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模具材料及表面处理

《模具材料及表面处理》实训实验指导书

李淑英编写

适用专业：模具设计与制造

衡阳财经工业职业技术学院

一、基本要求 (3)

二、实验实训内容及学时数 (3)

三、实训方式、方法 (3)

四、实验操作内容 (3)

实验1 金属力学性能试验 (3)

实验2 铁碳合金的平衡组织观察 (6)

实验3 钢的热处理 (8)

实验4 热处理工艺对工模具钢性能的影响 (9)

实验5 结构钢的淬透性测定 (10)

模具材料及表面处理实训（实验）教学指导书

一、基本要求

由于本门课程具有实践性强的特点，为加深学生对所学知识的理解，应使学生对力学性能测定的基本原理及方法，钢的力学性能与成分、组织之间的关系及其热处理对材料力学性能的影响和热处理生产的实践操作应有一定的认识，特安排以下实验教学与选材实训，有条件的可以安排下厂参观。

二、实验实训内容及学时数

三、实训方式、方法

主要采用实验室、热处理现场教学和现场操作训练。使学生对力学性能、热处理知识及热处理设备有直观地认识。实训项目与实际产品相结合，培养学生解决生产实际问题的能力。

四、实验操作内容

实验1 金属力学性能试验

Ⅰ拉伸试验

[实验目的]

1．测定金属的强度指标（屈服极限σs抗拉极限σb）和塑性指标（伸长率δ及断面收缩率ψ）。

2．加深对碳钢拉伸曲线的理解。

3．了解万能试验机的主要结构和使用方法。

[实验设备及材料]

1．万能试验机一台

2．低碳钢及铸铁拉伸试样各若干根。

[实验组织及步骤]

1．实验前复习教材上第一章第三节“强度与塑性”有关内容。

2．全班分为若干组，每个小组做低碳钢及铸铁拉伸试验各一次。

3．了解万能试验机的大致结构、试验方法及注意事项。

4．测量、记录试样原始直径d0和标距尺寸L0（L0=10 d0或L0=5 d0）。

5．调整校对试验机。夹装试样，检查试样夹装是否正确。检查测力及绘图机构是否能正常工作。

6．开动机器后，仔细观察载荷及试样变形情况。当测力盘指针来回摆动或几乎不动时（绘图纸上出现水平或锯齿形线段），材料发生屈服现象，记下载荷F s；过屈服阶段，指针继续转动，曲线又开始上升。载荷达到某一数值后，指针开始回转，此时试样产生缩颈现象，曲线又开始向下，记下此时载荷F b，它是试样断裂前的最大载荷。

7．试样拉断后，停止机器工作，取下断试样，测量并记录缩颈处最小直径d1及断裂后标距长度L1。

8．填写实验报告。

Ⅱ硬度试验

[实验目的]

1．了解布氏、洛氏硬度测定的基本原理和应用范围。

2．了解布氏、洛氏硬度计的主要结构，掌握操作方法。

3．根据不同金属零件的性能特点，掌握选择测定硬度的方法。

[实验设备及材料]

1．布氏硬度试验机；

2．洛氏硬度试验机

3．读数显微镜

4．淬火钢、退火钢、铸铁、有色金属试样

[实验组织]

1．实验前，应复习教材“硬度”有关内容。

2．了解各种硬度计的构造原理、操作规程及注意事项

3．全班分若干小组在几个硬度计上轮流进行操作。

[试样及测试技术条件]

1．试样被测表面应制成光滑平面，不应有氧化皮及污物。试样面应保证压痕直径（或压痕对角线）能精确测量。布氏、洛氏硬度试样表面粗糙度Ra值一般不应大于0.8um。2．在试样制备过程中，应尽量避免由于受热及冷加工对试样表面硬度的影响。

3．布氏、洛氏硬度试样的最小厚度应大于压痕深度的10倍。

4．试验一般应在10~35℃温度范围内进行。

5．试验时，必须保证试验力作用方向与实验面垂直。对不规则的试样，应根据其形状采用合适的支承台，以保证压头与轴线垂直。

[实验步骤与要求]

一．布氏硬度试验

步骤

1．根据试样材质及预计硬度范围，选择压头材料及直径，试验力及试验力保持时间。2．将选定的钢球或硬质合金球压头装入硬度计主轴衬套内并紧固，调好砝码和时间定位器。

3．将试样稳固的放在工作台上，顺时针方向转动工作台升降手轮，使压头与试样接触，直至升降手轮与螺母发生空转为止。

4．准备就绪后，施加试验力。开电源开关，电源绿色指示灯亮后，按下加力按钮：当红灯亮时，表示试验力已加上，迅速拧紧时间定位器的压紧螺钉使其转动，开始计时，达到预定加力时间后，红灯熄灭，试验力自动卸除。

5．关闭电源，逆时针方向转动手轮，使工作台下降，取下试样。

6．用读数显微镜测出试样表面压痕直径d（在两个垂直方向各测一次，取其平均值）。7．根据压痕平均直径d，用教材附表2查出所测材料的布氏硬度值。

要求

1．试验后，压痕直径应在（0.24~0.6）D之间，否则无效。此时应更换砝码，调整试验力，再做试验。

2．压痕中心距试样边沿距离不应小于压痕平均直径的2.5倍，两相邻压痕中心距离不应小于压痕平均直径的4倍，布氏硬度小于35时，上述距离英分别为压痕直径的3倍和6倍。

二．洛氏硬度试验

步骤

1．根据试样材质及预计硬度范围，选择压头类型和初、主载荷（见教材第9页表1-3）。2．根据试样形状和大小，选择适宜的工作台，将试样平稳的放在工作台上。

3．顺时针方向缓慢转动工作台升降手轮，将试样与压头缓慢接触使指示器指针或指示线至规定标志即加上初始载荷。如超过规定则应卸除初载荷，在试样另一位置试验。

4．调整指示器至零点后，加主载荷（应在4~8s内完成）。

5．施加完主载荷后，总载荷的保持时间应以示值指示器指针基本停止移动为准。

6．卸除主载荷后，从表盘指针所指读数即为所测洛氏硬度值。

7．逆时针方向旋转手轮，降下工作台，取下试样。

注意

1．试样两相邻压痕中心距离或任一压痕中心距试样边缘距离一般不小于3mm。特殊情况下，这个距离可以减小，但不应小于压痕直径的3倍。

2．在每个试样上的试验点数应不小于4点（第一点不计）。

3．要十分注意工作台升降手轮的旋转方向，特别是在实验快结束需下降工作台卸除载荷取下试样或调换试样位置时，手轮不得转错方向，否则就容易损坏压头。

Ⅲ冲击试验

[实验目的]

