热作模具的材料的 性能要求和成分特点、热作模具钢及热处理(一)

《金属材料与热处理》教材习题答案第五章合金钢1.什么是合金钢?答：所谓合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的地加入一种或数种合金元素的钢。

2.合金元素在钢中有哪些主要作用?这些作用对钢的性能会产生哪些影响?答：合金元素在钢中的作用是非常复杂，其中主要作用包括：一是形成合金铁素体。

由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，引起铁素体的晶格畸变，产生固溶强化作用。

二是与碳能形成碳化物，当这些碳化物呈细小颗粒并均匀分布在钢中时，能显著提高钢的强度和硬度。

三是抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用，达到细化晶粒的目的使合金钢在热处理后获得比碳钢更细的晶粒，从而提高其综合力学性能。

四是可增加过冷奥氏体的稳定性，推迟其向珠光体的转变，减小钢的临界冷却速度，提高钢的淬透性。

五是提高回火稳定性，在相同的回火温度下，合金钢比相同含碳量的碳素钢具有更高的硬度和强度。

在强度要求相同的条件下，合金钢可在更高的温度下回火，以充分消除内应力，而使韧性更好。

3.合金钢是如何分类的?答：合金钢最常用下面两种分类方法。

一是按用途分类：分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。

其中合金结构钢又可以分为低合金高强度钢，渗碳钢，调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。

合金工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢等。

特殊性能钢则有不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。

二是按合金元素总含量分类：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％一10％）和高合金钢（合金元素总含量＞10％）。

4.合金钢的牌号编制有何特点？答：我国合金钢牌号采用碳含量、合金元素的种类及含量、质量级别来编号，简单明了，比较实用。

其中合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）＋元素符号（或汉字）＋数字表示，前面两位数字表示钢的平均含碳量的万分数；合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0％时，则不予标出。

H13模具钢材料科学与工程学院成型08-3班季洪波 14085642【摘要】简单介绍了热作模具，以及热作模具的典型材料H13钢及其成分、性质、热处理工艺和相对其它热作模具钢的优势。

指出了H13钢成份低Si高Mo的发展趋势。

并叙述了目前H13钢的表面改性方法。

关键词: H13钢；热作模具；4Cr5MoSiV1；化学成分1、引言近年来，随着模具工业的迅速发展，模具钢的发展也极为迅速。

由于工业生产技术的发展和不断出现的新材料，模具的工作条件日益苛刻，对模具钢的性能、品质、品种等方面不断地提出了新的要求，为此，世界各国近年来都积极开发了具有各种特性，适应不同性能要求的新型模具钢。

在新型模具中又以热作模具为新发展趋势。

2、热作模具简单介绍热作模具可分为热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等，这类模具在工作中既受复杂力的作用、又受到温度变化的影响，其工作条件差、失效形式复杂、性能要求高。

随着高效、高速、高强度、大吨位的机械化和自动化加工成形设备的发展以及热锻模、热挤压模、热镦模、压铸模等复杂工艺的广泛应用，对模具的强度、冲击韧度、红硬性和耐磨性提出了更高的要求，因此，热作模具钢的选用成为模具设计与制造的重要技术问题之一。

2.1、热作模具的服役条件了解热作模具的服役条件是正确选用模具材料及热处理工艺的前提。

热作模具在高温、高压条件下工作，受到强大冲击力及金属流动充满型腔的摩擦力的作用，模腔温度达300～600 ℃，要用液体或气体冷却模具，反复的加热和冷却会使模具表面产生龟裂，同时，模具还受到压应力、拉应力、弯曲应力作用，因此，要求模具能在较高温度下保持强度和韧性，具有良好的热疲劳性、抗氧化性、一定硬度和耐磨性，并具有良好的综合力学性能。

