模具材料及表面处理课件吴兆祥版全
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《模具材料及表面处理》教学大纲.doc
《模具材料及表面处理》教学大纲一、课程性质本课程是模具专业的一门专业基础课，是模具设计与制造工程技术人员必须了解的基本知识之一。
通过本课程的教学，使学生具有模具材料及表面处理方面的基本知识和基本技能，能为后续模具工艺设计合理选用模具材料，并能正确制订热处理规范和选择适当的表面处理方法奠定基础。
《模具材料及表面处理》对模具专业技术课有支撑作用。
合理选用材料和热处理工艺能力是本专业学生在未来岗位群工作中不可缺少的。
二、教学目标本课程的教学目标是：使学生具备必需的模具材料及表面处理方面的基本知识和基本技能，具有了解当前模具材料的现状和发展趋势，具有合理选用模具材料，并能够制定材料的热处理规范，选择合适的表面处理方法的初步能力。
（一）知识教学目标1.了解当前模具材料的现状和发展趋势。
2.模具材料的分类、模具材料的主要性能指标、模具的失效形式3.模具材料及表面处理与模具使用性能、寿命、成本之间的关系。
4.初步掌握常用冷作模具材料、热作模具材料、橡塑模具材料的牌号、性能特点、工艺特点及用途。
5.熟悉掌握常见的模具表面处理方法。
（二）能力培养目标1.具有合理选用模具材料的初步能力。
2.具备正确制订常用模具材料热处理工艺的初步能力。
3.具备根据模具具体要求，合理选用模具的表面处理方法的初步能力。
4.具备分析简单模具失效的原因，并提出合理化建议的初步能力。
三、教学内容及安排（一）课堂讲授部分（26学时）第一章模具材料概论（2学时）1•模具使用的发展历史及国内外现状2.模具材料的分类、失效形式，影响模具寿命主要因素3.模具材料的质量要求及主要性能指标4.模具材料生产工艺及检测试验第二章冷作模具材料（3学时）1.冷作模具材料分类2.各类冷作模具材料的特点及热处理规范（主要包括低淬透性、低变形、高耐磨微变形、高强度高耐磨、抗冲击、高强韧、高耐磨高韧性及特殊用途冷作模具钢）3.冷作模具的选材4 •冷作模具钢的强韧化处理第三章热作模具材料（2学时）1•热作模具材料分类2•各类热作模具钢的特性及热处理规范（包括锤锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢和热冲裁模用钢等）3•其它热作模具材料4 •热作模具的强韧化处理第四章塑料模具材料（3学时）1.塑料模具材料性能要求2•塑料模具材料用钢（包括渗碳型、调质型、淬硬型、预硬型、耐蚀型及时效硬化型模具钢）3 •其它塑料模具材料4.塑料模具材料选用5.塑料模具材料热处理第五章玻璃、陶瓷模具材料（2学时）1玻璃模具材料2陶瓷模具材料第六章国外典型的模具钢（2学时）1•瑞典模具钢（ASSAB）及SS标准2•德国模具钢（THYSSEN、SAARSTAHL ）及DIN标准3•奥地利模具钢（BOHLER）4.日本模具钢（HITACHI、DAIDO）及JIS标准5•韩国模具钢KS标准6•美国模具钢及ASTM标准7•英国模具钢及BS标准8•法国模具钢及NF标准9 •俄罗斯模具钢及rocT标准10.意大利模具钢及UNI标准第七章模具表面化学处理技术（2学时）1・模具钢渗碳、渗氮、渗硼、渗硫2•模具钢氮碳共渗、碳氮共渗、硫氮共渗、硼氮共渗、硫氮碳共渗3•模具钢渗牟各、渗飢、渗規、渗铝4•模具钢碳辂共渗、辂铝共渗第八章模具表面沉积强化（2学时）1基本概述2•物理气相沉积（PVD）3•化学气相沉积（CVD）4.TD处理工艺第九章模具表面其它强化方法（2学时）1•堆焊与喷焊2•激光表面强化3.火焰表面淬火4.离子注入表面强化5.电子束技术第十章模具表面电镀与化学镀（2学时）1•普通电镀2 .合金电镀3.复合电镀4 •非金属电镀5.电刷镀6.化学镀第十一章模具表面的精饰加工与润滑（2学时）1.模具表面研磨2•模具表面抛光3•模具表面照相腐蚀处理4.润滑剂第十二章模具的失效分析与实例（2学时）1•模具的失效特征及影响因素2•模具的磨削烧伤和磨削裂纹3•模具失效分析实例（二）实验部分（6学时）序号实验项目时数内容提要实验类型每组人数1冷作模具材料选用实训2给出一副中等复杂程度的冲裁模，学生能根据模具的工作条件选择合适的模具材料，并制订相应的热处理工艺。