1．了解冲击试验机的结构及操作原理。

2．了解金属材料在常温下冲击韧性的测定方法。

[实验设备及材料]

1．冲击试验机；

2．冲击试样（材料一般用中碳钢）。

[实验组织及步骤]

1．实验前，应复习教材“冲击韧性”有关内容。

2．实验前，应了解冲击试验机的结构原理及操作方法。

3．检查试样尺寸，安装试样。

4．进行冲击试验。

5．式样冲断后，记录表盘上数值。

6．填写实验报告。

实验2 铁碳合金的平衡组织观察

[实验目的]

1．鉴别铁碳合金常温下的显微组织。

2．分析成分（含碳量）对铁碳合金显微组织的影响，从而加深理解成分、组织与性能之间的相互关系。

3．了解金相试样的制备过程及金相显微镜的使用方法。

[实验设备及材料]

金相显微镜；金相标准试样；制备金相样品（取样、磨制、抛光及腐蚀）所需的设备及材料。[实验组织及步骤]

1．实验前复习教材“铁碳合金的基本组织”有关内容。

2．了解金相试样的制备过程及金相显微镜的主要结构、使用方法及注意事项（如严禁用手帕或一般纸擦镜头或试样等）。

3．根据设备条件，分两人或数人一组，每组显微镜一台，标准试样一套，金相图谱一本。4．了解显微镜的操作过程。

5．按观察要求，选择物镜与目镜，并装在显微镜上。

6．将试样磨面对着物镜放在载物台上。

7．接通电源。

8．用双手慢旋粗调焦（距）手轮，试试样缓慢靠近物镜，同时在目镜上观察，视场由暗到亮，调至看到组织。然后再旋动微调焦（距）手轮，直至看到最清晰图像为止。调节动作要缓慢，勿使试样与物镜接触。

9．观察一般组织时，由低倍数到高倍数，并移动载物台，对试样各部进行观察。

10．分析比较试样内部组织。

11．填写实验报告。

[金相试样的制备]

金相试样的制备主要包括取样、磨制、抛光及腐蚀等步骤

１.取样

在需要分析观察的材料或零件具有代表性的部位，截取（用锯、切割机、锤击等方法）试样的工作称为取样。取样时，应注意保证不使试样被观察面的金相组织发生变化。试样尺寸一般以高为10～15㎜、边长或直径为15～25㎜的方形或圆柱形较合适。试样太小或形状不规则的小颗粒，可以镶嵌在熔点低的电木粉或环氧树脂内，或用夹具夹持。

2．磨制

２.１粗磨准备好的试样，软材料可用锉刀锉平，钢铁材料先在粗砂轮上磨平，候磨痕均匀一致后，即移至细砂轮上续磨，磨时须用水冷却试样，使金属的组织不因受热而发生变化。粗磨完后，试样应倒角，以免在细磨、抛光过程中将砂纸或抛光布撕裂。

２.２细磨经砂轮磨好、洗净、吹干后的试样，随即依次在由粗到细的各号砂纸上磨制，我厂采用在预磨机上进行磨制，从粗砂纸到细砂纸、再换一次砂纸，试样须转90°角与旧磨痕成垂直方向。

３.抛光

经预磨后的试样，先在抛光机上进行粗抛光(?抛光织物为细帆布抛光液为Cr２Ｏ3溶液)然后进行精抛光(抛光织物为锦丝绒，抛光液为Cr２Ｏ3溶液)?抛光到试样上的磨痕完全除去

而表面像镜面时为止，即粗糙度为Ra0.04以下。

４.浸蚀

４.1 精抛后的试样，便可浸入盛于玻璃皿之浸蚀剂中进行浸蚀。浸蚀时，试样可不时地轻微移动，但抛光面不得与皿底接触。

４.2 浸蚀剂一般采用4％硝酸酒精溶液。

４.3 浸蚀时间视金属的性质、检验目的及显微检验的放大倍数而定，以能在显微镜下清晰显出金属组织为宜。

４.4 试样浸蚀完毕后，须迅速用水洗净，表面两用，酒精洗净，然后用吹风机吹干。

实验3 钢的热处理

[实验目的]

1.根据试样或简单零件要求拟定热处理规范。

2.进一步加深对Fe-Fe3C相图及C曲线的理解和应用，加深对钢的成分-热处理-组织-

性能关系的认识。

3.熟悉淬火及回火等热处理工艺。

4.提高火花鉴别及使用硬度计的能力。

[实验设备及材料]

1．箱式电炉及控温仪表；

2．淬火用水槽及油槽；

3．洛氏硬度计，布氏硬度计；

4．实验用试样：用20、45及T8(或T10)钢做成直径为12~20mm、高为15~25 mm的圆柱体试样，或制成短拉伸试样。

[实验组织及步骤]

1．实验前复习教材“钢的热处理”有关内容。

2．全班分成若干组，每组领取下述试样或零件6块（20钢1块，45钢3块，T8钢2块）。3．用火花鉴别法鉴别所发材料是否与规定材料相符并测定其原始硬度。

4．根据下表对材料经热处理后的硬度要求，拟定试样或零件的热处理规范，并绘出包括加

5．将试样放入加热炉中加热到指定温度。

6．经一定保温时间后，进行淬火。

7．试样清除氧化皮后，测定硬度。

8．根据回火要求进行回火处理。

9．回火后，清除氧化皮，测定硬度。

10.观察热处理后的金相显微组织（可用事先准备好的金相样品进行观察）。

11.由实验老师验收成品。

12.填写实验报告。

实验4 热处理工艺对工模具钢性能的影响

[实验目的]

1.了解淬火及回火温度对9SiCr、5CrW2Si、5CrMnMo等工模具钢硬度的影响。（或

9Cr2、5CrNiMo、60Si2Mn代用）

2.拟定上述钢种作刃具及冷冲模具或热作模具适宜的热处理工艺

[概述]

正确的热处理工艺对工模具的性能和使用寿命有着决定性的影响，因此，了解不同淬火、回火温度对工模具钢的性能的影响，便可作为合理制定热处理工艺的依据。

本实验通过测定不同淬火、回火温度与硬度的关系并参照有关资料的性能数据制定上述工模具适宜的热处理工艺

[实验内容与步骤]

1.将9SiCr、5CrW2Si、5CrMnMo试样分别在750、800、850、900、950℃加热，保

温15分钟，在油中淬火。

2.测试上述温度下每两个试样的淬火硬度的平均值

3.将上述淬火的试样，于150、200、400、500和600℃回火1h油冷，测其回火硬度。[实验报告要求]

1.列表全部淬火、回火硬度数据

2.作出淬火温度、回火温度与硬度的关系曲线

3.说明上述钢种哪些适于作刃具或冷做模具，哪些适于作热作模具，拟定相应的热处

理工艺

至水冷端距离(mm) 图2钢的淬透性曲线示意图硬度(H R C )

