模具材料第6章課件

1、模具材料湖南工程學院：高為國Mold Materials第六章 其他模具材料及熱處理 一、玻璃材料與玻璃制品1.玻璃材料的化學組成和性質(zhì)傳統(tǒng)的玻璃材料通常是以SiO4 網(wǎng)絡(luò)骨架為基礎(chǔ)，以硅酸鹽為主要成分的一種非晶態(tài)物質(zhì)，它從熔融狀態(tài)到固體狀態(tài)的性質(zhì)轉(zhuǎn)變是一個連續(xù)的、可逆的過程。除了傳統(tǒng)的硅酸鹽玻璃以外，其他的玻璃材料還包括硼硅酸鹽、磷酸鹽以及純凈的氧化物、鎢酸鹽、鉬酸鹽等。本章主要對工程領(lǐng)域應(yīng)用較多的玻璃模具、陶瓷模具的服役條件、失效形式、材料選擇及其熱處理工藝進行介紹。第一節(jié) 塑料模具材料的主要性能要求 2.玻璃制品的類型和制造玻璃制品的類型包括傳統(tǒng)的玻璃瓶、平板玻璃、建筑玻璃、醫(yī)用玻璃、照

2、明玻璃、光學玻璃,以及以光纖、光波導、電子玻璃為代表的新型玻璃等。玻璃制品的制造包括玻璃原料的熔制和玻璃液的成型兩個階段。玻璃的成型是指從熔融的玻璃液轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂泄潭◣缀涡螤畈Ａе破返倪^程。主要的成型方法有吹制法(空心玻璃制品)、壓制法(容器玻璃)、澆注法(光學玻璃)、浮法(平板玻璃) 等。二、玻璃模具的服役條件和失效形式1.玻璃模具的服役條件玻璃的成型過程大多屬于間歇作業(yè)，熔融的玻璃向成型模腔的內(nèi)表面周期性地放熱。此外，玻璃成型模具與高溫黏滯玻璃相接觸，熔融玻璃液將對模具材料產(chǎn)生磨損和腐蝕。2.玻璃模具的失效形式玻璃模具的失效形式主要有塑性變形、磨損、冷熱疲勞、腐蝕、氧化（起皮、剝落、麻點）、

3、開裂等。模具在服役過程中可能同時出現(xiàn)多種失效形式，各種失效之間又相互滲透和相互促進。三、玻璃模具材料的性能要求和類型1.玻璃模具材料的性能要求材質(zhì)致密，易于進行切削加工；高溫化學穩(wěn)定性好，耐硅酸腐蝕、抗氧化；較高的耐熱性和熱穩(wěn)定性；較高的熱導率和比熱容；熱膨脹系數(shù)小，抗熱裂性好；較高的黏合溫度；耐磨性好；在滿足以上條件的前提下, 模具材料的成本和模具的加工費用要低廉。2.玻璃模具材料的類型玻璃模具材料以各類鑄鐵為主, 其次為耐熱鋼。除鑄鐵外, 玻璃模具的常用材料還包括耐蝕型馬氏體不銹鋼，如12Cr13、30Cr13、 40Cr13、40Cr13Ni 等, 以及3Cr2W8V、3Cr3Mo3V、

4、3Cr3Mo3Co3V 等熱作模具鋼。四、玻璃模具材料的熱處理1.鑄鐵材料的熱處理鑄鐵材料通常要進行時效退火，以降低其殘余應(yīng)力。鑄鐵的時效溫度一般為550700 。溫度過低，時效不徹底；溫度過高，則模具的硬度下降較大。含有稀土元素的鑄鐵玻璃模具，一般選擇760780進行時效退火；球墨鑄鐵模具也可以在750800進行正火處理，以提高其強度、硬度和耐磨性。2.耐熱不銹鋼的熱處理玻璃模具用馬氏體耐蝕不銹鋼有12Cr13、30Cr13、40Cr13、40Cr13Ni 等，淬透性較好，通常采用調(diào)質(zhì)處理工藝，即10001050加熱，保溫后 油冷或空冷淬火，然后在600800 進行高溫回火。玻璃模具也可采用

5、ZG12Cr13、ZG40Cr13 、ZG3Cr2W8V、ZGW18Cr4V等鑄鋼制造，并進行較高溫度的淬火和較高溫度的多次回火。3.激光合金化熱處理激光合金化熱處理是指以激光為熱源，在模具表面涂覆上合金粉末，然后進行表面合金化的復(fù)合強化技術(shù)。處理前，先除去鑄鐵HT200 上的鐵銹, 而后在模具表面涂上Ni-Cr-B-Si 合金粉，再采用合理的參數(shù)進行激光掃描。4.熱噴焊表面強化熱處理采用熱噴焊工藝進行表面強化，具有噴焊層組織致密、無孔、表面光滑、結(jié)合強度高、噴焊層厚度可根據(jù)實際要求在0.23mm 范圍內(nèi)調(diào)整等特點，適用于幾乎所有的玻璃模具材料。噴焊工藝：模具表面處理預(yù)熱噴敷重熔冷卻。3Cr2