模具表面处理技术分析PPT文档共55页
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
模具表面处理技术分析
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会பைடு நூலகம்乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
模具表面处理技术分析
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会பைடு நூலகம்乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
常用模具材料及热处理ppt课件
火稳定性、热膨胀系数小 ❖ 表面性能：耐磨性、耐蚀性 ❖ 工艺性能：切削加工性、电加工性、抛光性、可锻
性、淬透性、热处理性能、可焊性 ❖ 经济性：资源条件、市场供应情况、价格
精选课件ppt
20
各种模具工作条件不同，对材料性能要求也
就各有差异。如：
❖ 冷冲压模：高强度、高硬度。
❖ 冷挤压模：高强度（抗压、断裂、疲劳强 度）、高韧性、高硬度。
❖ ·7CrSiMnMoV钢：
❖ 高强度和韧性好，焊接性能好。适合于制造 结构形状复杂的模具零件。
精选课件ppt
13
⑶高速钢
❖ 钨 系 高 速 钢 （ W18Cr4V） 钼 系 高 速 钢 （W6Mo5Cr4V2钢）
❖ 在高温（600°C）下仍保持高强度、高硬度、 高耐磨性和好的韧性。
❖ 钢中含碳量为0.7-0.9％，合金元素含量超过 15％，属莱氏体钢。
1.0％Si
精选课件ppt
10
·3Cr2W8V钢和H13钢（4Cr5MoV1Si）、H11钢 （4Cr5MoVSi）钨系低碳高合金钢。
❖ H13钢除强度略低于3Cr2W8V钢外，其它力 学性能均优于3Cr2W8V钢，是其替代钢种。 较好的氮化性能。
❖ 较小的热膨胀系数，较好的耐磨性和红硬 性，良好的导热性。热处理变形小、但高 温韧性差。
❖ 玻璃模：耐热性、耐蚀性、耐磨性、导热 性、一定强度和韧性。
精选课件ppt
22
钢材
表A-6
常用模具钢的性能特点及用途
性能特点
用途
10、20 易挤压成形，渗碳及淬
火后耐磨性稍高、热处 理变形大、淬透性低
45 耐磨性差、韧性差、热
处理过热倾向小、淬透 性低、耐高温性能差
性、淬透性、热处理性能、可焊性 ❖ 经济性：资源条件、市场供应情况、价格
精选课件ppt
20
各种模具工作条件不同，对材料性能要求也
就各有差异。如：
❖ 冷冲压模：高强度、高硬度。
❖ 冷挤压模：高强度（抗压、断裂、疲劳强 度）、高韧性、高硬度。
❖ ·7CrSiMnMoV钢：
❖ 高强度和韧性好，焊接性能好。适合于制造 结构形状复杂的模具零件。
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13
⑶高速钢
❖ 钨 系 高 速 钢 （ W18Cr4V） 钼 系 高 速 钢 （W6Mo5Cr4V2钢）
❖ 在高温（600°C）下仍保持高强度、高硬度、 高耐磨性和好的韧性。
❖ 钢中含碳量为0.7-0.9％，合金元素含量超过 15％，属莱氏体钢。
1.0％Si
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10
·3Cr2W8V钢和H13钢（4Cr5MoV1Si）、H11钢 （4Cr5MoVSi）钨系低碳高合金钢。
❖ H13钢除强度略低于3Cr2W8V钢外，其它力 学性能均优于3Cr2W8V钢，是其替代钢种。 较好的氮化性能。
❖ 较小的热膨胀系数，较好的耐磨性和红硬 性，良好的导热性。热处理变形小、但高 温韧性差。
❖ 玻璃模：耐热性、耐蚀性、耐磨性、导热 性、一定强度和韧性。
精选课件ppt
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钢材
表A-6
