模具材料概述

王軫　仝義鑫　付振峰

摘 要：模具是材料成型加工中的重要工藝裝備，是機械、電子、輕工、國防等工業生產的重要基礎之一。利用模具可以實現少、無切削加工，從而提高生產效率、降低成本。由于模具成形具有高產、優質、低耗等特點，從而提高生產效率、降低成本。由于模具成形具有高產、優質、低耗等特點，因而其應用十分廣泛。其中占飛機、汽車、拖拉機。機電產品成形加工的60%～70%；占家電產品、塑料制品成形加工的80%～90%。隨著模具工業的迅速發展，對模具的使用壽命、加工精度等提出了更高的要求。

關鍵詞：模具材料；模具失效分析；模具材料性能；模具材料選用

1 模具的失效分析

要研究模具的失效問題，就要了解各類模具的服役條件和失效形式，以便分析其失效原因，合理地選擇模具材料，改進模具的設計、加工和熱處理工藝，提出預防或推遲失效的措施，不斷提高模具的使用壽命。模具在服役中產生過量塑性變形、表面損傷、開裂和斷裂、冷熱疲勞。腐蝕等損傷破壞后，將會失去原有功能，一直不能正常服役，這些現象均稱為失效。如冷仲裁模刃口的過度磨損或崩刃；熱擠壓沖頭的鐓粗變形；熱鍛模出現冷熱疲勞裂紋等。模具失效是模具在使用過程中所出現的一種正常現象，但由于人們研究模具失效的目的不同，對模具失效的分類方法不同。有如下分類方法：1過量變形失效2表面損傷失效3斷裂失效。

2 模具材料的分類

根據服役條件不同可將模具材料分為冷作模具材料、熱作模具材料、塑料模具材料和其他模具材料等幾大類，每大類又分為若干小的類別。

冷作模具材料應用量大，使用面廣，其主要性能要求有強度、硬度、韌性和耐磨性。近年來碳素工具鋼的使用愈來愈少，而高合金鋼模具所占的比例為最高。冷作模具鋼一高碳合金鋼為主，均屬熱處理強化型鋼，使用硬度高于58HRC 。以9CrWMn為典型代表的低合金冷作模具鋼，一般僅用于小批量生產中的簡易型模具和承受沖擊力較小的試制模具；Cr12型高碳合金鋼是大多數模具的通用材料，這類鋼的強度和耐磨性較高，韌性較低。

熱作模具用材的系列化，除少數幾種用量特別大的以外，總的來說不如冷作模具用材系列完善。熱作模具用材的選擇，在力學方面要兼顧熱強性和抗裂紋性能。

由于塑料模具的工作條件、制造方法、精度及對耐久性要求的多樣性，所以塑料模具用鋼的成分范圍很大，各種優質鋼都有可用之處，且形成了范圍很廣的塑料模具用材料系列。

其他模具材料有鑄造模具鋼、有色合金模具材料、玻璃模具材料、特種新型模具材料等等。

3 模具材料的性能

模具的工作條件不同，對其材料的性能的要求也不同，如冷沖壓模具要求其材料具有高的強度，良好的塑性和韌性，高的硬度及耐磨性；冷擠壓模具要求其材料具有高強度、高韌性、高淬透性以及良好的耐磨性、熱穩定性和切削加工性。模具的各項性能要求有時是相互矛盾的，一般硬度越高，耐磨性越高。在同樣的硬度下，鋼材含碳量越高，耐磨性也就越高。熱穩定性與加入元素的種類及數量有關，只有在高合金含量的情況下，才能達到所要求的抗軟化能力。韌性則與前二者相反，碳化物的合金含量增加，鋼材變脆，這樣就形成耐磨性和韌性之間以及穩定性和韌性之間的兩對矛盾。在選擇模具材料時，應首先考慮模具的基本性能必須能適應所制造的模具的要求。在一般情況下，主要是鋼的耐磨性、韌性、硬度、熱硬度以及熱疲勞抗力，這四種性能指標可以比較全面的反應材料的總額和性能，可以在一定的程度上決定其應用范圍。當然對于一種模具的性能要求來說可能其中的一種或兩種性能是主要的，而另外的一種或兩種是次要的。

4 模具材料的選用原則

根據模具生產條件和工作條件的需要，結合模具材料的基本性能和相關因素，應選擇適合模具需要、經濟合理、技術先進的模具材料。對于一種模具，如果單純從材料的基本性能考慮，可能幾種模具材料都能符合要求，然而必須綜合考慮模具的使用壽命、制造工藝過程的難易程度、模具制造的費用以及分攤到每個工件上的模具費用等多種因素，進行綜合分析評價，才能得出符合實際的正確結論。

5 模具材料的發展趨勢

國內模具鋼的生產技術發展迅速，近年來已經逐步形成了我國自己的模具鋼系列，建成了不少先進的生產工藝裝備。但是模具鋼的生產技術、產品質量等方面還存在著很多問題，致使模具早期失效的比例仍然很高。

針對以上問題，繼續開展以下工作：發展模具材料冶煉技術，保證模具材料性能；完善模具材料系列，合理使用材料；發展熱處理技術，延長模具的使用壽命；改善冷熱加工工藝，提高模具壽命。

對于發展而言有模具鋼冶煉技術的發展，在生產實際中合理使用模具材料，并且推廣應用一些性能較好的新型模具材料。熱處理技術包括：真空熱處理、深冷熱處理、高溫回火等等。鍛造和機加工對模具壽命的影響，常常被人們所忽視。不正確的鍛造和機加工工藝往往成為模具早期失效的關鍵。

參考文獻

[1]李志剛主編，中國模具設計大典， 江西科學技術出版社，2003

[2]張清輝主編，模具材料及熱處理，電子工業出版社，2002

[3]樊東黎主編， 熱處理技術數據手冊， 機械工業出版社， 2001