2.2、热作模具材料失效原因分析模具的失效是指模具丧失了正常工作能力，其生产出的产品已成为废品。

热作模具使用的环境和条件有其特殊性，对模具材料的性能要求也各不同。

这类模具的失效形式可以归纳为4 种。

常用模具材料及热处理常用的模具材料有许多种，每一种材料都具有独特的特点和适用范围。

而热处理则是在模具制造过程中必不可少的一步，可以提高材料的硬度、强度和耐磨性，从而提高模具的使用寿命。

以下是几种常用的模具材料和热处理方法。

一、常用的模具材料：1.铝合金：铝合金具有良好的导热性能和成型性能，重量轻，价格便宜。

适用于制造小型模具或高精度的塑料模具。

2.铝青铜：铝青铜具有良好的导热性能、耐磨性能和耐腐蚀性能，适用于制造高速冲压模和注塑模。

3.铜合金：铜合金具有良好的导热性能和热膨胀系数，适用于制造大型的冲压模和注塑模。

4.微晶玻璃钢：微晶玻璃钢具有高强度、耐磨性和抗腐蚀性能，适用于制造大型的冲压模和注塑模。

5.构造钢：构造钢具有高强度和耐磨性能，适用于制造大型的冲压模。

6.热作模具钢：热作模具钢具有优良的耐热性和抗热疲劳性能，适用于制造高温下工作的模具。

7.不锈钢：不锈钢具有良好的耐腐蚀性能和高温强度，适用于制造化学模具和食品模具。

二、热处理方法：1.淬火：淬火是常用的热处理方法之一，通过迅速冷却材料，使其获得高硬度和高强度。

淬火温度和冷却介质根据材料的不同而不同。

2.回火：回火是淬火后的一个步骤，通过加热材料到一定温度并保持一段时间，降低材料的硬度和脆性，提高其抗冲击性和韧性。

3.淬火回火：将材料先进行淬火然后回火的组合处理，既能获得高硬度也能提高韧性。

4.预淬火：预淬火是在热处理之前先进行一次淬火，然后再进行其他热处理工艺，可以提高热处理的效果。

5.淬火再回火：在完全淬火和回火的基础上，再进行一次淬火和回火，以进一步提高材料的性能。

6.等温淬火：将材料加热到一个特定温度并保持一段时间，然后进行快速冷却，可以使材料获得均匀细小的组织和高硬度。

7.渗碳：通过在材料表面渗入一定的碳元素，提高材料的表面硬度和耐磨性。

总结：常用的模具材料有铝合金、铝青铜、铜合金、微晶玻璃钢、构造钢、热作模具钢和不锈钢等。

热处理方法包括淬火、回火、预淬火、淬火回火、等温淬火、淬火再回火和渗碳等。

高导热高热强热作模具钢的热湿性能分析热作模具钢是一种用于制造高温工作环境下工具和模具的特种钢材，对于模具制造行业的发展起着至关重要的作用。

在模具的使用中，由于工作环境的特殊性和高温、高压的作用，模具钢需要具备较好的高导热性和高热强性能，以确保模具在使用过程中具有稳定的性能和较长的使用寿命。

热导热性是热作模具钢重要的性能指标之一。

热导热性是指物质在温度梯度下传导热量的能力，越高的热导热性能意味着更好的热传导能力，能够更快地将热量传递到模具表面，提高散热效果，避免因局部过热引起的热应力和热膨胀问题。