常用模具钢的性能特点及用途
性能特点
用途
10、20 易挤压成形，渗碳及淬
火后耐磨性稍高、热处 理变形大、淬透性低
45 耐磨性差、韧性差、热
处理过热倾向小、淬透 性低、耐高温性能差
第五章 其他模具材料
0． 024
< 0． 1
1． 0
0． 65
P90 %
A型
第五章 其他模具材料
表5－2 几种铸铁的化学成分
中 硅 稀 土
3． 0~ 3． 2
4． 17
0． 5 5～ 0． 71 0． 55~ 0． 71
0． 024
< 0． 1
0． 6
F
蠕 状
Si
中 硅 钼 稀 土 低 锡 蠕 铁
3． 0~ 3． 2
模具材料及表面处理 第五章 其他模具材料
第五章 其他模具材料
第一节 玻璃模具材料 一、对模具材料的性能要求
表5－1 国内外部分工厂采用的铸铁玻璃模具的化学成分及金相组织
使 用 单 位 捷 克 某 厂 日 本 某 厂 化学成分（％） 热 处 理 金相组织 石 墨 片 状 铁 素 体
3． 3～ 3． 6 3． 0～ 3． 4
第五章 其他模具材料
五、等静压成形模具 1)树脂，如聚氨基甲酸酯、聚氯乙烯等。 2)增塑剂，如苯二甲酸二辛酯、已二酸二辛酯等。 3)稳定剂，如铅丹、三盐基硫酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡等。 4)填充剂，如碳酸钙、白粘土、硅藻土和滑石粉等。
第五章 其他模具材料
思考与练习
1.显像管玻壳成型模具对模具材料有哪些特殊要求？ 2.常用于制作玻璃瓶模具的材料有哪些？ 3.可用于制造陶瓷成型模具的材料有哪些类型？
0． 024
0． 1
2． 5
0． 6
பைடு நூலகம்
P20 %
蠕 状
A
第五章 其他模具材料
表5－3 玻璃瓶模具的使用寿命
材料
一次性连续使用寿命 工作时间/h 制瓶个数/模 20000 83000 41000 33000 84000 110000 102000
模具表面处理技术PPT课件
要点二
等离子喷涂技术
通过等离子喷涂将金属或非金属粉末熔融并喷射到模具表 面，形成均匀、致密的涂层，提高表面耐久性和抗腐蚀性 。
智能化和自动化技术的应用
智能监控系统
利用传感器和监测技术实时监测模具表面处理过程，实 现自动化控制和处理。
自动化处理设备
开发自动化表面处理设备，减少人工干预，提高处理效 率和一致性。
耐久性。
提高产品质量和生产效率
提高产品精度和一致性
通过表面处理技术，可以改善模具表 面的粗糙度和形貌，减小产品尺寸和 形状的误差，提高产品的精度和一致 性，从而提高生产效率。
降低生产成本
通过表面处理技术，可以提高模具的 耐磨性和耐久性，减少维修和更换模 具的频率和成本，降低生产成本。
降低生产成本
04 模具表面处理技术的优势 与挑战
提高模具使用寿命
增强模具表面硬度和耐磨 性
通过表面处理技术，可以在模具表面形成一 层高硬度的硬化层，从而提高模具的耐磨性 和抗疲劳性能，延长模具的使用寿命。
降低摩擦系数
通过表面处理技术，可以在模具表面形成一 层低摩擦系数的涂层，减小模具与材料之间 的摩擦力，降低磨损和摩擦热，提高模具的
优化生产流程
通过表面处理技术，可以优化模具的 设计和制造流程，减少加工时间和成 本，提高生产效率。
降低能耗和资源消耗
一些表面处理技术可以降低模具的能 耗和资源消耗，例如离子注入和激光 熔覆等，从而降低生产成本。
技术更新换代快
技术发展迅速
随着科学技术的不断发展，模具 表面处理技术也在不断更新换代 ，新的技术和工艺不断涌现。
常用的五金模具表面处理技术包括喷涂、电镀和化学热处理等。这些技术可以提 高模具表面的硬度和耐久性，降低生产成本和提高产品质量。
模具表面处理种类及规格教育课件
蚀纹处理和模具斜度的关系
Mold-Tech A
Depth(mm) 0.0004 0.001 0.0015 0.002 0.003 0.0045 0.003 0.003 0.002 0.0035 0.006 0.0025 0.002 0.0025 0.0025 0.00275 0.004
Angle 1°
A0
A1
is comparable to
A2
is slightly finer than