冷却速度V (℃/s )

(b)

(a)

实验5 结构钢的淬透性测定

[实验目的]

1、掌握淬透性的概念；

2、学会用未端淬火法测定钢的淬透性曲线；

3、比较45钢和40Cr 钢的淬透性能。 [实验原理]

淬透性是钢材的一种热处理工艺性能，所谓钢的淬透性就是指钢在淬火时能够得到淬硬层深度的能力，通常用淬透性曲线来表示。钢的淬硬层越深，表明淬透性越好。

淬透性的判定标准通常规定由钢的表面向里深入到半马氏体区的距离当作淬硬层的深度，并以这个深度作为衡量淬透性的标准。

半马氏体组织的硬度随碳含量的增加有规律性地提高。按照国家标准规定，淬透性的测定方法有下列两种：(1)碳素工具钢淬透性试验法(GB227-63)；(2)结构钢未端淬透性试验法(GB226-63)。GB226-63是最常用的未端淬火法，它适用于碳素结构钢和一般合金结构钢。下面对未端淬火法加以介绍。 (1)原理

将一个圆柱形试样加热至规定的淬火温度，然后对试样的未端喷水冷却进行淬火，如图界1所示。由于试样仅未端淬火，所以整个圆柱体沿长度方向由下而上冷却速度逐渐减小。如图2(a)的所示，显然未端的冷却速度最大(大于V 临界)，其组织应为马氏体，随后为屈氏体，再逐步过渡到原始组织。其硬度也相应逐渐降低。由此可以建立以硬度(HRC )为纵座标，以距离为横座标的关系曲线,即淬透性曲线，如图2(b)所示。 (2)试样

按照标准，试样尺寸为Φ25×l00mm ，离试样顶端3~5mm 处的直径为28~30mm ，以供淬火时悬挂试样之用，如图3所示。若没有条件制作标准试样时也可采用Φ20mm (顶端为Φ25mm )或Φ12mm (顶端为Φ17mm)的试样，但长度保持不变仍为100mm 。 (3)加热

图1 末端淬透性实验示意图

图4 试样在保护管内加热示意图 1-试样；2-钢管；3-焊缝；5-石墨粉

图3 末端淬透性实验标准试样尺寸

试样应在温度准确的箱式电炉中加热，淬火温度根据钢的成分确定，保温时间一般不少于30分钟。加热时为防止试样未端发生氧化脱碳现象，可将试样放在保护管内，并在管底铺上一层石墨粉或铸铁屑，如图4所示。试样悬挂在管内，并使未端与石墨粉之间保持一定距离。 (4)淬火

在未端淬火设备上进行。操作要点如下：①实验前先根据试样的直径参照表1中的数据调整试验设备。②试样加热、保温后即由炉内取出迅速放入悬挂支架孔中。③喷水冷却淬火。 (5)硬度测定及淬硬性表示法

将淬火后的试样沿圆柱表面纵向相对的两边各磨去0.3～0.5mm 的深度，以获得相互平行的两平面，便于测定硬度。试样在磨制过程中要进行冷却，以免产生回火而影响硬度的测量。

硬度测量时应将试样放在“V ”型试样台上，沿试样磨制平面的中心线进行测量。由试样水冷端(即未端)起，每隔1.5mm 测量一次，当硬度值

下降趋于平稳时，可每隔3mm 测量一次。一般测量至离水冷端30~40mm 即可。

表1 末端淬火实验的主要调整数据

根据试验所测得的硬度数据与未端距离之间的关系，画出淬透性曲线。由于材料的化学成分有一定波动，硬度值便在一定的范围内变化，因此淬透性曲线一般都用两条曲线表示，通常称为淬透性带。需要指出的是，由未端淬火试验所得到的淬透性曲线并不能直接用来决定可以淬透的工件尺寸大小，还需借助由其它试验法求得的一些辅助曲线(换算曲线)或数据来进行换算。

在生产中也常用所谓临界直径D c 来表示淬透性。临界直径是指钢材按规定条件淬火后

其心部组织恰好获得50%马氏体的最大直径，显然，在相同冷却条件下，临界直径越大时，钢的淬透性就越好。

[实验材料及设备]

1、箱式电炉；

2、未端淬火设备；

3、砂轮机；

4、洛氏硬度机；

5、标准试样(45钢或40钢，40Cr钢)；

6、游标卡尺。

[实验内容]

测定45钢(或40钢)和40Cr的淬透性曲线

[实验步骤]

1、每班分若干组，每组以4~5人为宜，分别领取试样；

2、测量试样的尺寸，并根据钢种制定热处理工艺；

3、调整未端淬火设备，做好淬火前的准备；

4、按照规定温度加热及淬火；

5、将淬火后的试样两侧各磨去0.3~0.5mm；

6、按规定测量硬度(HRC)，并将所测得的数据填入表2中；

7、分别绘制出45钢图5(a)和40Cr图5(b)的淬透性曲线。

表2 末端淬实验数据表

[实验注意事项]

1、支架必须擦干，并尽量靠近加热炉；

2、由炉中取出试样时动作要迅速，放入支架孔中后立即喷水冷却。淬火时间一般为10~15分钟；

3、喷出的水柱应只与试样端部表面接触，而不应喷在圆柱体侧面上。水箱中的水压应保持稳定，以保证喷出的水柱高度基本不变，冷却均匀；

4、在磨制试样两侧平面时要及时进行冷却，以防产生回火现象，影响硬度测定的准确；

5、每次取试样时炉门打开时间不要过长，以免温度下降过多，影响下一步操作；

6、操作时应明确分工，相互配合，动作要协调，以保证整个操作过程的顺利完成。

[实验报告要求]

