目录
2.4 模具材料的性能要求
2.5 模具材料的选用原则
2.6 模具材料的应用
2.4 模具材料的性能要求一、模具材料的性能要求：
各种模具在服役过程中都要承受一定的机械负荷，有的还要承受热负荷和环境介质的作用。在这些因素的作用下，经过一定的周次，
模具可能会发生失效：
模具失效的形式失效过量变形失效断裂失效表面损伤失效过量弹性变形失效过量塑性变形失效蠕变超限韧性断裂脆性断裂疲劳断裂蠕变断裂应力腐蚀断裂表面磨损失效表面腐蚀失效接触疲劳失效
材料的性能使用性能工艺性能力学性能化学性能,材料抵抗周围介质侵略的能力物理性能,材料的固有属性铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能热处理性能一）模具材料使用性能要求
任何模具都是用一定的材料制造的，模具的失效实质上就是在特定的负荷作用下，具有特定形状的模具材料的失效。
材料对某种失效的抵抗能力（简称失效抗力），可用材料的某些性能指标来衡量。这些性能指标又称 抗力指标。
（一）材料抵抗过量变形失效的性能指标
1、材料抵抗弹性变形的性能指标
弹性变形的性能指标：
弹性模量 E 切变模量 G
2、材料抵抗塑性变形的性能指标
材料抵抗塑性变形的性能指标：
屈服点（屈服强度） σ s 硬度 (包括高温下的硬度 )
金属在高温长时间应力的作用下，即使所加应力小于该温度下的屈服强度，也会产生明显的塑性变形直至断裂的现象称为蠕变
1、材料抵抗快速断裂失效的性能指标
材料抵抗蠕变超限的性能指标,蠕变强度
（二）材料抵抗断裂失效的性能指标
模具承受载荷不同，材料抵抗断裂失效的性能指标不同。
承受拉伸载荷时，材料抵抗断裂失效的性能指标,σb
承受压缩载荷时，材料抵抗断裂失效的性能指标,σbc
承受弯曲载荷时，材料抵抗断裂失效的性能指标,σbb
3、材料抵抗蠕变的性能指标模具的应力增加并超过一定的临界值时，材料便会迅速发生断裂（称为一次断裂或快速断裂 ）
承受剪切载荷时，材料抵抗断裂失效的抗力指标,τ
持久强度? 材料抵抗蠕变断裂失效的抗力指标：
承受冲击载荷时，材料抵抗断裂失效的抗力指标,韧 性在模具的失效中，脆性断裂的实例很多，而韧性断裂则很少见，因为韧性断裂前会产生明显的塑性变形，模具尚未断裂就塑性变形失效材料抵抗脆性断裂失效的能力很难用一个指标来确切地测定和表达，因而在工程上，仍然以常用的力学性能指标来估价材料的脆性断裂抗力材料的脆性断裂抗力：强度、塑性、韧性的合理配合，适当考虑断裂韧度
模具的服役特点是周期性的重复工作，尽管应力较低，经过相当多周次的服役后，模具也会发生断裂，
这种断裂称为疲劳断裂 。
2、材料抵抗疲劳断裂失效的性能指标
材料抵抗疲劳断裂失效的性能指标：
疲劳极限弯曲疲劳极限拉压疲劳极限冲击疲劳极限热疲劳极限条件腐蚀疲劳极限冲击疲劳极限：冲击能量高时取决于塑性，低时取决于强度,
锤锻模介于上述两种情况之间，
要求材料具有强度和塑性的良好配合
（三）材料抵抗表面损伤失效的性能指标
材料抵抗表面磨损失效的抗力指标耐磨耐性
材料抵抗表面腐蚀失效的抗力指标耐腐蚀性 耐氧化性
材料抵抗接触疲劳失效的抗力指标接触疲劳强度抗咬合能力模具的使用性能要求
由于各种模具的服役条件差别很大，模具材料的性能要求也不同。
如冷冲模具要求材料具有高的强度、良好的塑性和韧性，高的硬度及耐磨性。
如热作模具要求材料在工作温度下保持高的强度和韧性、良好的抗蚀性、热稳定性和优良的热疲劳抗力。
如塑料模具要求材料具有较高的硬度、耐磨性、良好的抗蚀性，一定的强度和韧性热稳定性和优良的热疲劳抗力。
小结 一般情况下，模具材料的耐磨性、
韧性、硬度及热硬性、热疲劳抗力四种性能指标可以比较全面地反映模具材料的综合性能，可以在一定程度上决定其应用范围。
工艺性能铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能热处理性能二）模具材料的工艺性能要求：
淬透性和淬硬度性返回
氧化、脱碳敏感性一、满足材料的使用性能要求；
2.5 模具材料的选用原则根据成形件的批量大小、精度要求、加工温度、尺寸、
被加工材料的性质等因素综合考虑，合理地选择模具材料的类别薄板冲裁模具材料选用示例冷作模具（见表面 2-1）
（ 1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如。
小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用 T7A,T8A,T10A、
