为两类，其中使用性能是零件选材及确定尺寸大小的主要依据，工艺性能是确定零件加工方法的主要依据。 2. 金属的机械性能主要包括： 强度、硬度、塑性、韧性、疲劳强度。 3. 根据密度大小将金属分为重金属和轻金属，其密度的分界点是： 5.0X103 Kg/m3。 4. 体心立方、面心立方、密排六方晶胞原子数分别为：2、4 、6 个，致密度分别为： 0.68 、0.74 、0.74 。 5. 普通热处理主要有退火，正火，淬火，回火等工艺方法，表面热处理包括表面淬火、表面化学处理及表面气相沉积等。 6. 碳钢的含碳量范围为：0.0218%～2.11%。钢种的常存杂质包括：、硅、硫、磷。锰 二、判断题（每小题2 分，共20 分） 1. 完全退火加热温度不宜过高，一般在A C3以上20～30°C。（√） 2. 退火的工艺过程可简单记忆为：加热—保温—炉冷，正火的工艺过程可简单记忆为：加热—保温—空冷。（√） 3. 淬透性好的材料，淬硬性也好。（×） 4.调质是指“淬火+高温回火”，只能用于最终热处理。（×） 5. 钢件渗氮以后，一般还需要进行淬火处理，以提高硬度和耐磨性。（×） 6. 优质碳素结构钢的钢号用平均含碳量的万分数表示。（√） 7. 铸钢的铸造工艺性较好，不易出现浇注不到，缩孔，晶粒粗大等缺陷，用于生产一些不便锻造，形状复杂的零件。 （×） 8. 1Cr17，1Cr13，3Cr13均属于马氏体不锈钢。（×） 9. 可锻铸铁顾名思义，是可以锻造的铸铁。（×） 10. P20钢相当于国内的3Cr2Mo，为预硬型塑料模具钢。（√） 三、简答题（每小题8分，共32分） 1．实际金属晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对力学性能有何影响？ 答：（1）点缺陷，主要是空位和间隙原子，还有少量杂质原子。 （2）线缺陷（位错），在晶体中某处有一列或若干列原子发生某种有规律的错排现象。 （3）面缺陷，缺陷呈面状分布，主要在晶界处。 点缺陷的出现，使周围的原子靠拢或撑开，造成晶格畸变，使材料的强度、硬度和电阻率增加。位错密度越大，塑性塑性变形抗力越大，塑性变好。面缺陷使晶界处晶格处于畸变状态，使得晶界处有较高的强度和硬度，晶粒愈细小，晶界愈多，金属的强度、硬度也就愈高。2．什么是马氏体？马氏体转变有何特点？ 答：（1）马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。马氏体转变不属于等温转变，是在极快的连续冷却过程中进行的。（1）马氏体转变是非扩散相变。（2）马氏体转变是在一定的温度范围内（MS~Mf）连续冷却完成的。（3）马氏体转变的不彻底性，有部分残余奥氏体存在。（4）马氏体转变引起内应力增加。 3. 15、20、25钢为什么称为渗碳钢？ 答：15、20、25钢强度较低，但塑性和韧性较高，焊接性能和冷冲压性能较好。可以制造各种用作冷冲压件和焊接件以及一些受力不大但要求高韧性的零件。经渗碳淬火及低温回火后，表面硬度可达60HRC以上，耐磨性好，而心部仍有一定的强度和韧性，可用来制作要求表面 耐磨并能承受冲击载荷的零件，因此，这三个牌号的钢也称为渗碳钢。 4．拉深模基本性能要求有哪些？如何预防拉深模的粘附和拉毛磨损？ 答：拉深模具用钢要求具有高强度、高耐磨性，良好的抗咬合性及热稳定性，并具有良好的切削加工性和热处理性能。表面一般进行镀Cr或氮化处理。 在拉深不锈钢、高镍合金钢、耐热钢板等材料时，拉深模容易发生粘附和拉毛，一般选择模具材料为铝青铜，如果选用Cr12Mo1V1一类的模具钢，表面要进行渗氮处理，生产批量大时，选用硬质合金。