1、说明本次实验目的；

2、简述未端淬火法的试验原理和方法；

3、实验材料与实验内容；

4、实验步骤；

5、绘制出45(或40)钢和40Cr钢的淬透性曲线；

6、分析实验中存在的问题；

7、实验结论。

常用模具材料牌号对照表

常用模具材料牌号对照表类别中国钢号通用钢号钢材特性塑胶模具钢3Cｒ2Mo P２0(美国）618（瑞典）预硬塑胶模具钢３Cr2NiMo718（瑞典）P20+Ｎi(美国) 超预硬塑胶模具钢４Ｃr13Ｓ136（瑞典)抗腐蚀塑胶模具钢 1CrNi3 ＮAK80（日本)镜面塑胶模具钢 3Cr１７Mo M30０（奥地利）耐腐蚀塑胶模具钢五金模具钢ＣrWMn ＳＫS3（日本)不变形油钢 Cr１2 Cr12MoＶＳKD１1（日本) D３（美国) 耐磨韧性铬钢 Cr1２Ｍo1V1 Ｄ2(美国) 热作模具钢4Cr5MoSiV1SKD61（日本）通用热作模具钢 H13（美国) 840７(瑞典）冷作模具钢?CrWMn/ＳKＳ31／1０5Ｗ／Cr6高硬度，中等淬透性，价格低廉。 20７—25５820-840 下料模、冲头、成型模、搓丝板顶出杆及小型塑料压模等。?9Ｍn２V/Ｏ2/DF—2 具有良好冲载能力,热处理变形小。≤229７80-８０0 厚度小于６mm以下得小型冲压模具及切纸机、刀具等。 9CrＷＭn／O１/SKS3／DF—3/100Mｎ/CrW4 淬火变形小，具有良好得刃口保持能力，热处理变形小。197－241 82０—84０薄片冲压模、手饰压花模等。９SiCr/X１00Cr／ＭoV51具有高硬度良好得韧性与较好得抗回火稳定性。１97—２４１８６0-88０下料模、冲头、搓丝板、压印模、顶出杆等?Cr5Mｏ１Ｖ/A２／SKＤ12/X Ｗ—１０/210／Cｒ１2空冷淬硬性铬钢，韧性极佳，高耐磨损性与抗腐蚀能力。≤２55９50-１000拉伸模、压花模、下料模、冲压模、及耐磨塑料模等. Cr12/Ｄ3/SKD1/X1６5Ｃr／ＭoV12高碳铬钢，具有高耐磨性与抗腐蚀能力。217—269 95０－9８0 应用于小动载条件下要求高耐磨形状简单得拉伸模及冲载模。?Ｃr12ＭoV/Ｘ1５5Cr/VMo121具有良好得淬透性，高耐磨性，韧性高。 207—255 1000—１02０下料模、冲头、滚丝轮、剪刀片、冷镦模、陶土模及热固塑料成型模等. Cr12Mo1Ｖ1/D2/ＳKD1１／W－42具有良好得淬透性，高韧性，高耐磨损性,强韧性极佳，并具有良好得抗回火稳定性,热处理变形小. ≤255 １0０0—10２0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。?７Cｒ７Mｏ２V2Si具有高韧性，高耐磨损性，热处理变形小。 2４１—269110０—1150

常用的模具材料的介绍

常用的模具材料的介绍: 铸件类: HT250 灰铁250 适用于模座压料芯等大型结构件本体不能热处理 (我们公司基本不用，因为它比HT300差,在小模具和低产量模具上使用较多) HT300 灰铁300 适用于模座压了芯等大型结构件本体据说火焰淬火能提高硬度到40但具体根据(但通常没人这样用) 我们公司最常用的材料之一 MoCr 钼铬铸铁使用于需要一定硬度的机构件,如拉延模面也可用于薄料翻边镶块经过淬火后硬度能达到HRC55-60,比较耐磨. GGG70 (GGG70L) 进口材料,目前国内可能天津有铸造厂能造了(如有人知道的请指正),与M oCr 类似, 硬度HRC60左右，耐磨性更高, GGG70L类似于GGG70升级版本. CH-1(7CrSiMnMoV) 空(风)冷钢用于薄料(通常是1.2以下,根据客户要求)的修边镶块,翻边整型镶块, 锻造类 T10(T10A) 修边刀块/翻边刀块等需要较高硬度的零件,硬度HRC58-62 ,但由于此种材料的耐磨性能很差,在零件超过3mm时不管是翻边还是修边,基本都不用它而选择Cr12MoV,我们公司基本不用这种材料,与之差不多的还有种叫T8A的材料曾经使用过，主要用于制作冲头的垫板. Cr12MoV 修边刀块/翻边刀块等需要较高硬度的零件,HRC58-62,耐磨,常用材料 SKD11 比Cr12MoV 优秀更耐磨,日标,通用的零件,中山伟福,APAC的模具,一般都有厂家直接指定了使用此种材料,(另在产量非常高的情况下，在其表面做TD处理,一种表面硬化涂层,可在MISUMI标准件书上的技术资料上查阅到相关信息. 锻造空冷钢与铸造空冷钢相比,差不多，但锻造的更好,由于一个是铸造出来，一个是锻造出来,用法是还是有很多不同的. 扎钢类/其他类: 20# 用于导柱导套(由于现在都是买标准件,一般都是铸铁的), 45# 最常用的了 Q235(A3) 用于铸入式起重棒等零件,这个比较重要了，很多人可能不是太了解的，由于起重棒这样的零件需要具有以下属性:不需要太高硬度,但需要一定韧性,因为当模具被吊起来以后,即使起重棒要出问题，宁可让它变弯也不能直接断掉,让人更容易观察到可能出的问题，增加安全性. Cr12MoV T10 等材料也有扎钢,由于扎钢和锻造的加工工艺性决定,扎钢必定不能和锻造钢比...

常用模具材料牌对照表

常用模具材料牌对照表精选文档 TTMS system office room 【TTMS16H-TTMS2A-TTMS8Q8-

常用模具材料牌号对照表类别中国钢号通用钢号钢材特性塑胶模具钢 3Cr2Mo P20（美国） 618(瑞典) 预硬塑胶模具钢 3Cr2NiMo 718（瑞典） P20+Ni(美国) 超预硬塑胶模具钢 4Cr13 S136（瑞典）抗腐蚀塑胶模具钢 1CrNi3 NAK80（日本）镜面塑胶模具钢 3Cr17Mo M300（奥地利）耐腐蚀塑胶模具钢五金模具钢 CrWMn SKS3（日本）不变形油钢 Cr12 Cr12MoV SKD11（日本） D3(美国) 耐磨韧性铬钢 Cr12Mo1V1 D2(美国) 热作模具钢 4Cr5MoSiV1 SKD61（日本）通用热作模具钢 H13（美国）

8407（瑞典）冷作模具钢 CrWMn/SKS31/105W/Cr6高硬度，中等淬透性，价格低廉。 207-255 820-840 下料模、冲头、成型模、搓丝板顶出杆及小型塑料压模等。 9Mn2V/O2/DF-2?具有良好冲载能力，热处理变形小。≤229 780-800 厚度小于6mm 以下的小型热作模具钢 5CrMnMo淬透性一般，价格较低，淬火后硬度和5CrNiMo相近，而塑性韧性相对低一些。 197-241 820-850 用于制造形状简单，厚度小于250毫米的小型热锤锻模。 5CrNiMo/L6/56Cr/NiMoV7淬火后综合力学性能较好，热强性和淬透性一般197-241 830-860 用于制造形状简单，工作温度一般，厚度在250~350毫米之间的中型热锤锻模块。 5CrNiMoV/SKT4?淬透性，淬硬性较5CrNiMo、5CrMnMo显着改善。≤240 830-880 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。 4Cr5MoSiV1/SWG8407/H13/H13ESR/SKD61/X40Cr/MoV51具有良好耐热性，抗热疲劳性能及耐液态金属冲蚀性能，高淬透性，优良综合力学性能，较高的抗回火稳定性。≤235 1020-1050 用于制造冲击载荷较大，型腔复杂的长寿命锤锻模或锻造