A3
has more imperfections than
B1
is finer than
B2
is slightly finer than
B3
is comparable to
C1
is finer than
C2
is slightly finer than
粗糙度 Ra 0.2 Ra 0.315 Ra 0.5 Ra 0.8 Ra 1.25 Ra 2.00 Ra 3.15 Ra 5.0 Ra 8.0 Ra 12.5
Fine Fine Medel Grov
符号 VDI12 VDI15 VDI18 VDI21 VDI24 VDI27 VDI30 VDI33 VDI36 VDI39 VDI42 VDI45
MT1125 0.006
MT2020 0.002
MT1235 0.0035 MT1055 0.0015
MT1126 0.0065 MT2028 0.0025 MT1236 0.0035 MT1055-6 0.0017
MT1127 0.0025 23053
0.002
MT1238 0.0045 MT1055-7 0.0225
Mold-Tech B
常用模具材料及热处理 ppt课件
PPT课件
31
如：
形状简单――选用45、40Cr、T10A、低熔点 合金、锌基合金。
形 状 复 杂 ― ― 选 用 9 Mn2V、GCr15、CrWMn、 Cr12MoV、H11（H13）锌基合金、铍铜合金等。
精度高、寿命长、表面粗糙度很低 ――可选用进口钢材：＜美＞P6、P20、PPT；
含有细小结构的――电加工性
精度高的――热处理变形小、易磨削
制品生产工艺条件复杂的――易磨削、可 焊接。
PPT课件
28
③经济性（制造成本）： 尽量考虑到价格便宜、资源丰富、供应方便。
PPT课件
29
4.塑料模的材料选用
在我国，塑料模具用钢至今还未形成专用钢 材 系 列 ， 通 常 采 用 一 般 工 具 钢 。 如 T10A、 CrWMn、Cr12MoV钢等。这些钢切削加工性较差， 难以制造型腔复杂的塑料模具，而且一旦热 处理变形超差则难以修复。
PPT课件
25
2.模具材料的一般选用原则
模具材料，主要是成型零件和工艺零件的 选材，一般在某些方面的性能，要求较高 甚至很高。这方面的选材对模具质量、寿 命、加工制造及成本都有很大的影响。
PPT课件
26
一般原则：
①满足使用性能要求。主要从工作条件、模具结构、 产品形状和尺寸、生产批量等综合考虑。
PPT课件
10
·3Cr2W8V钢和H13钢（4Cr5MoV1Si）、H11钢 （4Cr5MoVSi）钨系低碳高合金钢。
H13钢除强度略低于3Cr2W8V钢外，其它力 学性能均优于3Cr2W8V钢，是其替代钢种。 较好的氮化性能。
较小的热膨胀系数，较好的耐磨性和红硬 性，良好的导热性。热处理变形小、但高 温韧性差。
模具材料及表面处理全 ppt课件
影响硬度和热硬性的因素主要有：
钢的化学成分 热处理工艺 表面处理工艺
11
三、耐磨性
表征材料抗磨损的性能。
评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量
磨损形式主要有： 影响磨损的因素有：
磨料磨损
化学成分
粘着磨损
组织状态
氧化磨损
力学性能
疲劳磨损
润滑条件
四、韧性
韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的
冷作模具 钢
热作模具 钢
铸非塑铁铁料钢金模属具及合金 硬质、钢结硬质合 金 非金属材料
9
第二节 模具材料的主要性能指标
一、强度
强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标
冷作模具材料的变形抗力指标是：σ0.2或σs 热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度
冷作模具的断裂抗力指标是：σb、σbb、抗压σ0.2 和K1C
强度表示。 影响因素：再结晶温度 回火稳定性
五、耐蚀性 含有氯、氟的被加工材料对模具型腔 具有一定的腐蚀性。 合金化和表面处理是提高耐蚀性的主 要方法。