高导热性对于高温工作环境下的模具尤为重要，能够提高模具的工作效率和使用寿命。

热强性是另一个重要的性能指标。

在高温工作环境中，模具钢需要具备较好的抗高温氧化、抗高温变形和抗高温疲劳开裂等性能，以确保模具在长时间高温下不变形、不断裂和不脱落，保持稳定的形状和尺寸精度。

高热强性能可以保证模具在高温环境中长期稳定使用，并且能够承受较大的压力和变形，避免因高温引起的破损和寿命降低。

同时，由于许多模具在工作过程中会与水或其他液体接触，热作模具钢还需要具备良好的热湿性能。

热湿性能指材料在高温和潮湿环境中的耐腐蚀性能和稳定性能。

由于水或其他液体的存在，高温下材料容易发生氧化腐蚀、腐蚀变形等问题，因此需要选择具备较好的热湿性能的热作模具钢。

热湿性能的优越性能可以延长模具的使用寿命，降低维修成本。

为了达到高导热、高热强和良好的热湿性能，研发人员通常会采取各种手段对热作模具钢进行改进。

首先，在原材料选择上，可以通过调整化学成分来提高材料的导热性和热强性能。

例如，添加导热元素，如铝、镍、铜等，可以显著提高材料的热导热性能；而合理控制碳含量、磷含量、硫含量等元素，则可以提高材料的热强性能。

此外，通过采用精细晶粒化处理、合理的淬火和回火工艺等手段，可以进一步提高材料的导热性和热强性能。

其次，在热处理过程中，可以采用高温回火、多次回火等工艺来改善材料的热强性能。

高导热高热强热作模具钢的加工工艺与性能优化摘要：高导热高热强热作模具钢在现代工业中起到了重要的作用。

本文将对该类钢材的加工工艺与性能优化进行介绍与探讨。

首先，将分析高导热高热强热作模具钢的特点及应用领域。

其次，从原材料的选择、热处理工艺、表面处理等方面详细介绍了其加工工艺。

最后，针对高导热高热强热作模具钢的性能进行分析，提出了性能优化的方法与措施。

1.引言高导热高热强热作模具钢是一种具有良好热导性能和高热强度的特殊钢种，广泛应用于塑料、橡胶、玻璃纤维等热成型工艺中。

其优异的导热性和热强度使得其在高温条件下能够保持稳定的性能，且具备较长的使用寿命。

然而，由于高导热高热强热作模具钢具有较高的硬度和韧性要求，其加工工艺与性能优化对于提高其使用性能至关重要。

2.高导热高热强热作模具钢的特点与应用领域高导热高热强热作模具钢具有导热系数高、导热性能稳定、热膨胀系数小、耐热性好等特点。

这些特点使得该类钢材在模具制造、塑料成型、铸造、压铸等领域中得到广泛应用。

例如，在注塑模具中，高导热高热强热作模具钢能够快速将塑料材料的温度均匀分布，加速注塑过程，提高生产效率和产品质量。

3.高导热高热强热作模具钢的加工工艺3.1 原材料选择高导热高热强热作模具钢的原材料应选择高纯度的合金元素。

合金元素的含量对钢材的性能起着决定性作用。

在选择原材料时，应考虑到充分利用材料的导热性能和热强度。

3.2 热处理工艺热处理是高导热高热强热作模具钢加工的关键环节。

热处理工艺应根据钢材的组织结构和性能需求确定。

常见的热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。

通过适当的热处理工艺，可以使钢材的硬度和韧性达到最优化，并增加其使用寿命。

3.3 表面处理高导热高热强热作模具钢的表面处理对于提高其耐磨性和耐腐蚀性至关重要。

常用的表面处理方法包括氮化处理、渗碳处理和表面涂层等。

这些方法可以增加钢材的表面硬度和耐磨性，延长其使用寿命。

4.高导热高热强热作模具钢的性能优化4.1 提高导热性能提高高导热高热强热作模具钢的导热性能，可以通过合理选择合金元素和热处理工艺来实现。

热作模具钢的热处理工艺流程
一、前处理
在进行热处理之前，首先需要对热作模具钢进行清洗和预处理。

这包括去除表面的油污、锈迹和其他杂质，以确保热处理的均匀性和模具的寿命。

二、加热
将预处理后的模具放入加热炉中，加热至所需温度。

加热过程中，需要注意控制加热速度和温度，以避免模具出现裂纹或变形。

三、保温
在加热后，将模具在炉中保温一段时间，以确保模具充分吸收热量。