模具常用钢材一览表

模具常用钢材一览表钢材类型钢厂编号出厂状态及硬度钢材特性供应商比较标准塑料模具钢 LKM638 预硬至HB 270 - 300 加工性能良好 LKM AISI P20 塑料模具钢 LKM738 预硬至HB 290 - 330 优质预硬，硬度均匀易切削加工 LKM AISI P20 Ni / DIN1.2738 塑料模具钢 LKM738H 预硬至HB 330 - 370 优质预硬，硬度均匀易切削加工 LKM AISI P20 Ni / DIN1.2738 塑料模具钢 LKM2311 预硬至HB 280 - 325 预加硬塑料模具钢 LKM AISI P20 / DIN1.2311

塑料模具钢 LKM2312 预硬至HB 280 - 325 极易切削，适宜大批量快速加工LKM AISI P20 S / DIN 1.2312 塑料模具钢舞阳718 预硬至HB 290 - 340 预加硬塑胶模具钢中国舞阳 AISI P20 Ni/DIN 1.2738 塑料模具钢宝钢P20 预硬至HB 270 - 300 预加硬塑胶模具钢中国宝钢 AISI P20 塑料模具钢德国2738 预硬至HB 290 - 330 预加硬塑胶模具钢德国 AISI P20 Ni 塑料模具钢 LKM2711 预硬至HB 335 - 380 高硬度及高韧性 LKM AISI P20，特级版/DIN1.2711 塑料模具钢 IMPAX 718H

预硬至HB 330 - 380 预加硬纯洁均匀，含镍约1.0% 瑞典ASSAB AISI P20，改良型塑料模具钢 NAK80 预硬至HB 370 - 400 高硬度，镜面效果特佳，放电加工良好，焊接性能极佳日本大同 AISI P21，(改良型) VAR 耐腐蚀塑料模具钢 LKM2083 退火至HB 215 - 240(需淬火) 可加硬至约HRC52，防酸及拋光性能良好 LKM AISI 420 / DIN 1.2083 耐腐蚀塑料模具钢 LKM2083H 预硬至HB 280 - 310 预加硬，防酸及拋光性能良好 LKM AISI 420 / DIN 1.2083 耐腐蚀镜面模具钢 STAVAX S136 退火至约HB 215(需淬火) 高纯度，高镜面度，拋光性能好，抗锈防酸能力极佳，热处理变形少瑞典ASSAB AISI 420，ESR 耐腐蚀镜面模具钢 STAVAX S136H 预硬至HB 290 - 330 高纯度，高镜面度，拋光性能好，抗锈防酸能力极佳，热处理变形少瑞典ASSAB

模具材料及表面强化技术期末复习题(经典)

模具材料及热处理复习思考题 1、名词解释题： 1）基体钢：通过降低高速钢中碳含量与合金元素优化，减少钢中过剩碳化物，从而改善高速钢塑性和韧性而研制出的一种超高强度钢 2）预硬型塑料模具钢：指供货时已预先进行了热处理，并达到模具使用状态硬度，在此硬度条件下将模具成型加工，不再进行热处理而直接使用，从而保证了模具制造精度。 3）时效硬化型塑料模具钢：指一类低碳、主要含Ni、Cu等合金元素的抗腐蚀塑料模具用钢。这类钢经固溶处理+失效处理后，具有高的强度、硬度，高的抗腐蚀性和高的加工精度 4）热稳定性：模具材料在高温的条件下工作时，保持其硬度，组织稳定性及抗软化能力。 5）淬透性：是指模具钢材淬火是获得马氏体的能力。 6）热疲劳:热做模具的工作条件是反复受热，受冷，在反复热应力的作用下，模具表面会形成网状裂纹，这种现象称为热疲劳。 7）降碳高速钢：为了提高韧性而研制出的一种降碳降矾的低碳高速钢类型的冷作模具钢 2.a失效的定义？产品丧失规定的功能（包括规定功能的完全丧失，规定功能的降低）称为失效。 b.何谓失效分析？是指分析失效原因，研究和采取补救措施和预防措施的技术与管理活动，在反馈于生产，因而是质量管理的一个重要环节。 c.失效分析的目的是什么？寻找材料及其构件失效的原因，从而避免和防止类似事故的发生，并提出预防或延迟的措施 3、模具材料的力学性能主要有几项要求？淬火温度高低对模具材料热处理质量有什么影响基本要求: 1.具有高硬度和强度，以保证模具在工作过程中抗压、耐磨、不变形、抗粘合; 2.具有高耐磨性，以保证模具在长期工作中，其形状和尺寸公差在一定范围内变化，不因过分磨损而失效; 3.具有足够的韧性，以防止模具在冲击负荷下产生脆性断裂; 4.热处理变形小，以保证模具在热处理时不因过大变形而报废; 5.有较高的热硬性，以保证模具在高速冲压或重负荷冲压工序中不因温度升高而软化

模具材料热处理x.doc

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

常用模具材料

6.4 常用塑料模具零部件材料塑料注射模具结构比较复杂，一套完整的模具有各种各样的零件，各个零件在模具中所处的位置、作用不同，对材料的性能要求就有所不同。合理选择模具零件的材料，是生产高质量模具、提高效率、降低成本的基础。 6.4.1 塑料注射模具对材料的基本要求对于塑料注射模具，模具零件材料的基本要求如下。 1. 具有良好的机械加工性能塑料注射模具零件的生产，大部分由机械加工完成。良好的机械加工性能是实现高速加工的必要条件。良好的机械加工性能能够延长加工刀具的寿命，提高切削性能，减小表面粗糙度值，以获得高精度的模具零件。 2. 具有足够的表面硬度和耐磨性塑料制品的表面粗糙度和尺寸精度、模具的使用寿命等，都与模具表面的粗糙度、硬度和耐磨性有直接的关系。因此，要求塑料注射模具的成型表面有足够的硬度，其淬火硬度应不低于55 H RC，以便获得较高的耐磨性，延长模具的使用寿命。 3. 具有足够的强度和韧性由于塑料注射模具在成型过程中反复受到压应力（注射机的锁模力）和拉应力（注射模型腔的注射压力）的作用，特别是大中型和结构形状复杂的注射模具，要求其模具零件材料必须有高的强度和良好的韧性，以满足使用要求。 4. 具有良好的抛光性能为了获得高光洁表面的塑料制品，要求模具成型零件表面的粗糙度值小，因而要求对成型零件表面进行抛光以减小其表面粗糙度值。为保证抛光效果，模具材料不应有气孔、杂质等缺陷。 5. 具有良好的热处理工艺性模具材料经常依靠热处理来达到必要的硬度，这就要求材料具有较好的淬硬性和淬透性。塑料注射模具的零件往往形状较复杂，淬火后进行加工较为困难，甚至根本无法加工，因此模具零件应尽量选择热处理变形小的材料，以减少热处理后的加工量。 6. 具有良好的耐腐蚀性一些塑料及其添加剂在成型时会产生腐蚀性气体，因此选择的模具材料应具有一定的耐腐蚀性，另外还可以采用镀镍、铬等方法提高模具型腔表面的抗蚀能力。 7. 表面加工性能好塑料制品要求外表美观，花纹装饰时，则要求对模具型腔表面进行化学腐蚀花纹，因此要求模具材料蚀刻花纹容易，花纹清晰、耐磨损。 6.4.2 塑料注射模具零件常用材料