T12A等碳素工具钢制造。
(2)尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有 9SiCr,CrWMn,GCr15及 9Mn2V等低合金刃具钢。
这些钢在油中的淬透直径大体上可达 40mm以上。
（ 3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢。如 Cr12Mo,Crl2MoV,Cr6WV
Cr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的 。
〔 4)受冲击负荷刃口单薄的冷作模具。冷作模具加切边楼、冲裁模等，使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主选用 6SiCr,4CrW2Si,5CrW2Si等。
合理确定材料的硬度及热处理方法
一般冷作模具材料,要求硬度为 60HRC左右；
热作模具材料，要求硬度为 45～ 50HRC左右二、满足材料的工艺性能要求三、满足材料的经济性要求如用于制品形状复杂、表面质量要求很高或有精细花纹图案的塑料模具，要求具有良好的切削加工性能，宜于抛光，且有良好的光刻蚀性能模具的预期寿命是由其加工零件的批量来确定的，在生产批量很少时，满足模具正常工作条件下，可选价格低廉便于加工的材料（如锌合金、铸铁等）；批量大时，
则选用高性能、高质量的材料以满足对模具寿命的要求。
导柱导套式冲裁模标准模架选材的重点
模具工作零件 (凸模、凹模等 )的选材返回
根据服役条件的不同，
模具材料分类如下：
模具冷作模具热作模具塑料模其他模具模具材料冷作模具材料热作模具材料塑料模材料其他模具材料
根据服役条件的不同，
模具分类如下：
2.6 模具材料的应用及发展一、分类
由于各种模具的服役条件差别很大，所以从化学成分看，模具材料的范围很广，从一般的碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、高速工具钢，直到满足特殊模具要求的奥氏体无磁模具钢、耐蚀模具钢、马氏体时效钢、高温合金、难熔合金、硬质合金及一些专用的采用粉末冶金工艺生产的高合金模具材料等。
返回二,模具材料的应用
冷作模具品种多、应用范围广，其产值占模具总产值的 30%~40%。采用的模具材料很多，一般采用高碳过共析钢和莱氏钢体，
如碳素工具钢、低合金油淬冷作模具钢、
空淬冷作模具钢、高碳高铬型冷作模具钢、
高速钢、低碳高速钢和基体钢及用粉末冶金工艺生产的高合金模具材料等。
返回热冷作模具钢
冷作模具要求材料具有高的强度、硬度和耐磨性，一定的韧性和热硬度性，良好的工艺性能。
热作模具钢
主要用于制造对高温状态的金属进行热成形的模具。如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热剪切模具等。这类钢含碳量一般为 0.3%~0.5%，添加提高高温性能的钨、钼、铬、钒等合金元素，
又分为锻造模块用钢、铬钼系热作模具钢、铬钨系热作模具钢、奥氏体型高温热作模具钢等。特殊要求的热作模具有时采用高温合金和难熔合金制造。
热作模具要求材料具有良好的强度、硬度、耐磨性、抗冷热疲劳性能、抗氧化性和抗特殊介质腐蚀的性能，良好的工艺性能。
塑料模具材料
近 40年来，随着石油化工工业的发展，塑料已成为重要的工业原材料；因此，塑料制品成形用的模具需要量迅速增长，不少工业发达国家塑料模具的产值已经超过冷作模具的产值，在模具制造业中居首位。由于不同类型的塑料制品对模具钢的性能要求有差异，因此在不少国家已经形成包括范围很广的专用塑料模具用钢系列，包括碳素结构钢，渗碳型塑料模具钢，预硬型塑料模具钢，
时效硬化型、耐蚀型、易切削型、马氏体时效型塑料模具钢以及适应低表面粗糙塑料制品模具用的镜面抛光型塑料模具用钢。 返回
塑料模具要求材料具有高的韧性、耐磨性、耐腐蚀性能，良好的工艺性能。
其他模具材料
玻璃模具材料：常用材料有铸铁、马氏体不锈钢、耐热钢等；
陶瓷模具材料：常用材料有碳素钢如 45钢、
合金钢如 40Cr、合金工具钢 (如 CrWMn、
Cr12MoV)及硬质合金（如 YG15,YG8、
YT15）等；
三、模具材料的发展趋势
（一）模具冶炼技术的发展
（二）完善模具材料系列，合理使用模具材料
（三）处理技术的发展