保温时间的长短取决于模具的材质和厚度，以及所需的热处理效果。

四、淬火
在保温结束后，将模具迅速冷却至室温，完成淬火过程。

淬火是热处理的关键步骤，可以改变模具的硬度和耐磨性。

根据模具的材质和用途，可以选择不同的淬火方式，如油淬、水淬等。

五、回火
淬火后，将模具再次加热至一定温度，并进行回火处理。

回火可以消除淬火过程中产生的内应力，提高模具的韧性和耐久性。

回火温度和时间的选择取决于模具的材质和用途。

六、冷却
回火结束后，将模具自然冷却至室温。

在冷却过程中，需要注意控制冷却速度，以避免模具出现裂纹或变形。

七、后处理
冷却后，对模具进行后处理，包括打磨、抛光等，以去除表面的氧化皮和其他杂质，提高模具的表面质量和精度。

以上是热作模具钢的热处理工艺流程。

通过合理的热处理工艺，可以提高模具的硬度和耐磨性，增强模具的韧性和耐久性，从而延长模具的使用寿命和提高生产效率。

热加工模具的材料选择及热处理随着社会的发展，科学的发展，热加工用模也有了很迅速的发展。

本毕业设计从理论与实践的角度对热加工模模具进行阐述，针对热加工模用料及热处理进行分析，从以下几方面进行论述：热加工类模具用钢的材料分析热加工模是工业产品生产中不可缺少的工艺方法之一。

它主要用于制造业和加工业。

它是和冲压、锻造、铸造成型机械，同时和塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成型加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用的。

热加工模具属于精密机械产品，因为它主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件（凸模、凹模），导向零件（导柱、导套等），支承零件（模座等），定位零件等；送料机构，抽芯机构，推料机构，检测与安全机构等。

为提高模具的质量，性能，精度和生产效率，缩短制造周期，其零、部件（又称模具组合），多由标准零、部件组成。

所以，模具应属于标准化程度较高的产品。

一副中小型冲模或塑料注射模，其构成的标准零、部件可达90%，其工时节约率可达25%~45%。

一、热加工用模模具的功能和作用现代产品生产中，热加工模具由于其加工效率高，互换性好，节约原材料，所以得到很广泛的应用。

现代工业产品的零件，广泛采用冲击、成型锻造、压铸成形、挤压成形、塑料注射或其他成形加工方法，和成形模具相配套，经单工序或多道成形工序，使材料或胚料成形加工成符合产品要求的零件，或成分精加工前的半成品件。

如汽车覆盖件，须采用多副模具，进行冲孔、拉深、翻边、弯曲、切边、修边、整形等多道工序，成形加工为合格零件；电视机外壳洗衣机内桶是采用塑料注射方法，经一次注射成型为合格零件的；发动机的曲轴连杆是采用锻造成形模具，经滚锻和模锻成形加工为精密机械加工前的半成品胚件的。

高精度、高效率、长寿命的冲模、塑料注射成形模具，可成形加工几十万，甚至几千万产品零件，如一副硬质合金模具，可冲压硅钢片零件（E型片、电机定转子片）上亿件，称这类模具为大批量生产用模具。

适用于多品种、少批量或产品试制的模具有：组合冲模、快换冲模、叠层冲模或成型冲模，低熔点合金成型模具等，在现代加工业中，具有重要的经济价值，称这类模具为通用、经济模具。

热作模具材料及热处理热作模具材料及热处理●热作模具主要用于高温条件下的金属成形，使加热的金属或金属获得所需要的形状。

●按用途可分为热锻模、热镦模、热挤压模、压铸模和高速成形模具等。

●通常在反复受热和冷却的条件下工作，变形加.上的时间越长，受热就越严重。

模具面温升常达300—700°C之间，要求有较高的热强性、热疲劳性和韧性，常选用中碳(wc=0.3%一0.6%)合金钢来制作。

第一节热作模具材料的主要性能要求●工作特点:热作模具是在机械载荷和温度均发生循环变化情况下工作的。

●热作模具材料分类:按照工作温度和失效形式不同，可将热作模具材料分为低耐热高韧性钢(350一370°C)、中耐热韧性钢(550—600°C)、高耐热钢(600—650°C)等。