模具材料及表面强化论文。陈

冲压模用钢的最新研究现状首先冲压模具材料制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。其中新材料冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的320CrVMo13，等。热处理、表处理新工艺为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。模具钢钢种的发展冷作模具钢：冷作模具钢主要用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具。如：冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拉深模具、压印模具、冷挤压模具、螺纹压制模具和粉末压制模具等。冷作模具钢的范围很广，从各种碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢到粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢。热作模具钢：热作模具钢主要用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具。如：热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦锻模具等。常用的热作模具钢有：中高含碳量的添加CR、W、MO、V等合金元素的合金模具钢;对特殊要求的热作模具钢，有时采用高合金奥氏体耐热模具钢制造。塑料模具用钢：由于塑料的品种很多，对塑料制品的要求差别也很大，对制造塑料模具的材料也提出了各种不同的性能要求。所以，不少工业发达的国家已经形成了范围很广的塑料模具用钢系列。包括碳素结构钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀塑料模具钢、易切塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、马氏体时效钢以及镜而抛光用塑料模具钢等在冷作模具钢中，所发展的材料有： (1) 高韧性、高耐磨性模具钢这些钢C、C含量低于传统的Crl2型模具钢，增加了Mo、V 合金数量，其耐磨性优于Crl2MolVl钢，韧性和抗回火软化能力则高于Crl2，如美国钒合金钢公司早期发表的VascoDie(8Cr8M02V2Si)、日本大同特殊钢公司的 DC53(CrSM02VSi)，我国自行开发的则有7CrTM02V2Si(LD钢)、9CrW3M02V2(GM 钢)等，分别用于冷挤压模具，冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具。 (2)低合金空淬微变形钢这类钢的特点是合金含量低(≤5%)，淬透性、淬硬性好，Φ100mm 的工件可以空冷淬透、淬火变形小、工艺性好，主要用于制造精密复杂模具。如美国ASTM 标准钢号A4(Mn2CrM-o)、A6(7Mn2CrMo)、日本大同特殊钢公司的G04。我国自行研制的

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

模具材料及表面处理课后习题部分答案

1、模具及模具材料一般可以分哪几类答：按照模具的工作条件分三类：冷作模具、热作模具、成形模具模具材料分类：（1）模具钢：冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢（2）其他模具材料：铸铁、非铁金属及其合金、硬质合金、钢结硬质合金、非金属材料2、评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标有哪些这些指标能否用于评价热作模具材料的塑性变形抗力为什么答：评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标主要是常温下的屈服点σs或屈服强度σ；不能评价；因为评价热作模具材料塑性变形抗力的指标应为高温屈服点或高温屈服强度，热作模具的加工对象是高温软化状态的材料，所受的工作应力要比冷作模具小得多。 3、反映冷作模具材料断裂抗力的指标有哪些答：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等； 4、磨损类型主要有哪些答：磨料磨损、粘着磨损、氧化磨损、疲劳磨损； 5、模具失效有哪几种形式模具失效分析的意义是什么答：失效形式：断裂、过量变形、表面损伤、冷热疲劳；失效分析意义：模具的失效分析是对已经失效的模具进行失效过程的分析，以探索并解释模具的失效原因，其分析结果可以为正确选择模具材料、合理制定模具制造工艺、优化模具结构设计以及模具新材料的研制和新工艺的开发等提供有指导意义的数据，并且可预测模具在特定使用条件下的寿命。第二章冷作模具材料 6、冷作模具钢应具备哪些使用性能和工艺性能答：（1）使用性能：良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性能、良好的抗咬合能力；（2）工艺性能：可锻性、可加工性、可磨削性、热处理工艺性；热处理工艺性包括：淬透性、回火稳定性、脱碳倾向、过热敏感性、淬火变形与开裂倾向等。 7、比较低淬透性冷作模具钢与低变形冷作模具钢在性能、应用上的区别。答：低淬透性冷作模具钢：（1）碳素工具钢：性能：锻造工艺性好，易退火软化，热处理后有较高的硬度和耐磨性。缺点：淬透性低，热硬性、耐磨性差，淬火温度范围窄；应用：适宜制造尺寸较小，形状简单，受载较轻，生产批量不大的冷作模具。（2）GCr15 性能：淬透性、硬度、耐磨性比碳素工具钢高；淬火后，回火尺寸变化不大；Cr提高该钢的回火稳定性，回火后有较高的强韧性、耐磨性；应用：适用于制造精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝板和成型模等。低变形冷作模具钢：（1）CrWMn 性能：具有较高的淬透性，由于加入%～%（质量分数）钨，形成碳化物，所以在淬火和低温回火后具有一定的硬度和耐磨性。钨有助于保持细小晶粒，从而使钢具有较好的韧性，该钢对形成网状碳物比较敏感，而且这种碳公物网使工具刃部有剥落的危险。应用：使用较为广泛的冷作模具钢。用于制造量具，如板牙、块规、样柱和样套，，以及形状复杂的高精度冲模等。 (2)9Mn2V 性能：综合力学性能比碳素工具我钢，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火时变形较小。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了过热敏感性。碳化物不均匀性比CrWMn钢好。应用：用于制造各种精密量具、样板，以及一般要求的尺寸较小的冲模、冷压模、雕刻模、

《模具材料及表面处理》-期末试题及答案1

《模具材料及表面处理》课程考试试卷（A卷）

3．冷挤压模具工作零件对材料有何特殊要求？（4分） 4．热作模具钢的强韧化处理方法有哪些？并分析其原理。（6分）五、根据下图，填写下图中数字所在区域所代表的组织（1－20）。（20分） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