13
第三节 模具的失效形式及分析
一、模具的失效形式 模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。 模具的失效形式：
冷冲压模具过量塑性变形而失效：
热锻模塌陷、磨损失效：
22
良好的抗疲劳性：σ-1应满足模具的要求 良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质
二、工艺性能要求
锻造性
热锻变形抗力低、塑性好 锻造温度范围宽 锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小
切削加工性
切削力小、切削用量大 刀具磨损小、加工表面光洁
磨削加工性
对砂轮质量及冷却条件不敏感 不易发生磨伤与磨裂
热处理工艺性
能力。
钢的化学成分 热处理工艺 表面处理工艺
11
三、耐磨性
表征材料抗磨损的性能。
评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量
磨损形式主要有： 影响磨损的因素有：
磨料磨损
化学成分
粘着磨损
组织状态
氧化磨损
力学性能
疲劳磨损
润滑条件
四、韧性
韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的
冷作模具 钢
热作模具 钢
铸非塑铁铁料钢金模属具及合金 硬质、钢结硬质合 金 非金属材料
9
第二节 模具材料的主要性能指标
一、强度
强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标
冷作模具材料的变形抗力指标是：σ0.2或σs 热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度
冷作模具的断裂抗力指标是：σb、σbb、抗压σ0.2 和K1C
强度表示。 影响因素：再结晶温度 回火稳定性
五、耐蚀性 含有氯、氟的被加工材料对模具型腔 具有一定的腐蚀性。 合金化和表面处理是提高耐蚀性的主 要方法。
13
第三节 模具的失效形式及分析
一、模具的失效形式 模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。 模具的失效形式：
冷冲压模具过量塑性变形而失效：
热锻模塌陷、磨损失效：
22
良好的抗疲劳性：σ-1应满足模具的要求 良好的抗咬合性能：取决于润滑条件和成形材料的性质
二、工艺性能要求
锻造性
热锻变形抗力低、塑性好 锻造温度范围宽 锻裂、冷裂及碳化物析出倾向小
切削加工性
切削力小、切削用量大 刀具磨损小、加工表面光洁
磨削加工性
对砂轮质量及冷却条件不敏感 不易发生磨伤与磨裂
热处理工艺性
能力。
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三、课程性质与学习要求
本门课程属于专业课程，学习要求如下： ①掌握各类模具材料的特性、强韧化方法、使用范围。 ②正确选用模具材料热处理方法。 ③熟悉各类模具的表面处理及选用。
第一章 模具材料概论
第一节 模具及模具材料分类
一、模具分类
按材料、工艺、设备分：10类 按工作条件分：
冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。 热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。 成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末 冶金模等。
评价指标：高温热稳定性、抗氧化性
高温热稳定性常以材料在600~700℃时的屈服
强度表示。 影响因素：再结晶温度 回火稳定性
五、耐蚀性
含有氯、氟的被加工材料对模具型腔 具有一定的腐蚀性。 合金化和表面处理是提高耐蚀性的主 要方法。
第三节 模具的失效形式及分析
一、模具的失效形式 模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。 模具的失效形式：
二、模具材料分类
模具材料
模具钢
