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第二章模具材料概述常用模具材料模具材料主要是满足特定要求的钢材。也有一些其它类型的材料。钢：碳钢（普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢）合金钢（合金结构钢、合金工具钢、不锈钢）常见元素对碳素钢性能的影响按照钢的化学成分、品质、冶炼方法和用途等的不同，可对碳钢按多种形式进行分类。1.按冶炼钢的脱氧程度分类2.按钢的质量分3.按钢的含碳量分类4.按钢的用途来分类一、普通碳素结构钢（一）牌号标准(GB700-88)用代表屈服强度的字母Q、屈服强度值、质量等级符号（A、B、C、D）以及脱氧方法符号（F、b、Z、TZ）等四部分按顺序组成。（二）质量等级A、B、C、D四级A:表示一般质量，S≤0.050%,P≤0.045%,不保证冲击功；B:S，P≤0.045%,保证20℃冲击功≥27J；C:S，P≤0.040%,保证0℃冲击功≥27J；D:S，P≤0.035%,保证-20℃冲击功≥27J（三）冶炼时脱氧方法沸腾钢(F)，半镇静钢(b)，镇静钢(Z)，特殊镇静钢(TZ)Q195-A、F碳钢屈服点强度不小于195MPa的A级沸腾钢（四）应用Q195——轧制薄板：铁桶、开关箱、防护罩等容器；盘条：捆绑钢丝网，铆钉等Q215——焊接钢管、地脚螺钉、螺栓、木螺钉等小五金零件Q235——型钢：工字钢、槽钢、角钢等；钢板、钢筋及车辆、锅炉上性能要求不太高的机械零件Q255——铆焊件、栓接结构Q275——轴类、农业机具、耐磨零件（一）特点：二、优质碳素结构钢（优钢）1与普通碳素结构钢相比，对钢中S、P等杂质限制较严。S、P含量均不大于0.035%；2钢的组织均匀致密，偏析程度小，质量好；3供货应同时保证钢材的化学成分和力学性能符合标准的规定。（二）钢材按冶金质量等级分为：1优质钢S、P含量均不大于0.035%；2高级优质钢符号A，（GAO）S、P含量均不大于0.030%；3特级优质钢符号E，（TE）P含量不大于0.025%,S不大于0.020%1.根据含碳量的大小。两位数字表示平均含碳量的万分之几(两位阿拉伯数字表示平均碳含量).如：平均含碳量为0.25%优质碳素结构钢——牌号表示为“25”2.沸腾钢和半镇静钢，在牌号后尾部分别加“F”和“b”.如：平均碳含量为0.08%的沸腾钢——牌号表示为“08F”；平均碳含量为0.10%的半镇静钢——牌号表示为“10b”3.含锰量较高的优钢，在阿拉伯数字后面加锰元素符号“Mn”.如：平均碳含量为0.50%、锰含量为0.70~1.0%较高锰含量的优质碳素结构钢——牌号表示为“50Mn”4.高级优质碳素结构钢，在牌号后加符号“A”；特级优质碳素结构钢在牌号后加符号“E”.如：平均碳含量为0.20%的高级优质碳素结构钢——牌号表示为“20A”平均碳含量为0.50%的特级优质碳素结构钢——牌号表示为“50E”（三）牌号标准(GB/T699-2019)（四）具体牌号08F,10F,15F,08,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55,60,65,70,75,80,85,15Mn,20Mn,25Mn,30Mn,35Mn,40Mn,45Mn,50Mn,60Mn,65Mn,70Mn（五）应用含碳量低（10~35）：强度小，塑性韧性好。冲压容器，锅炉，机械零件含碳量中等（30~50）：强度较高，经调质处理可得到良好的综合性能。机械零件（传动轴、齿轮、连杆等）含碳量高（50）：强度高，冲击韧性不好。弹簧垫、离合器、钢丝绳等08和08F钢：用于轧制薄板，高级搪瓷制品；也可用于管子、垫片及心部强度要求不高的渗碳零件等；45钢：轴、齿轮、活塞销等零件；60-65钢：用于制造弹簧、弹簧圈、各种垫圈、离合器等。三、碳素工具钢（优质钢）（一）特点：1冷热加工性能，耐磨性较好；2价格低廉，广泛采用；3淬透性低，耐热性差。（二）牌号标准（GB1298-86）：1用汉字碳（T）+平均含碳量的千分数来表示。