六、综合题（10分）拟定锤锻模的制造工艺路线，以5CrMnMo锤锻模为例说明其热处理工序的工艺方法。《模具材料及表面处理》课程考试试卷（A卷）评分标准及参考答案一、不定项选择题(每小题2分，共20分) 1.ABC 2. ABCD 3.ABCDE 4.C 5. ABCD 6.ABCD 7.BCD 8. ABCD 9.CD 10.ABCD 二、填空题(20分) 1．冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢2．断裂、塑性变形、磨损3．硬度4．钢的含碳量5．铬6．淬回火工艺7．高淬高回、微细化处理、等温8．固溶处理时效处理 9．强度塑性10．镀前表面处理电镀镀后处理三、判断题(每小题1分，共10分) 1．√ 2. √ 3.×4. × 5. √ 6.√7. ×8. √9. √10. × 四、简答题（每小题4分，共20分） 1．答：模具表面硬化和强化的目的是：提高模具的耐磨性、耐热性、耐蚀性、抗咬合性和疲劳强度。表面强化技术中，以前常工艺采用渗碳硬化、高频表面硬化和氮化等。最近又开发了多种新的表面硬化技术： CVD 化学气相沉积法和PVD 物理气相沉积法， TD 涂覆碳化物法，离子氮化法，渗硼法、电子束或激光加热表面硬化法，电火花强化法，等离子喷涂 WC 法及模具表面镀铬法等。 2．答：钢结硬质合金是以钢为粘结相，以碳化物（主要是碳化钛、碳化钨）做硬质相，用粉末冶金方法生产的复合材料。其微观组织是细小的硬质相，弥散均匀分布于钢的基体中（用于模具的钢结硬质合金，基体主要采用含铬、钼、钒的中高碳合金工具钢或高速钢）。钢结硬质合金是介于钢和硬质合金之间的一种材料，具有以下特点：工艺性能好具有可加工性和可热处理性，在退火状态下，可以采用普通切削加工设备和刀具进行车、铣、刨、磨、钻等机械加工。还可以锻造、焊接。与硬质合金相比，成本低，适用范围更广。良好的物理、力学性能钢结硬质合金在淬硬状态具有很高的硬度。由于含有大量弥散分布的高硬度硬质相，其耐磨性可以与高钴硬质合金接近。与高合金模具钢相比，具有较高的弹性模量、耐磨性、抗压强度和抗弯强度。与硬质合金相比，具有较好的韧性。具有良好的自润滑性、较低的摩擦系数、优良的化学稳定性。 3．答：在冷挤压过程中，需要承受外套的预压应力和挤压过程中的拉应力，凸模则承受巨大的压应力。工件在变形过程中所产生的热量也部分地被模具吸收，所以模具材料还需要具有一定地高温硬度和热稳定性。另外，模具表面往往回产生磨损和挤伤，从而造成模具零件尺寸和形状的变化，并且使模具零件表面粗糙度增大，使模具失效 4．答：高温淬火：获得板条状马氏体为主的淬火组织，并提高钢的淬透性，使模具具有高的强度、塑性和断裂韧性。复合强韧化处理（双重淬火法）：将模具的锻热淬火与最终热处理淬火回火相结合的处理工艺，在模具毛坯停锻后用高温淬火及高温回火取代原来的球化退火，经此处理后钢中碳化物细小而均匀，基本上消除了常规工艺难以消除的带状碳化物。复合等温处理：处理后模具的表层组织为马氏体与下贝氏体，心部组织为下贝氏体。

模具材料及表面强化技术考试(有答案)

1、简述模具材料对模具寿命的影响，总结模具选材的主要原则。答：1）从模具的使用来看，根据模具的工作状况，选用具有适当的强度和韧性匹配的模具，从而使模具寿命最高；通过适当地热处理与表面处理，使模具内部韧性高、模具表面强度高和耐磨性高，能有效地提高模具的整体性能及寿命。 2）主要原则：（1）使用性能足够；（2）工艺性能良好；（3）供应上能保证；（4）经济性合理。 2、分析拉深模具的工作条件、主要失效形式、性能要求和材料选用? 答： 1）工作条件：拉深模具主要用于金属板料的拉深成形，拉深过程中模具的受力状态如课本图 7-8 所示。拉深载荷通过凸模圆角部位传给工件，工件外面部分通过凹模端面与压边圈之间向内流动。成形过程中，工件给凸模圆角半径部分压力F＇4，及摩擦力F4，给凹模圆角半径压力F＇3及摩擦力F3，给压力圈压力F＇1和摩擦力F1，给凹模端面压力F＇2和摩擦力F2. 2）主要失效形式：拉深模凸模、凹模和压边圈工作部分没有锋利的尖角，模具零件受力不像冲裁模那样局限在很小范围内，同时凸凹模间隙一般都比板材厚度大，模具较少出现断裂和塑形变形失效。但拉深模工作时，板材与凹模和压边圈产生相对运动，存在很大的摩擦，因此拉深模的主要失效形式为磨损，在磨损形式及机理上，主要表现为粘着磨损。 3） 4）材料的选用：根据坯料材质的不同，选用与其亲和力小的模具材料。一般来说，坯料为钢板，模具材料应选用有色金属，反之，坯料为有色金属，模具材料则选用钢和铁。（1）对于圆形件，小批量，可选T8/T10/45钢：（2）对于中批量的中小件，选MnCrW、crWV; （3）对于形状不规则的中小件，选Cr12MoV；（4）对于小件大批量，选硬质合金；（5）对于大型拉延模、汽车覆盖件模，可选铸铁。 3、从工艺性能和承载能力角度判断下列钢号属于哪类冷作模具钢：7Cr7Mo2V2Si、Crl2MoV、Cr4W2MoV、GCrl5、9Crl8、W6Mo5Cr4V2、5Cr4Mo3SiMnV Al、6CrNiSiMnMoV、9Cr6W3Mo2V2、65Cr4W3Mo2VNb。答：7Cr7Mo2V2Si（LD1钢）、Crl2MoV（高耐磨钢）、Cr4W2MoV（高碳中铬钢）、GCrl5（高碳低合金钢）、9Crl8（耐蚀冷作模具钢）、W6Mo5Cr4V2（高速钢）、5Cr4Mo3SiMnVAl（基体钢——012Al钢）、6CrNiSiMnMoV（GD 钢——高韧性低合金钢）、9Cr6W3Mo2V2（GM钢）、65Cr4W3Mo2VNb（基体钢——65Nb钢）。 4、针对型腔复杂、精度要求高和寿命要求长的塑料模具，选材时主要考虑哪些因素？现有T12A和3Cr2Mo （P20）两种材料，请选择最合适的材料，并说明理由？参考答案： 1）考虑因素：（1）首先满足材料的使用性能足够原则；（2）考虑材料的工艺性能：如型腔的加工性能；（3）防止型腔切削加工成形后因淬火处理引起过大的型腔变形； 2）合适材料是3Cr2Mo（P20）钢。 3Cr2Mo（P20）钢是预硬型塑料模具钢。该钢预先经过了预硬化处理（调质处理），具有较好的综合力学性能和加工性能，保证了模具的精度和使用性能要求，加工后直接使用，不需要再进行热处理。 T12A钢属高碳工具钢，因硬度高、需球化退火才能加工，加工后需进行热处理，由于模具型腔复杂，易产生淬火变形，不适合制作此类模具。 5、选择压铸模具材料的主要依据有哪些? 答：根据压铸摸具的工作条件、性能要求、失效形式和模具要求、预期寿命进行选择：

