模具选材及热处理(工艺).ppt

第八章模具材料及热处理第一节模具材料概述二、模具失效的概念
1.模具的服役：模具经安装、调试后，正常生产合格产品的过程称为模具的服役。
2.模具的损伤：模具在使用过程中，虽然出现尺寸变化（变形、磨损等）、微裂纹等缺陷，但没有丧失服役能力的状态。—称为有病状态，要及时维修。
3.模具的失效：模具损坏到不可修复，且不能生产出合格产品的状态；模具的失效按照发生时间的早晚可分为正常失效和早期失效。
三、常见的失效形式
塑性断裂
1.断裂失效脆性断裂
疲劳断裂
过量弹性变形
2.过量变形失效过量塑性变形（局部塌陷、局部镦粗、型腔胀大）
蠕变(金属在高温环境下，即使所受的力小于屈服点，也
会随时间的增长发生缓慢的永久变形的现象）超限
表面磨损（粘着、磨粒、氧化、疲劳磨损等）
3.表面损伤
表面腐蚀（冲蚀、浸蚀、熔蚀等）
4.疲劳及热疲劳失效—疲劳裂纹四、模具材料五、模具材料的性能要求
模具的工作条件复杂，工作温度高低不一，失效形式多样，对各类模具性能要求不同。模具的服役条件比较恶劣，一般承受高压、冲击、振动、摩擦、弯扭、拉伸等载荷；工作温度有的很高；精度要求很高；磨损、变形、疲劳、断裂时有发生。模具材料的性能相对一般零件为高，一般从使用性能和工艺性能二大方面考虑。
（一）使用性能要求
1.硬度和热硬性
☆成形模具应具有足够高的硬度，才能确保使用寿命。
冷作模具一般要求硬度在60HRC以上；热作模具一般在40～
52HRC范围内，塑料模具通常在45～60HRC内考虑。
☆硬度是衡量材料软硬程度的一种性能指标，是指材料抵
抗局部变形，特别是塑形变形、压痕或划痕的能力。它是强度、
塑性、韧性、耐磨性等指标的综合反映，因此在零件图上常常
标注硬度值，作为技术要求。
☆热硬性是指模具在受热或高温条件下保持高硬度的能
力；如热作模具和部分冷作模具要求具有一定的热硬性。
☆材料的硬度和热硬性主要取决于材料的成分、热处理工
艺及表面处理工艺。

(1)布氏硬度HB(2)洛氏硬度(3)维氏硬度图8-1硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响
1-W6Mo5Cr4V2钢;2-Cr12MoV钢;3-Cr5Mo1V钢
2.耐磨性—材料抵抗磨损的能力，它是衡量模具使用寿命的重要指标。
☆磨损形式不同，影响耐磨性的因素也不同，主要因素是硬度和组织。
如：冲击载荷较小时，耐磨性和硬度成正比关系；
钢的组织中，马氏体和下贝氏体耐磨性较好；
钢中碳化物的性质、数量、形态、分布对钢的耐磨性有显著的影响。
图8-2所示为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行
冲孔的试验结果，可反映各钢种的耐磨水平；试验以Cr12MoV
钢为基准（ε=1.0）。图8-3所示是标准模具进行耐磨性试验
的结果，较好地反映了工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性。
3.强度和韧性
☆强度—材料在静载荷作用下抵抗永久变形和断裂的能力，是衡量材料变形抗力和断裂抗力的性能指标；
如：冷作模具:变形抗力—屈服强度，断裂抗力—抗拉强度、抗弯强度等；
热作模具:变形抗力—高温屈服强度，断裂抗力—抗拉强度、断裂韧性等；
☆韧性—在冲击载荷下抵抗产生裂纹的特性，反映了材料的脆断抗力，常用冲击韧性（αK）表示。
☆材料的强度和韧性主要取决于材料的成分、冶金质量、热处理工艺，碳化物的性质、数量、形态、分布对其也有显著的影响。
圆形截面的拉伸试样4.疲劳抗力--反映材料在交变载荷作用下，抵抗疲劳破
坏的性能指标。
热作模具常常是在急冷急热的条件下工作，必定发生不同
程度的冷热疲劳现象，出现龟裂，因此希望有高的冷热疲劳抗
力，以免早期失效。
Titanic沉没原因（二）工艺性能要求
1.热加工工艺性能
包括锻轧、铸造、焊接等性能。根据模具的不同制造工
艺，可提出不同的加工性能要求，这些性能要求受到模具材料
的化学成分、冶金质量、组织状态等因素的影响。
2.冷加工工艺性能
包括切削、抛光、研磨、冷挤压和冷拉等性能。模具制品
有时要求很高的表面质量、低的表面粗糙度及高的精度，所以
对切削性能和抛光性能均有较高要求。
3.热处理工艺性能
实际上它是一种热加工工艺性能，在模具失效事故中，热
处理所造成的因素占总失效的52%左右，热处理工艺性能的好
坏对模具质量有较大影响。它要求热处理变形小、淬火温度范
围宽、过热敏感性小，脱碳敏感性低、淬火开裂倾向低等，特
别要求要有足够的淬硬性和淬透性。六、模具选材的一般原则
模具的选材和其他零件选材一样，都要符合选材的一般原则，它要求所选材料应满足：
（一）使用性能足够
根据工作条件、失效形式、寿命要求、可靠性的高低等提出材料的强度、硬度、塑性、韧性等使用性能要求，提出时要考虑尺寸效应及主要的、关键的性能指标，使所选材料足够满足性能要求。
(二）工艺性能良好
根据制造工艺方法不同使所选材料具有良好