模具材料概述

王轸　仝义鑫　付振峰

摘 要：模具是材料成型加工中的重要工艺装备，是机械、电子、轻工、国防等工业生产的重要基础之一。利用模具可以实现少、无切削加工，从而提高生产效率、降低成本。由于模具成形具有高产、优质、低耗等特点，从而提高生产效率、降低成本。由于模具成形具有高产、优质、低耗等特点，因而其应用十分广泛。其中占飞机、汽车、拖拉机。机电产品成形加工的60%～70%；占家电产品、塑料制品成形加工的80%～90%。随着模具工业的迅速发展，对模具的使用寿命、加工精度等提出了更高的要求。

关键词：模具材料；模具失效分析；模具材料性能；模具材料选用

1 模具的失效分析

要研究模具的失效问题，就要了解各类模具的服役条件和失效形式，以便分析其失效原因，合理地选择模具材料，改进模具的设计、加工和热处理工艺，提出预防或推迟失效的措施，不断提高模具的使用寿命。模具在服役中产生过量塑性变形、表面损伤、开裂和断裂、冷热疲劳。腐蚀等损伤破坏后，将会失去原有功能，一直不能正常服役，这些现象均称为失效。如冷仲裁模刃口的过度磨损或崩刃；热挤压冲头的镦粗变形；热锻模出现冷热疲劳裂纹等。模具失效是模具在使用过程中所出现的一种正常现象，但由于人们研究模具失效的目的不同，对模具失效的分类方法不同。有如下分类方法：1过量变形失效2表面损伤失效3断裂失效。

2 模具材料的分类

根据服役条件不同可将模具材料分为冷作模具材料、热作模具材料、塑料模具材料和其他模具材料等几大类，每大类又分为若干小的类别。

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，而高合金钢模具所占的比例为最高。冷作模具钢一高碳合金钢为主，均属热处理强化型鋼，使用硬度高于58HRC 。以9CrWMn为典型代表的低合金冷作模具钢，一般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；Cr12型高碳合金钢是大多数模具的通用材料，这类钢的强度和耐磨性较高，韧性较低。

热作模具用材的系列化，除少数几种用量特别大的以外，总的来说不如冷作模具用材系列完善。热作模具用材的选择，在力学方面要兼顾热强性和抗裂纹性能。

由于塑料模具的工作条件、制造方法、精度及对耐久性要求的多样性，所以塑料模具用钢的成分范围很大，各种优质钢都有可用之处，且形成了范围很广的塑料模具用材料系列。

其他模具材料有铸造模具钢、有色合金模具材料、玻璃模具材料、特种新型模具材料等等。

3 模具材料的性能

模具的工作条件不同，对其材料的性能的要求也不同，如冷冲压模具要求其材料具有高的强度，良好的塑性和韧性，高的硬度及耐磨性；冷挤压模具要求其材料具有高强度、高韧性、高淬透性以及良好的耐磨性、热稳定性和切削加工性。模具的各项性能要求有时是相互矛盾的，一般硬度越高，耐磨性越高。在同样的硬度下，钢材含碳量越高，耐磨性也就越高。热稳定性与加入元素的种类及数量有关，只有在高合金含量的情况下，才能达到所要求的抗软化能力。韧性则与前二者相反，碳化物的合金含量增加，钢材变脆，这样就形成耐磨性和韧性之间以及稳定性和韧性之间的两对矛盾。在选择模具材料时，应首先考虑模具的基本性能必须能适应所制造的模具的要求。在一般情况下，主要是钢的耐磨性、韧性、硬度、热硬度以及热疲劳抗力，这四种性能指标可以比较全面的反应材料的总额和性能，可以在一定的程度上决定其应用范围。当然对于一种模具的性能要求来说可能其中的一种或两种性能是主要的，而另外的一种或两种是次要的。

4 模具材料的选用原则

根据模具生产条件和工作条件的需要，结合模具材料的基本性能和相关因素，应选择适合模具需要、经济合理、技术先进的模具材料。对于一种模具，如果单纯从材料的基本性能考虑，可能几种模具材料都能符合要求，然而必须综合考虑模具的使用寿命、制造工艺过程的难易程度、模具制造的费用以及分摊到每个工件上的模具费用等多种因素，进行综合分析评价，才能得出符合实际的正确结论。

5 模具材料的发展趋势

国内模具钢的生产技术发展迅速，近年来已经逐步形成了我国自己的模具钢系列，建成了不少先进的生产工艺装备。但是模具钢的生产技术、产品质量等方面还存在着很多问题，致使模具早期失效的比例仍然很高。

针对以上问题，继续开展以下工作：发展模具材料冶炼技术，保证模具材料性能；完善模具材料系列，合理使用材料；发展热处理技术，延长模具的使用寿命；改善冷热加工工艺，提高模具寿命。

对于发展而言有模具钢冶炼技术的发展，在生产实际中合理使用模具材料，并且推广应用一些性能较好的新型模具材料。热处理技术包括：真空热处理、深冷热处理、高温回火等等。锻造和机加工对模具寿命的影响，常常被人们所忽视。不正确的锻造和机加工工艺往往成为模具早期失效的关键。

参考文献

[1]李志刚主编，中国模具设计大典， 江西科学技术出版社，2003

[2]张清辉主编，模具材料及热处理，电子工业出版社，2002

[3]樊东黎主编， 热处理技术数据手册， 机械工业出版社， 2001