模具材料的选用

摘 要：根据服役条件,传统的模具材料分为冷作模具材料、热作模具材料和塑料模具材料.模具材料的选用原则工作条件应满足耐磨性、强韧性、疲劳断裂性能、高温性能、耐冷热疲劳性能、耐蚀性；工艺性能应满足可锻性,退火工艺性,切削量大、刀具损耗低,加工表面粗糙度低,氧化、脱碳敏感性,淬硬性,淬透性,淬火变形开裂倾向,可磨削性；还需满足经济性要求.最后对模具新材料的发展方向进行展望.

关 键 词：模具材料；选用；发展方向

StudyontheSelectionofMouldMaterials

LIDe-Gui

ZhaoqingTechnicianCollege,Guangdong,Zhaoqing526060

Abstract：Accordingtotheworkingconditions,traditionalmoldmaterialarediviedintocoldworkingmouldmaterials、hotmouldmaterialsandplasticmouldmaterials.Mouldmaterialsselectionprincipleofworkingconditionsshouldfulfilthewearresistance、toughness、fatiguefracture、hightemperatureperformance、resistancetothermalfatigueperformanceandcorrosionresistance；Processperformanceshouldfulfilthemalleability、annealing,bigcuttingcapacity、lowknifetoolloss,lowsurfaceroughness,oxidation、decarburizationsensitivity,hardenability,hardenability,crackingtendencyofquenchingdeformation,grindability；fulfillingeconomicrequirementsalso.Thedevelopmentofnewmaterialsofmouldisdiscussed.

Keywords：Moldmaterial；selection；developmentdirection

模具成形技术是现代首选的无切削加工工艺手段之一,在飞机、汽车、机电产品、家用电器、塑料制品、等行业应用广泛.世界各国均致力于开发新型模具材料、改进模具的热处理工艺、选用适当的表面处理技术、合理设计模具结构、加强对模具的维护等措施来提高模具的寿命.模具材料的种类是影响模具使用寿命的极其重要的因素之一.根据服役条件,传统的模具材料分为冷作模具材料、热作模具材料和塑料模具材料.

1.各种模具材料的选用

1.1模具材料选用总的原则

不管是哪种模具材料,都应满足以下工作条件要求：

（1）耐磨性.坯料加工时在模具型腔中发生塑性变形,沿型腔的表面发生流动和滑动,型腔表面剧烈地摩擦坯料,模具因而发生失效.因此耐磨性是模具材料最基本和最重要的性能.

（2）疲劳断裂性能.在循环应力的长期作用下,模具容易发生疲劳断裂.强度、韧性、硬度以及材料中夹杂物的含量是决定模具的疲劳断裂性能的主要因素.

（3）强韧性.模具零件在工作时容易发生突然脆断,因此需要较高的强度和韧性.含碳量、晶粒度及组织状态是决定模具的韧性主要因素.

（4）高温性能.模具在高温工况下硬度和强度会下降,容易发生早期磨损或塑性变形而失效.所以,模具材料应具有较高的抗高温性能.

（5）耐蚀性.

（6）耐冷热疲劳性能.

不管是哪种模具材料,还应满足以下工艺性能要求：

（1）可锻性.模具材料锻造温度范围宽,应具有较低的热锻变形抗力,而且塑性较好,不会发生锻裂冷裂,不会析出网状碳化物.

（2）切削加工性.模具材料应满足切削用量大而刀具损耗低.

（3）退火工艺性.模具材料退火硬度低且波动范围小,而球化退火温度范围宽,球化率高.

（4）淬硬性.淬火后具有均匀但比较高的表面硬度.

（5）氧化、脱碳敏感性.高温加热时要求抗氧化性能好、脱碳慢,对加热介质不敏感,不容易产生麻点.

（6）淬透性.用缓和的淬火介质就能淬硬,而且淬火后淬硬层较深.

（7）可磨削性.不易发生磨削裂纹和磨伤.

（8）淬火变形开裂倾向.对淬火温度及工件形状不敏感,常规淬火开裂敏感性低.

最后,模具材料的选用还应满足经济性要求.在满足使用性能的前提下,首先选用较低的,能用碳钢就不用合金钢,能用国产材料就不用进口材料.