6、W8V 鋼玻璃模具的熱噴焊工藝：采用NiCr-12 自熔合金粉末作為噴焊材料，合金粉末的熔點為1070 ，線膨脹系數(shù)為14 16m / (m )， 噴焊層的硬度為42HRC。為使焊料在模具表面正常鋪展，噴焊前需要將模具預(yù)熱到200250 ，對合金粉末也要加熱到150 進行烘干處理。5.玻璃模具材料及熱處理工藝實例（1）玻殼模具材料及其熱處理玻殼模具始終在周期性的急冷急熱狀態(tài)下工作，將導致模具表面在交變熱應(yīng)力的作用下出現(xiàn)熱疲勞裂紋。根據(jù)玻殼模具的使用條件，一般可選用16Cr25Ni20Si2、12Cr18Ni9、12Cr13、30Cr13、40Cr13、40Cr13Ni、10Cr17、14Cr1

7、7Ni2 等不銹鋼，以及3Cr2W8V、3Cr3Mo3Co3V3、 3Cr3Mo3V等熱作模具鋼，并進行相應(yīng)的熱處理。模具材料的熱處理可以選擇在鑄造后立即進行回火處理或者經(jīng)高溫淬火后再進行回火處理。例如，40Cr13Ni 鋼玻殼模具可在鑄造后立即在700 回火兩次，或?qū)㈣T造模具重新加熱到1000 淬火后，再進行700 回火兩次。（2）玻璃瓶模具材料及其熱處理玻璃模具的工作溫度一般為5001000 或更高，在壓制玻璃制品時，模具型腔內(nèi)表面周期性地承受驟冷、驟熱，還要承受熔融玻璃液體對模具表面的沖刷與腐蝕作用。在這樣的工作條件下, 玻璃瓶成型模具的主要失效形式有氧化（ 起皮、剝落、麻點）、倒棱和變

8、形。當玻璃模具的工作溫度在700 以下時，通常選用灰鑄鐵材料制造；工作溫度為700 900 時，采用合金鑄鐵制造；工作溫度超過1000 時，則采用鑄造不銹鋼制造。為提高灰鑄鐵HT200 的耐磨性， 一般進行正火處理，即加熱到850900 ，保溫13h，出爐后空冷。對于形狀復(fù)雜的模具，有時還需要在550 600 進行去應(yīng)力退火，以消除其在正火時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。一、陶瓷材料與成型方法1.陶瓷原料組成陶瓷是指以天然或人造非金屬物質(zhì)為原料，經(jīng)成型和燒結(jié)而成的固體物質(zhì)。普通陶瓷的主要原料為石英(SiO2 )、黏土、長石英等，現(xiàn)代精細陶瓷的原料則包括純凈的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等。2.陶瓷制品的成型

9、方法與金屬模具密切相關(guān)的成型方法包括壓制成型等。所謂壓制成型是指在坯料中加入少量水分或塑化劑，然后在金屬模具中經(jīng)較高壓力壓制成型的工藝過程，包括干壓成型、半干壓成型、等靜壓成型等。除此之外，常見的成型方法還包括壓制法、壓鑄法、注漿法、滾壓法等。第二節(jié) 陶瓷模具材料及熱處理二、陶瓷模具材料的服役條件、類型及熱處理1.陶瓷模具的服役條件制造陶瓷制品所用的金屬模具，尤其是凹模工作時需要承擔較大壓力，同時還要承受陶瓷粉末的反復(fù)研磨作用，對于高溫壓制的產(chǎn)品，模具長期在高溫下工作，還必須考慮材料在高溫下抗蠕變和抗氧化的能力。2.陶瓷模具材料的類型根據(jù)陶瓷生產(chǎn)批量和陶瓷原料類型，陶瓷模具材料可以采用碳素調(diào)質(zhì)

10、鋼如45 、50鋼等；合金調(diào)質(zhì)鋼如40Cr、40CrNi 鋼等；合金工具鋼如CrWMn、H13、Cr12、Cr12MoV 鋼等；硬質(zhì)合金如YG15、YG8、YT15、GT35、GJW50 等。3.陶瓷模具材料的熱處理（1）調(diào)質(zhì)鋼的熱處理陶瓷模具若選用碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼如45、40Cr 鋼等，一般采用調(diào)質(zhì)處理，處理后的硬度為2428HRC。45 鋼的調(diào)質(zhì)工藝規(guī)范為830840 水冷淬火，580640 回火后空冷；40Cr 鋼的調(diào)質(zhì)工藝規(guī)范為：850 油冷淬火，500 回火后油冷。這類模具適用于壓制批量小、陶瓷原料硬度較低或黏結(jié)劑較多的陶瓷制品。（2）合金工具鋼的熱處理陶瓷模具往往需要得到較高的硬度，而合金工具鋼熱處理后的硬度可達到5060HRC，選用一般的熱處理工藝即可。（3