有特殊要求的热作模具也可以采用奥氏体型耐热钢、高温合金或硬质合金，甚至是难熔合金来制造。

热作模具材料的使用性能要求●评价热作模具钢的性能指标:室温和高温使用条件下的硬度!强度!韧度等。

●热作模具材料使用时一般有七个方面的性能要求。

(1)硬度热作模具钢的硬度为40—52HRC。

通常模具钢的硬度取决于马氏体中的碳含量、钢的奥氏体化温度和保温时间。

应该指出的是:钢的最佳淬火温度要通过该钢的“淬火温度一晶粒度一硬度”关系曲线来选择。

马氏体中的二次硬化则与钢的合金化程度有关系，随着回火温度的升高，马氏体中的碳含量虽然降低，但如果特殊碳化物呈弥散析出并促使残余奥氏体转变成马氏体，则模具钢的高温硬度将会提高。

(2)强度强度是模具整个截面或某个部位在服役时抵抗静载断裂的抗力。

在压缩条件下工作的模具，可测试其抗压强度。

用拉伸试验测定一定温度下的抗拉强度σb,和屈服点σs,一般模具不允许发生永久的塑性变形，所以要求具有高的屈服强度。

而当模具钢的塑性较差时，一般不用抗拉强度而用抗弯强度σbb作为力学指标，抗弯试验产生的应力状态与许多模具工作表面所处的应力状态极其相似，能精确地反映构料的成分和组织对性能的影响。

冷作模具钢和热作模具钢冷作模具钢和热作模具钢是常见的两种模具钢材料，它们在模具制造和使用过程中具有不同的特点和应用领域。

本文将详细介绍冷作模具钢和热作模具钢的特点、性能以及应用方面的差异。

一、冷作模具钢1. 特点：冷作模具钢主要用于制造在室温下工作的模具，具有以下特点：- 冷硬性好：冷作模具钢经过冷处理后，具有良好的硬度和耐磨性，能够在较大的应力下工作。

- 优异的加工性能：冷作模具钢具有较好的加工性能，可以进行切削、钻孔、铣削等加工操作。

- 耐腐蚀性：冷作模具钢在常温下具有较好的耐腐蚀性能，不易受到氧化和腐蚀的影响。

- 适用范围广：冷作模具钢适用于制造各种冲压模具、剪切模具、切割刀具等。

2. 性能：冷作模具钢的性能主要取决于其合金化元素和热处理工艺。

一般来说，冷作模具钢具有以下性能：- 高硬度：常见的冷作模具钢具有较高的硬度，一般在50~62 HRC 之间，能够满足模具在工作时对硬度的要求。

- 良好的耐磨性：冷作模具钢经过冷处理后，具有良好的耐磨性能，能够在长时间的使用中保持较低的磨损率。

- 优异的韧性：冷作模具钢在冷处理后保持一定的韧性，能够在受到冲击或振动时不易断裂。

- 较好的切削性能：冷作模具钢具有较好的切削性能，能够在切削过程中减小刀具的磨损。

3. 应用：冷作模具钢广泛应用于各种模具制造和加工领域，其主要应用包括：- 冲压模具：冷作模具钢制成的冲压模具能够在冷压过程中保持较高的硬度和耐磨性，具有较长的使用寿命。

- 塑料模具：冷作模具钢制成的塑料模具具有较好的切削性能，能够在制造塑料制品时保持较高的精度和表面光洁度。

- 剪切刀具：冷作模具钢制成的剪切刀具能够在剪切过程中保持较好的耐磨性和稳定性，具有较长的使用寿命。

二、热作模具钢1. 特点：热作模具钢主要用于制造在高温下工作的模具，具有以下特点：- 耐高温性：热作模具钢具有较高的耐高温性能，能够在高温环境下工作而不失去硬度和耐磨性。