1.2冷作模具材料的选用

冷作模具材料应用量大、使用面广,其主要性能要求有强度、硬度、韧性和耐磨性.近年来碳素工具钢的使用愈来愈少,而高合合钢模具所占的比例为最高.国外通用型冷作模具钢的代表钢种有低合金模具钢O1（9CrWMn）、中合金模具钢A2（Cr5Mo1V）和高碳高铬模具钢D3（Cr12）、D2（Cr12Mo1V1）等.冷作模具钢以高碳合金钢为主,均属热处理强化型钢,使用硬度高于58HRC.9CrWMn为典型代表的低合金冷作模具钢,仅用于小批量生产中的简易型模具和承受冲击力较小的试制模具；Crl2型高碳合金钢是大多数模具的选用材料,这类钢的强度和耐磨性较高,韧性较低；在对模具综合力学性能要求更高的场合,常用的替代钢种是W6Mo5Cr4V2高速钢和基体钢.1.3热作模具材料的选用

由于温度和冷却条件（有无冷却、如何冷却）这两个因素,热作模具的工作条件远比冷作模具复杂,因而热作模具用材的系列化,除少数外不如冷作模具用材系列完整.热作模具用材的选择,在力学性能方面要兼顾热强性（热耐磨性）和抗裂纹性能.但由于加工对象（热金属）本身强度不高,故对热作模具材料的屈服强度要求并不高,而加工过程中采用的冲击加工方式及不可避免的局部急热急冷特性,对韧性提出了较高要求.

1.4塑料模具材料的选用

塑料模具的加工对象、工作条件、制造方法、精度及耐久性等众多要求,决定了塑料模具用钢的范围很大,许多优质钢都有可用之处.

（1）按服役条件选材.如果选用碳含量低的钢,必须经过渗碳淬火处理.加工ABS、聚氯乙稀等塑件时,高温下塑料会产生腐蚀性的气体,耐腐蚀性就是模具材料的最基本要求,如时效硬化不锈钢、马氏体不锈钢和18Ni马氏体时效钢等材料,当然也可以对普通材料加工后进行镀铬处理.加工石英粉或添加有玻璃纤维等硬质材料的塑件时,添加物由于硬度高而使塑料的流动性下降,从而磨损模具,这种情况模具材料多选用能淬成高硬度的模具钢,如T10A、Crl2Mov等.

（2）按加工方式选材.塑料模标准件多采用低碳钢或低碳低合金钢冷挤压成型.模具标准件表面需要一定的耐磨性,在冷挤压成形后需进行渗碳与淬、回火处理；铸造成型的塑料模,可选用铸造性能好的硅铝合金和锌基合金,它们熔点低,流动性好；用超塑性方法成型的塑料模具,最好选择共晶合金或共析合金或通过晶粒细化处理后能获得极细晶粒的合金；用切削加工或电加工成型的塑料模具,材料应具备良好切削性,电加工成型的还需具有良好的导电性.

（3）按制品的质量要求选材.加工透明塑件时,模具材料必须具备较高的镜面加工性并能淬成高硬度,这种情况可选用能淬成高硬度的超纯净钢.加工塑料磁体时,需要选用奥氏体无磁模具钢作为模具材料,以获得较好的磁性能.加工精度高的塑件时,模具材料应具备热膨胀系数小,热处理过程不易变形的性能,如18Ni马氏体时效钢等,但其较高.Crl2Mov钢在淬火后进行深冷处理也行.

（4）按模具零部件选材.成型零部件表面直接与塑料接触,应根据塑料的种类、塑料制品性质和生产批量分别进行选材.塑料模中的结构件普通情况常选用碳素结构钢、合金结构钢或碳素工具钢.含碳量0.5%以上的碳钢或合金钢可制造高弹性极限和高疲劳强度的弹簧材料.

2.模具材料的发展方向

2.1更高质量、更高性能.日本大同特殊钢株式会社通过优化成分配比,采用电炉+炉外精炼和均质化热处理工艺,开发了一种DHA―WORLD压铸模具钢.它的韧性好（夏氏冲击值大于20J/cm2）,合金成分配合最优化,减少了早期开裂,解决了压铸模的热龟裂问题,而且淬透性也得到提升.

2.2更高纯度.模具材料的纯净度是影响其综合性能的根本因素.奥地利“百禄”公司开发了第三代粉末冶金塑料模具钢M39OMICROCLEAN.该钢种烧结前粉末颗粒精细且纯度高,经高温、高压制作后形成均匀、无偏析和各向同性金相组织,使该钢种的耐磨性、韧性、抗疲劳性和抛光性能得到了很大的改善.

2.3更低成本.金融危机后,先进模具钢生产企业均致力于开发高性价比的新型模具钢.表面损伤占了模具失效的80%的,表面处理技术这几年发展迅速.开发容易表面处理、改性的材料成了国外模具材料的热点.这也成为提高材料利用率和性价比的常用方法.

2.4制模更快速.快速模具可以缩短新模具产品的开发时间,有效降低开发的费用.所以,快速成型及快速制造成为模具制造业的不断追求.快速模具的发展必将促进先进技术和新材料的发展,三者相辅相成,相得益彰.

3结语

我国企业开发模具新材料意识不强,进展缓慢,相对于国外先进企业在质量、性能、系列化方面存在相当的差距.因此,我国企业需要加强模具钢品种规格多样化、精料化和制品化,积极拓展海外市场,大力发展精品钢材和特色钢材,提高开发模具新材料的意识,加强

对新材料质量的控制,积极发展快速模具材料.这样,才能缩小与国外先进企业的差距,继而赶超他们.