如：T7：平均含碳量为0.7%的碳素工具钢；T12：平均含碳量为1.2%的碳素工具钢2高级优质钢，牌号后加“A”如：T11A：平均含碳量为1.1%的高级优质碳素工具钢3含锰量较高的碳素工具钢，在碳含量后面加锰元素符号“Mn”如：T8Mn：平均含碳量为0.8%的较高锰含量碳素工具钢（三）具体牌号T7,T8,T8Mn,T9,T10,T11,T12,T13,T7A,T8A,T8MnA,T9A,T10A,T11A,T12A,T13A（四）应用T7（T7A）、T8（T8MnA）：硬度高、韧性较好。凿子、冲头、剪刀、锤子等工具；T9、T10、T11：硬度高、韧性适中。钻头、刨刀、丝锥、锯条等刃具及冷作模具；T12（T12A）、T13：硬度高、韧性较低。锉刀、刮刀、铣刀、板牙等刃具及量规、样套等量具。四、铸造碳钢（铸钢）（一）牌号标准用“铸钢”两字的汉语拼音字首“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度值，第二组数字代表抗拉强度值。如：ZG200-450表示屈服强度为200MPa，抗拉强度为450MPa的铸钢。（二）应用用来制造重型机械、矿山机械、冶金机械、机车车辆上某些形状复杂、用锻造方法难以生产、而力学性能要求又比较高的零件及构件。3、合金元素在钢中的分布合金元素在钢中的作用1、合金钢中常加入的合金元素Mn、Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Ni、Co、RE等2、合金元素的分类非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、Mn等①.只溶于铁素体中，不形成碳化物——Ni、Si、Co等②.只形成碳化物——V、Ti、Nb等③.既溶于铁素体又可形成碳化物——（FeMn)3C、Cr23C6、Cr7C3等④.形成金属间化合物——Ni3Al、Ni3Ti、FeTi等合金钢4、合金元素在钢中的作用一、合金结构钢（优质碳素结构钢+合金元素）1.牌号标准（GB/T3077-2019）：平均含碳量的万分数+化学元素符号+合金元素平均含量的百分数20Mn2：平均含碳量为0.2%，含Mn1.5%a)合金平均含量1.5%时，元素符号后不表明数字40Cr：含碳量0.37~0.45%，0.8~1.1%的铬b)合金平均含量等于或大于1.5%，2.5%，3.5%….时，用相应的数字2，3，4…..表示60Si2Mn--------含碳量0.57~0.65%，1.5-2.5%的硅和0.6-1.5%的锰c)高级优质钢号后加注“A”，特级优质合金钢加注“E”.50CrVA30CrMoSiE2.牌号举例40Cr铬，平均含量1.5%，只标出元素符号，不标明含量平均碳含量为0.40%，用万分之四十的数字表示38CrMoAlA表示高级优质钢铬钼铝，平均含量1.5%，只标出元素符号，不标明含量平均碳含量为0.38%，用万分之38数字表示平均碳含量为0.37%，用万分之37数字表示镍，平均含量3%铬，平均含量1.5%，只标出元素符号，不标明含量37CrNi33.分类及应用1）普通低合金结构钢——桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。高的屈服强度、良好的塑性和韧性以及焊接性能。16Mn2）渗碳钢——变速齿轮、内燃机的凸轮等。表面高硬度、高耐磨性，心部高韧性和足够的强度。20CrMnTi3）调质钢——较大载荷轴、连杆及紧固件等。高强度和高韧性的综合性能。40Cr4）弹簧钢——板簧和弹簧等。较高的弹性极限、疲劳强度、足够的塑性、韧性及高的表面质量。65Mn、60Si2Mn5）滚动轴承钢——滚动轴承的套圈及滚动体，也可制作精密量具、冷冲模、油泵、油嘴等。高硬度、耐磨及良好的耐疲劳强度，足够的韧性。属于专用钢。GCr15（G：滚；15：千分数）6）超高强度钢——飞机起落架、框架等航空航天构件。高强度、抗氧化性和抗疲劳性。35Si2MnMoVA、40SiMnCrMoRE含C：0.35%、Si：1.5-2.5%；锰、钼钒都小于1.5%的高级优质合金结构钢特殊二、合金工具钢1.