- 较好的塑性：热作模具钢具有较好的塑性，能够在高温下承受较大的应力而不易产生塑性变形。

高导热高热强热作模具钢的组织结构与性能研究摘要：随着现代工业的发展，对于热作模具钢的需求日益增加，因此研究和了解热作模具钢的组织结构与性能显得尤为重要。

本文通过对高导热高热强热作模具钢的组织结构与性能进行深入研究，总结了其特点以及适用范围，并探讨了其在工业生产中的应用前景。

1. 引言热作模具钢是一种用于制造热作模具的特殊钢材。

在高温、高压和复杂工况下，钢材需要具备出色的导热性能和热强性能，以保证模具的稳定性和性能。

因此，研究高导热高热强热作模具钢的组织结构与性能对于提高模具的使用寿命和生产效率具有重要意义。

2. 组织结构分析高导热高热强热作模具钢的组织结构通常由奥氏体、碳化物和析出相组成。

其中，奥氏体的含量直接影响到钢材的导热性能，而碳化物和析出相主要起到增强钢材的热强性能和硬度的作用。

因此，通过调整合金元素的含量和热处理工艺，可以有效控制高导热高热强热作模具钢的组织结构，进而影响其导热性能和热强性能。

3. 导热性能分析高导热高热强热作模具钢的导热性能通常通过热导率来评估。

研究发现，提高钢材中奥氏体的含量和尺寸可以显著提高导热性能。

同时，适当的碳含量和碳化物的分布也对导热性能有一定影响。

因此，在制备高导热高热强热作模具钢时，需要合理选择合金元素和热处理工艺，以获得理想的导热性能。

4. 热强性能分析高导热高热强热作模具钢的热强性能通常通过抗热蠕变性能来评估。

研究表明，合适的碳含量和碳化物分布可以有效提高钢材的热强性能。

此外，合金元素的选择和热处理工艺也对热强性能有一定影响。

因此，在设计和制备高导热高热强热作模具钢时，需要综合考虑各种因素，以获得理想的热强性能。

5. 应用前景高导热高热强热作模具钢由于其出色的导热性能和热强性能，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域有广泛应用的前景。

特别是在注塑模具、压铸模具和挤压模具中，使用高导热高热强热作模具钢可以提高生产效率和产品质量，并延长模具的使用寿命。

因此，对于高导热高热强热作模具钢的研究和应用具有重要的现实意义和经济意义。

模具材料的性能对模具寿命有决定性的影响，根据模具的结构和使用情况，合理选用制模材料是模具工程师的重要任务之一。

模具热处理及表面强化是模具制造中的关键工艺，是保证模具质量和使用寿命的重要环节，实际使用证明，在模具失效中由于热处理不当引起的占很大比例。

模具用途广泛，工作条件差别大，制造模具的材料范围很广。

目前，冲压模、塑料模、压铸模、粉末冶金模的材料以钢为主，有些模具还可采用低熔点合金和非金属材料等。

模具材料的性能要求及选用原则模具用钢主要性能要求如下：1，硬度和耐磨性（最重要的模具失效形式，决定模具寿命）2，可加工性能（模具零件形状复杂，要求热处理变形小）3，强度和韧性（足够的强度承受高压，冲击载荷等要求高韧性）4，淬透性、抛光性、耐腐蚀性（塑料及添加剂的腐蚀作用）。

模具用钢按用途可分为三大类：1，冷作模具钢：制作金属在冷态下变形的模具，包括：冷冲模、冷挤压模、冷镦模、粉末压制模。

要求高硬度、高耐磨性及足够强度和韧性。

2，热作模具钢：制造经过加热的固态或液态金属在压力下成型的模具，包括：热锻模、压铸模。

要求高温下足够的强度、韧性和耐磨性及高热疲劳抗力和导热性3，塑料模具钢：制造各种塑料模具。

塑料品种多，要求差别大，其模具材料范围广。

主要要求工艺性能高（热处理变形小、抛光性好、耐腐蚀）选用一般原则：满足使用性能要求、良好的工艺性能、适当考虑经济性。

模具常用热处理工艺模具热处理包括模具材料热处理和模具零件热处理。

模具材料热处理：在钢厂内完成，保证钢材质量，如基本力学性能，金相组织要符合国家标准或行业标准。

特点是大型工业炉中大批量生产。

模具零件热处理：在模具制造厂完成，或专业热处理厂完成。

特点是小批量或单件生产，工艺复杂多样，设备精良。

热处理工艺方法，分预备热处理和最终热处理。

常用方法有：正火、退火、淬火、调质、渗碳及氮化等，见表。

冷作模具钢及其热处理冷作模具主要用于金属或非金属材料的冲裁、拉伸、弯曲等工序。