（四）改善冷热加工工艺，提高模具寿命作业,P42习题 2,3
2.4 模具材料的性能要求
2.5 模具材料的选用原则
2.6 模具材料的应用
2.4 模具材料的性能要求一、模具材料的性能要求：
各种模具在服役过程中都要承受一定的机械负荷，有的还要承受热负荷和环境介质的作用。在这些因素的作用下，经过一定的周次，
模具可能会发生失效：
模具失效的形式失效过量变形失效断裂失效表面损伤失效过量弹性变形失效过量塑性变形失效蠕变超限韧性断裂脆性断裂疲劳断裂蠕变断裂应力腐蚀断裂表面磨损失效表面腐蚀失效接触疲劳失效
材料的性能使用性能工艺性能力学性能化学性能,材料抵抗周围介质侵略的能力物理性能,材料的固有属性铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能热处理性能一）模具材料使用性能要求
任何模具都是用一定的材料制造的，模具的失效实质上就是在特定的负荷作用下，具有特定形状的模具材料的失效。
材料对某种失效的抵抗能力（简称失效抗力），可用材料的某些性能指标来衡量。这些性能指标又称 抗力指标。
（一）材料抵抗过量变形失效的性能指标
1、材料抵抗弹性变形的性能指标
弹性变形的性能指标：
弹性模量 E 切变模量 G
2、材料抵抗塑性变形的性能指标
材料抵抗塑性变形的性能指标：
屈服点（屈服强度） σ s 硬度 (包括高温下的硬度 )
金属在高温长时间应力的作用下，即使所加应力小于该温度下的屈服强度，也会产生明显的塑性变形直至断裂的现象称为蠕变
1、材料抵抗快速断裂失效的性能指标
材料抵抗蠕变超限的性能指标,蠕变强度
（二）材料抵抗断裂失效的性能指标
模具承受载荷不同，材料抵抗断裂失效的性能指标不同。
承受拉伸载荷时，材料抵抗断裂失效的性能指标,σb
承受压缩载荷时，材料抵抗断裂失效的性能指标,σbc
承受弯曲载荷时，材料抵抗断裂失效的性能指标,σbb
3、材料抵抗蠕变的性能指标模具的应力增加并超过一定的临界值时，材料便会迅速发生断裂（称为一次断裂或快速断裂 ）
承受剪切载荷时，材料抵抗断裂失效的抗力指标,τ
持久强度? 材料抵抗蠕变断裂失效的抗力指标：
承受冲击载荷时，材料抵抗断裂失效的抗力指标,韧 性在模具的失效中，脆性断裂的实例很多，而韧性断裂则很少见，因为韧性断裂前会产生明显的塑性变形，模具尚未断裂就塑性变形失效材料抵抗脆性断裂失效的能力很难用一个指标来确切地测定和表达，因而在工程上，仍然以常用的力学性能指标来估价材料的脆性断裂抗力材料的脆性断裂抗力：强度、塑性、韧性的合理配合，适当考虑断裂韧度
模具的服役特点是周期性的重复工作，尽管应力较低，经过相当多周次的服役后，模具也会发生断裂，
这种断裂称为疲劳断裂 。
2、材料抵抗疲劳断裂失效的性能指标
材料抵抗疲劳断裂失效的性能指标：
疲劳极限弯曲疲劳极限拉压疲劳极限冲击疲劳极限热疲劳极限条件腐蚀疲劳极限冲击疲劳极限：冲击能量高时取决于塑性，低时取决于强度,
锤锻模介于上述两种情况之间，
要求材料具有强度和塑性的良好配合
（三）材料抵抗表面损伤失效的性能指标
材料抵抗表面磨损失效的抗力指标耐磨耐性
材料抵抗表面腐蚀失效的抗力指标耐腐蚀性 耐氧化性
材料抵抗接触疲劳失效的抗力指标接触疲劳强度抗咬合能力模具的使用性能要求
由于各种模具的服役条件差别很大，模具材料的性能要求也不同。
如冷冲模具要求材料具有高的强度、良好的塑性和韧性，高的硬度及耐磨性。
如热作模具要求材料在工作温度下保持高的强度和韧性、良好的抗蚀性、热稳定性和优良的热疲劳抗力。
如塑料模具要求材料具有较高的硬度、耐磨性、良好的抗蚀性，一定的强度和韧性热稳定性和优良的热疲劳抗力。
小结 一般情况下，模具材料的耐磨性、
韧性、硬度及热硬性、热疲劳抗力四种性能指标可以比较全面地反映模具材料的综合性能，可以在一定程度上决定其应用范围。
工艺性能铸造性能锻造性能焊接性能切削加工性能热处理性能二）模具材料的工艺性能要求：
淬透性和淬硬度性返回
氧化、脱碳敏感性一、满足材料的使用性能要求；
2.5 模具材料的选用原则根据成形件的批量大小、精度要求、加工温度、尺寸、
被加工材料的性质等因素综合考虑，合理地选择模具材料的类别薄板冲裁模具材料选用示例冷作模具（见表面 2-1）
（ 1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如。
小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用 T7A,T8A,T10A、