模具材料及表面处理课后习题部分答案

1、模具及模具材料一般可以分哪几类？答：按照模具的工作条件分三类：冷作模具、热作模具、成形模具模具材料分类：（1）模具钢：冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢（2）其他模具材料：铸铁、非铁金属及其合金、硬质合金、钢结硬质合金、非金属材料2、评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标有哪些？这些指标能否用于评价热作模具材料的塑性变形抗力？为什么？答：评价冷作模具材料塑性变形抗力的指标主要是常温下的屈服点σs或屈服强度σ0.2；不能评价；因为评价热作模具材料塑性变形抗力的指标应为高温屈服点或高温屈服强度，热作模具的加工对象是高温软化状态的材料，所受的工作应力要比冷作模具小得多。 3、反映冷作模具材料断裂抗力的指标有哪些？答：抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等； 4、磨损类型主要有哪些？答：磨料磨损、粘着磨损、氧化磨损、疲劳磨损； 5、模具失效有哪几种形式？模具失效分析的意义是什么？答：失效形式：断裂、过量变形、表面损伤、冷热疲劳；失效分析意义：模具的失效分析是对已经失效的模具进行失效过程的分析，以探索并解释模具的失效原因，其分析结果可以为正确选择模具材料、合理制定模具制造工艺、优化模具结构设计以及模具新材料的研制和新工艺的开发等提供有指导意义的数据，并且可预测模具在特定使用条件下的寿命。第二章冷作模具材料 6、冷作模具钢应具备哪些使用性能和工艺性能？答：（1）使用性能：良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性能、良好的抗咬合能力；（2）工艺性能：可锻性、可加工性、可磨削性、热处理工艺性；热处理工艺性包括：淬透性、回火稳定性、脱碳倾向、过热敏感性、淬火变形与开裂倾向等。 7、比较低淬透性冷作模具钢与低变形冷作模具钢在性能、应用上的区别。答：低淬透性冷作模具钢：（1）碳素工具钢：性能：锻造工艺性好，易退火软化，热处理后有较高的硬度和耐磨性。缺点：淬透性低，热硬性、耐磨性差，淬火温度范围窄；应用：适宜制造尺寸较小，形状简单，受载较轻，生产批量不大的冷作模具。（2）GCr15 性能：淬透性、硬度、耐磨性比碳素工具钢高；淬火后，回火尺寸变化不大；Cr提高该钢的回火稳定性，回火后有较高的强韧性、耐磨性；应用：适用于制造精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝板和成型模等。低变形冷作模具钢：（1）CrWMn 性能：具有较高的淬透性，由于加入1.20%～1.60%（质量分数）钨，形成碳化物，所以在淬火和低温回火后具有一定的硬度和耐磨性。钨有助于保持细小晶粒，从而使钢具有较好的韧性，该钢对形成网状碳物比较敏感，而且这种碳公物网使工具刃部有剥落的危险。应用：使用较为广泛的冷作模具钢。用于制造量具，如板牙、块规、样柱和样套，，以及形状复杂的高精度冲模等。 (2)9Mn2V 性能：综合力学性能比碳素工具我钢，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火时变形较小。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了过热敏感性。碳化物不均匀性比CrWMn钢好。应用：用于制造各种精密量具、样板，以及一般要求的尺寸较小的冲模、冷压模、雕刻模、

常用模具材料牌号对照表

常用模具材料牌号对照表类别中国钢号通用钢号钢材特性塑胶模具钢 3Cr2Mo P20（美国） 618(瑞典) 预硬塑胶模具钢3Cr2NiMo 718（瑞典） P20+Ni(美国) 超预硬塑胶模具钢钢钢冷作模具钢 CrWMn/SKS31/105W/Cr6高硬度，中等淬透性，价格低廉。 207-255 820-840 下料模、冲头、成型模、搓丝板顶出杆及小型塑料压模等。 9Mn2V/O2/DF-2 具有良好冲载能力，热处理变形小。≤229 780-800 厚度小于6mm 以下的小型冲压模具及切纸机、刀具等。

9CrWMn/O1/SKS3/DF-3/100Mn/CrW4 淬火变形小，具有良好的刃口保持能力，热处理变形小。197-241 820-840 薄片冲压模、手饰压花模等。 9SiCr/X100Cr/MoV51具有高硬度良好的韧性和较好的抗回火稳定性。197-241 860-880 下料模、冲头、搓丝板、压印模、顶出杆等 Cr5Mo1V/A2/SKD12/XW-10/210/Cr12空冷淬硬性铬钢，韧性极佳，高耐磨损性和抗腐蚀能力。≤255 950-1000 拉伸模、压花模、下料模、冲压模、及耐磨塑料模等。并具有良好堆焊性217-241 880-910 应用于要求热处理变形小而施以火焰加热局部淬火的大型镶块模具及冲压厚度、≤7mm钢板大冲压模具和剪切下料模、切纸刀、陶土模及轧辊等。热作模具钢

5CrMnMo淬透性一般，价格较低，淬火后硬度和5CrNiMo相近，而塑性韧性相对低一些。197-241 820-850 用于制造形状简单，厚度小于250毫米的小型热锤锻模。 5CrNiMo/L6/56Cr/NiMoV7淬火后综合力学性能较好，热强性和淬透性一般 197-241 830-860 用于制造形状简单，工作温度一般，厚度在250~350毫米之间的中型热锤锻模块。 ≤240 抗镁锌等金属长寿命压铸模具，部分高寿命耐磨塑料模具。 3Cr2W8V/H21/SKD5较5CrNiMo及H13在高温下有较高强度、硬度及抗回火稳定性，但韧性及抗热疲劳性能，抗熔融金属冲蚀性能不及H13 207-255 1100-1150 用于制造工作温度≥550℃并承受较高的静载荷，而冲击载荷较低的锻造压力机模或热挤压模具。塑料模具钢

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