其他模具 材料
冷作模具 钢
热作模具 钢
铸非塑铁铁料钢金模属具及合金 硬质、钢结硬质合 金 非金属材料
第二节 模具材料的主要性能指标
一、强度
强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标 冷作模具材料的变形抗力指标是：σ0.2或σs 热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度
例：冷冲压冲头的失效分析
R处断裂 D处磨损超差
冲击疲劳造成 表面硬度不足造成
改进措施： 增加R处的过渡圆角 D处采用表面强化处理
第二节 影响模具寿命的主要因素
一、模具结构设计对模具寿命的影响
1、模腔结构的影响 组合式优于整体式
塔形锻造凹模式
螺栓冷镦凹模
a)为整体式，易于开裂。 b)为组合式，不易开裂，寿命长。
普通高等教育“十一五”国家级规划教 材
高等职业教育机电类规划教材 机械工业出版社精品教材
模具材料及表面处理
（第二版）
主编：吴兆祥
绪论
一、模具材料技术在模具工业中的地位
1、模具是重要的加工工艺装备
汽车、拖拉机零件： 70%
塑料制品：
80%~90%
日用五金：
60%~70%
2、模具材料技术对模具及被加工产品的影响
三、模具材料对模具寿命的影响
模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料， 模具寿命不同。 零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同， 并非硬度越高模具的寿命越长。 冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度 低，模具寿命短。
新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命。
四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响
①冷作模具钢有GD、CH-1、LD、65Nb、CG-2等。 ②热作模具钢有5Cr2NiMoVSi、HM1、012Al、HD等。 ③塑料模具钢有P20、718、8Cr2S、5NiSCa等。 硬质合金和钢结硬质合金应用成熟。 强韧化处理新工艺广泛采用。 表面技术水平不断提高。
2、国外概况
发达国家的模具钢系列化﹑标准化程度高。 发达国家模具钢品种规格齐全，多以厚板﹑方料﹑扁料类型并经预 处理状态供应市场。 发达国家模具钢冶金技术先进，钢材的纯净度、均匀性高。 发达国家重视模坯及模具使用的后处理。 发达国家模具表面处理设备及工艺先进。
冷作模具的断裂抗力指标是：σb、σbb、抗压σ0.2 和K1C
影响强度的主要因素有： 钢的化学成分 金相组织 内应力状态
二、硬度与热硬性
硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。 热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。 模具对硬度的要求一般是：
冷作模具为：52~60HRC 热作模具为：40~52HRC
因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模 具的性能要求在图样上只用硬度标注。
影响硬度和热硬性的因素主要有：
钢的化学成分 热处理工艺 表面处理工艺
三、耐磨性
表征材料抗磨损的性能。
评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量
磨损形式主要有： 影响磨损的因素有：
磨料磨损
化学成分
粘着磨损模具寿命起着很
大作用。 采用先进的强韧化方法（淬火+回火）可以提高 模具的寿命。 表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。
五、模具的使用对模具寿命的影响
1、锻压设备的精度、刚度差，将加速模 具的磨损。
力学性能
疲劳磨损
润滑条件
四、韧性
韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的