牌号标准（GB/T3077-2019）：平均碳含量的千分数+化学元素符号+合金元素平均含量的百分数5CrMnMo：平均含碳量为0.5%，含Cr、Mn、Mo均小于1.5%a)碳平均含量大于1%时，碳质量分数不标出。高速钢一般不标出。CrWMn：含碳量大于1%，含Cr、W、Mn均小于1.5%c)其余同合金结构钢2.牌号举例b)低铬（平均含量1%）合金工具钢，其铬含量用千分之几计，并在含量前加“0”表示低铬。Cr06Cr12MoV无数字，表示平均碳含量1%平均铬含量为12%，钼钒平均含量1.5%，只标出元素符号，不标明含量3.分类及应用1）合金刃具钢——各种金属切削工具，车刀、铣刀、钻头等。高硬度、耐磨性、热硬性以及足够的塑性和韧性。低合金刃具钢（9SiCr）和高速钢（W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2）2）合金模具钢——冷作模具钢（各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模等）和冷作模具钢（各种热锻模、热压模、热挤压模等）冷作模具钢：高硬度（HRC58~62）、高耐磨性、足够的韧性和疲劳抗力、热处理变形小。Cr12热作模具钢：较高硬度、高的热硬性、高温耐磨性、抗氧化性、高的热强性和足够的韧性、热疲劳抗力、高的淬透性和导热性。5CrMnMo、5CrNiMo3）合金量具钢——测量工具：卡尺、千分尺、螺旋测微仪等。高的硬度和耐磨性以及高的尺寸稳定性。CrMn、CrWMn、GCr15三、特殊性能钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢能够抵御空气、蒸汽、及腐蚀性介质腐蚀的钢1Cr13、1Cr17高温下具有高的化学稳定性和热强性的钢1Cr19Ni9很高的耐磨性和韧性ZGMn13钢的火花鉴别常用钢种的火花特征第一节模具材料的分类一、模具的分类一、模具材料的分类4.其他模具材料在三大类模具材料之外，还有铸造模具钢、有色合金模具材料、玻璃模具材料等，另外我国还开发研制了特种新型模具用材。(一）铸造模具钢通过精密铸造工艺直接得到形状复杂的模具铸件，与传统的模具生产工艺比较可以节省加工工时，降低金属消耗，缩短模具制造周期，降低模具制造费用。如美国ASTM—A597铸造工具钢标准中包括7个钢号，其中冷作模具钢4种、热作模具钢2种、耐冲击工具钢1种。我国不少部门也开始研制并采用精密铸造工艺生产模具，如东风汽车公司冲模厂已经采用火焰淬火冷作模具钢ZG7CrSiMnMoV实型铸造工艺，生产出汽车大型覆盖件冲模的刃口镶块模，取得了良好的使用效果和经济效益。我国研制的铸造热锻模用钢JCD钢已经试用于小型热锻模块，代替5CrMnMo钢锻造模具。我国研制的铸造锻模钢ZDM-2(3Cr3MoWVSi)钢，采用陶瓷型精密铸造工艺，通过几十种锻模的生产试用，代替传统的5CrNiMo和3Cr2W8V锻模，取得了较好的使用效果和经济效益。（二）有色合金模具材料随着工业产品的多样化和中小批量生产的增加，一些低成本、易加工、制造周期短以及具有特殊性能的有色金属材料模具也逐渐增多，使用较多的是铜、铝、锌合金。铜合金模具的抗粘着性和导热性好，常用作不锈钢和表面处理钢板的拉伸模和弯曲模具，近年来也用于注射模。常用作模具的是铍青铜，由于铍是公害元素，最近国外又开发出了含Ni-Si的Corson铜合金，这种析出硬化型合金的特点是高强度和高热导性。铝合金除用于模具的导板、导柱等构件外，现在5000系和7000系铝合金也应用于一些小批量生产的试制模具，如薄板拉深、塑料成型、发泡塑料等模具。锌合金的熔点较低，易于熔化和铸造，切削加工性能好，且可反复回收使用，常常被用作试制模具，主要用于薄板拉深模、弯曲模和铝合金挤压模等。日本近几年又在传统制模用的锌合金基础上，添加Cu、Al、Ti、Be等元素，开发出了新型的锌合金材料。（三）玻璃模具材料玻璃模具是玻璃制品的主要成型工艺装备。在玻璃制品成型过程中，模具频繁地与1100℃以上的熔融玻璃液接触，经受氧化、生长和热疲劳作用。根据玻璃模具的服役条件和失效形式，对模具材料的要求以抗氧化为最主要指标。通常采用耐热合金钢，如3Cr2W8V、5CrNiNo以及