T12A等碳素工具钢制造。
(2)尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有 9SiCr,CrWMn,GCr15及 9Mn2V等低合金刃具钢。
这些钢在油中的淬透直径大体上可达 40mm以上。
（ 3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢。如 Cr12Mo,Crl2MoV,Cr6WV
Cr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的 。
〔 4)受冲击负荷刃口单薄的冷作模具。冷作模具加切边楼、冲裁模等，使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主选用 6SiCr,4CrW2Si,5CrW2Si等。
合理确定材料的硬度及热处理方法
一般冷作模具材料,要求硬度为 60HRC左右；
热作模具材料，要求硬度为 45～ 50HRC左右二、满足材料的工艺性能要求三、满足材料的经济性要求如用于制品形状复杂、表面质量要求很高或有精细花纹图案的塑料模具，要求具有良好的切削加工性能，宜于抛光，且有良好的光刻蚀性能模具的预期寿命是由其加工零件的批量来确定的，在生产批量很少时，满足模具正常工作条件下，可选价格低廉便于加工的材料（如锌合金、铸铁等）；批量大时，
则选用高性能、高质量的材料以满足对模具寿命的要求。
导柱导套式冲裁模标准模架选材的重点
模具工作零件 (凸模、凹模等 )的选材返回
根据服役条件的不同，
模具材料分类如下：
模具冷作模具热作模具塑料模其他模具模具材料冷作模具材料热作模具材料塑料模材料其他模具材料
根据服役条件的不同，
模具分类如下：
2.6 模具材料的应用及发展一、分类
由于各种模具的服役条件差别很大，所以从化学成分看，模具材料的范围很广，从一般的碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、高速工具钢，直到满足特殊模具要求的奥氏体无磁模具钢、耐蚀模具钢、马氏体时效钢、高温合金、难熔合金、硬质合金及一些专用的采用粉末冶金工艺生产的高合金模具材料等。
返回二,模具材料的应用
冷作模具品种多、应用范围广，其产值占模具总产值的 30%~40%。采用的模具材料很多，一般采用高碳过共析钢和莱氏钢体，
如碳素工具钢、低合金油淬冷作模具钢、
空淬冷作模具钢、高碳高铬型冷作模具钢、
高速钢、低碳高速钢和基体钢及用粉末冶金工艺生产的高合金模具材料等。
返回热冷作模具钢
冷作模具要求材料具有高的强度、硬度和耐磨性，一定的韧性和热硬度性，良好的工艺性能。
热作模具钢
主要用于制造对高温状态的金属进行热成形的模具。如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热剪切模具等。这类钢含碳量一般为 0.3%~0.5%，添加提高高温性能的钨、钼、铬、钒等合金元素，
又分为锻造模块用钢、铬钼系热作模具钢、铬钨系热作模具钢、奥氏体型高温热作模具钢等。特殊要求的热作模具有时采用高温合金和难熔合金制造。
热作模具要求材料具有良好的强度、硬度、耐磨性、抗冷热疲劳性能、抗氧化性和抗特殊介质腐蚀的性能，良好的工艺性能。
塑料模具材料
近 40年来，随着石油化工工业的发展，塑料已成为重要的工业原材料；因此，塑料制品成形用的模具需要量迅速增长，不少工业发达国家塑料模具的产值已经超过冷作模具的产值，在模具制造业中居首位。由于不同类型的塑料制品对模具钢的性能要求有差异，因此在不少国家已经形成包括范围很广的专用塑料模具用钢系列，包括碳素结构钢，渗碳型塑料模具钢，预硬型塑料模具钢，
时效硬化型、耐蚀型、易切削型、马氏体时效型塑料模具钢以及适应低表面粗糙塑料制品模具用的镜面抛光型塑料模具用钢。 返回
塑料模具要求材料具有高的韧性、耐磨性、耐腐蚀性能，良好的工艺性能。
其他模具材料
玻璃模具材料：常用材料有铸铁、马氏体不锈钢、耐热钢等；
陶瓷模具材料：常用材料有碳素钢如 45钢、
合金钢如 40Cr、合金工具钢 (如 CrWMn、
Cr12MoV)及硬质合金（如 YG15,YG8、
YT15）等；
三、模具材料的发展趋势
（一）模具冶炼技术的发展
（二）完善模具材料系列，合理使用模具材料
（三）处理技术的发展
（四）改善冷热加工工艺，提高模具寿命作业,P42习题 2,3