能力。
评介指标：冲击韧度ak、静弯曲挠度 影响因素：钢的成分、组织和冶金质量
例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越
高；细晶粒组织、M板、B下、S回都具有高的韧性。
三、耐热性
表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正 常工作的能力。
2、模腔过渡圆角半径R的影响 冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：
由图可见，金属入口处的形状和内圆角半径R对模 具寿命影响很大，增大圆角半径R，可提高模具寿命。
根据经验：r=(2~3.5)R适宜 3、模具工作部位角度的影响
反挤压凸模结构与寿命：
a)、b)凸模顶部设有斜角，所受单 位挤压力小，模具寿命较c)显著提高。
模具材料技术影响到模具的制造成本。 模具材料技术影响到模具的寿命，从而影响产品成本。 模具材料技术影响模具的质量，从而影响产品的质量。
3、行业要求
合理选用模具材料。 合理实施模具的热处理及表面处理。 大力推广模具新材料、新工艺、新技术的应用。
二、国内、外模具材料技术水平概况
1、国内概况
模具钢系列化水平提高，现纳入GB有26只钢。 研制出不少新型模具钢：
冷冲压模具过量塑性变形而失效：
热锻模塌陷、磨损失效：
冷镦冲头磨损、折断失效：
二、模具失效分析 模具失效分析的步骤： 生产现场调查 模具用材和制造工艺调查 对模具进行失效分析
模具失效原因主要产生在制造过程：
结构设计不当 材料选择和质量问题 毛坯锻造不良 机械加工缺陷 热处理不当 装配精度不高
模锻斜角β及圆角半径对应力的影响：
由图可见，模锻斜角β越大，圆角半径越大， 底部所受最大比较应力越小。
二、模具制造质量对模具寿命的影响
零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。 Ra低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。 硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。 装配精度高，模具寿命高。
本门课程属于专业课程，学习要求如下： ①掌握各类模具材料的特性、强韧化方法、使用范围。 ②正确选用模具材料热处理方法。 ③熟悉各类模具的表面处理及选用。
第一章 模具材料概论
第一节 模具及模具材料分类
一、模具分类
按材料、工艺、设备分：10类 按工作条件分：
冷作模具：冷冲模、冷挤压模、冷墩模、拉丝模等。 热作模具：热锻模、热挤压模、压铸模、热冲裁模等。 成形模具：塑料模、橡胶模、陶瓷模、玻璃模、粉末 冶金模等。
评价指标：高温热稳定性、抗氧化性
高温热稳定性常以材料在600~700℃时的屈服
强度表示。 影响因素：再结晶温度 回火稳定性
五、耐蚀性
含有氯、氟的被加工材料对模具型腔 具有一定的腐蚀性。 合金化和表面处理是提高耐蚀性的主 要方法。
第三节 模具的失效形式及分析
一、模具的失效形式 模具工作部分损坏而不能修复，称为失效。 模具的失效形式：
二、模具材料分类
模具材料
模具钢
其他模具 材料
冷作模具 钢
热作模具 钢
铸非塑铁铁料钢金模属具及合金 硬质、钢结硬质合 金 非金属材料
第二节 模具材料的主要性能指标
一、强度
强度是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标 冷作模具材料的变形抗力指标是：σ0.2或σs 热作模具材料的变形抗力指标是：高温强度
例：冷冲压冲头的失效分析
R处断裂 D处磨损超差
冲击疲劳造成 表面硬度不足造成
改进措施： 增加R处的过渡圆角 D处采用表面强化处理
第二节 影响模具寿命的主要因素
一、模具结构设计对模具寿命的影响
1、模腔结构的影响 组合式优于整体式
塔形锻造凹模式
螺栓冷镦凹模
a)为整体式，易于开裂。 b)为组合式，不易开裂，寿命长。
普通高等教育“十一五”国家级规划教 材
高等职业教育机电类规划教材 机械工业出版社精品教材
模具材料及表面处理
（第二版）
主编：吴兆祥
绪论
一、模具材料技术在模具工业中的地位
1、模具是重要的加工工艺装备
汽车、拖拉机零件： 70%
塑料制品：
80%~90%
日用五金：
60%~70%
2、模具材料技术对模具及被加工产品的影响
三、模具材料对模具寿命的影响
模具材料种类：同一模具使用不同的模具材料， 模具寿命不同。 零件硬度：不同工作条件的模具，硬度要求不同， 并非硬度越高模具的寿命越长。 冶金质量：冶金缺陷多，材质均匀性差，纯净度 低，模具寿命短。
新材料：积极使用新材料可以提高模具寿命。
四、热处理质量与表面强化对模具寿命的影响
①冷作模具钢有GD、CH-1、LD、65Nb、CG-2等。 ②热作模具钢有5Cr2NiMoVSi、HM1、012Al、HD等。 ③塑料模具钢有P20、718、8Cr2S、5NiSCa等。 硬质合金和钢结硬质合金应用成熟。 强韧化处理新工艺广泛采用。 表面技术水平不断提高。
2、国外概况
发达国家的模具钢系列化﹑标准化程度高。 发达国家模具钢品种规格齐全，多以厚板﹑方料﹑扁料类型并经预 处理状态供应市场。 发达国家模具钢冶金技术先进，钢材的纯净度、均匀性高。 发达国家重视模坯及模具使用的后处理。 发达国家模具表面处理设备及工艺先进。
冷作模具的断裂抗力指标是：σb、σbb、抗压σ0.2 和K1C
影响强度的主要因素有： 钢的化学成分 金相组织 内应力状态
二、硬度与热硬性
硬度是衡量材料软硬程度的性能指标。 热硬性是指模具材料在高温条件下保持高硬度的能力。 模具对硬度的要求一般是：
冷作模具为：52~60HRC 热作模具为：40~52HRC
因为硬度实际上反映了材料的综合力学性能，所以模 具的性能要求在图样上只用硬度标注。
影响硬度和热硬性的因素主要有：
钢的化学成分 热处理工艺 表面处理工艺
三、耐磨性
表征材料抗磨损的性能。
评价耐磨性指标：磨损量或相对磨损量
磨损形式主要有： 影响磨损的因素有：
磨料磨损
化学成分
粘着磨损模具寿命起着很
大作用。 采用先进的强韧化方法（淬火+回火）可以提高 模具的寿命。 表面强化处理可以大幅度提高模具寿命。
五、模具的使用对模具寿命的影响
1、锻压设备的精度、刚度差，将加速模 具的磨损。
力学性能
疲劳磨损
润滑条件
四、韧性
韧性是指材料在冲击载荷作用下抵抗脆断的
能力。
评介指标：冲击韧度ak、静弯曲挠度 影响因素：钢的成分、组织和冶金质量
例如：碳含量越低、杂质越少，钢的韧性越
高；细晶粒组织、M板、B下、S回都具有高的韧性。
三、耐热性
表征模具材料在较高温度条件下仍能保持正 常工作的能力。
2、模腔过渡圆角半径R的影响 冷挤压凹模几何形状及尺寸对模具寿命的影响：
由图可见，金属入口处的形状和内圆角半径R对模 具寿命影响很大，增大圆角半径R，可提高模具寿命。
根据经验：r=(2~3.5)R适宜 3、模具工作部位角度的影响
反挤压凸模结构与寿命：
a)、b)凸模顶部设有斜角，所受单 位挤压力小，模具寿命较c)显著提高。
模具材料技术影响到模具的制造成本。 模具材料技术影响到模具的寿命，从而影响产品成本。 模具材料技术影响模具的质量，从而影响产品的质量。
3、行业要求
合理选用模具材料。 合理实施模具的热处理及表面处理。 大力推广模具新材料、新工艺、新技术的应用。
二、国内、外模具材料技术水平概况
1、国内概况
模具钢系列化水平提高，现纳入GB有26只钢。 研制出不少新型模具钢：
冷冲压模具过量塑性变形而失效：
热锻模塌陷、磨损失效：
冷镦冲头磨损、折断失效：
二、模具失效分析 模具失效分析的步骤： 生产现场调查 模具用材和制造工艺调查 对模具进行失效分析
模具失效原因主要产生在制造过程：
结构设计不当 材料选择和质量问题 毛坯锻造不良 机械加工缺陷 热处理不当 装配精度不高
模锻斜角β及圆角半径对应力的影响：
由图可见，模锻斜角β越大，圆角半径越大， 底部所受最大比较应力越小。
二、模具制造质量对模具寿命的影响
零件加工精度高，模具受力状态合理，模具寿命高。 Ra低，磨损小，产生裂纹的倾向小，模具寿命高。 硬度均匀，耐磨性、抗疲劳性好，模具寿命高。 装配精度高，模具寿命高。