模具材料及表面强化技术期末复习题(经典)

模具材料及热处理复习思考题

1、名词解释题：

1）基体钢：通过降低高速钢中碳含量与合金元素优化，减少钢中过剩碳化物，从而改善高速钢塑性和韧性而研制出的一种超高强度钢

2）预硬型塑料模具钢：指供货时已预先进行了热处理，并达到模具使用状态硬度，在此硬度条件下将模具成型加工，不再进行热处理而直接使用，从而保证了模具制造精度。

3）时效硬化型塑料模具钢：指一类低碳、主要含Ni、Cu等合金元素的抗腐蚀塑料模具用钢。这类钢经固溶处理+失效处理后，具有高的强度、硬度，高的抗腐蚀性和高的加工精度

4）热稳定性：模具材料在高温的条件下工作时，保持其硬度，组织稳定性及抗软化能力。

5）淬透性：是指模具钢材淬火是获得马氏体的能力。

6）热疲劳:热做模具的工作条件是反复受热，受冷，在反复热应力的作用下，模具表面会形成网状裂纹，这种现象称为热疲劳。

7）降碳高速钢：为了提高韧性而研制出的一种降碳降矾的低碳高速钢类型的冷作模具钢

2.a失效的定义？

产品丧失规定的功能（包括规定功能的完全丧失，规定功能的降低）称为失效。

b.何谓失效分析？

是指分析失效原因，研究和采取补救措施和预防措施的技术与管理活动，在反馈于生产，因而是质量管理的一个重要环节。

c.失效分析的目的是什么？

寻找材料及其构件失效的原因，从而避免和防止类似事故的发生，并提出预防或延迟的措施

3、模具材料的力学性能主要有几项要求？淬火温度高低对模具材料热处理质量有什么影响

基本要求: 1.具有高硬度和强度，以保证模具在工作过程中抗压、耐磨、不变形、抗粘合; 2.具有高耐磨性，以保证模具在长期工作中，其形状和尺寸公差在一定范围内变化，不因过分磨损而失效; 3.具有足够的韧性，以防止模具在冲击负荷下产生脆性断裂; 4.热处理变形小，以保证模具在热处理时不因过大变形而报废;

5.有较高的热硬性，以保证模具在高速冲压或重负荷冲压工序中不因温度升高而软化

4、冷作模具钢应具备哪些性能？为什么碳素工具钢不宜制作大中型和复杂的模具零件。P37-39

1）使用性能：较高的硬度和合理的硬度梯度分布，良好的冲击韧度，较高的断裂强度，高的耐磨性能，高的抗咬合能力和抗疲劳性能。

工艺性能：可锻造性和退火工艺性，易切削性和可磨削性，淬透性和淬硬性，锻造工艺性，焊接性，氧化和脱碳敏感性，过热敏感性和淬裂敏感性，淬火温度和淬火变形。

2）碳素工具钢由于热变形抗力低，锻造温度范围宽，因而具有良好的锻造工艺性能。但该类钢在珠光体和贝氏体区的过冷奥氏体稳定性低因而淬透性差，仅适用于中小型模具。

5、各类塑料模对所使用的材料应有哪些基本性能要求。P82

1）足够的强度和硬度，2）良好的耐磨性和耐腐蚀性，3）足够的韧性，4）良好的耐热性能和尺寸稳定性，5）良好的导热性，6）塑性好，变形抗力小，可锻性好，7）优良的切削加工性能和磨削加工性能，8）较好的焊接性能，9）足够的淬透性和淬硬性，10）镜面抛光性能。

6、压铸模对材料性能有哪些要求？其淬回火工艺制定应注意什么问题？P96 1）具有一定的力学性能和优良的工艺性能，高的回火抗力和冷热疲劳抗力，及良好的渗氮(氮碳共渗)工艺性能，具备高的热强性以防止变形开裂，以及高导热性以减少温度梯度，从而降低热应力。

2）淬火前应进行一次除应力退火处理，以消除加工时残留的应力，减少淬火时的变形程度及开裂危险。淬火加热宜采用两次预热然后加热到规定温度，保温一段时间，然后油淬或气淬。模具零件淬火后即进行回火，以免开裂，回火次数2～3次。压铸铝、镁合金用的模具硬度为43～48HRC最适宜。为防止粘模，可在淬火处理后进行软氮化处理。压铸铜合金的压铸模硬度宜取低些，一般不超过44HRC

7、何为时效硬化型塑料模具钢？简述其成分、性能及应用特点？P84-85

时效硬化型塑料模具钢指一类低碳、主要含Ni、Cu等合金元素的抗腐蚀塑料模具用钢。这类钢经固溶处理+失效处理后，具有高的强度、硬度，高的抗腐蚀性和高的加工精度

性能：有高的屈强比，良好的切削加工性能和焊接性能，热处理工艺简单等。

主要用于制造精密，复杂的热塑性塑料制品模具

8、塑料模具钢的使用性能要求是什么？P82

具有一定的硬度，强度，耐磨性和疲劳强度，以及热处理工艺简便热处理变形小或者不变形。①较高的硬度和耐磨性;②一定的耐热和耐蚀性;③良好的尺寸稳定性;④良好的热导性

9、金属材料硬度检测方法有几种？（布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度，显微硬度实验法）

10、热作模具钢分类方法？P57

一般情况下，根据用途，工作温度，性能和合金元素含量进行分类。

用途：热锻.热挤压.热冲裁.压铸.热墩模具钢

工作温度：低耐热，中耐热，高耐热模具钢

性能：高韧性热作，高强热作，高耐磨热作模具钢

合金元素含量：低，中，高合金热作模具钢

12、什么是基体钢?有哪些典型钢种?与高速钢相比，其成分、性能特点有什么不同?应用场合如何?

所谓基体钢，就是通过降低高速钢中碳含量与合金元素优化，减少钢中过剩碳化物，从而改善高速钢塑性和韧性而研制出的一种超高强度钢。典型钢号：65Cr4W3Mo2VNb(65Nb)钢、7Cr7Mo2V2Si(LD)钢、5Cr4Mo3SiMnVAl(012Al)钢。

成分特点：其碳含量梢高于高速钢的基体的碳含量，以增加一次碳化物和提高耐磨性。一些钢中还加入少量的强化物形成元素性能。性能特点：基体钢中共晶碳化物数量少且细小均匀分布，韧性相对提高，其抗弯强度、疲劳抗力也有所改善，但耐磨性低于高速钢。应用：基体钢主要用于要求高强度和足够韧性的冷挤压、冷镦等模具，有些基体钢还可用于热作模具钢。

13、不同厚度材料冲裁模具钢性能有什么具体要求？冲裁模的热处理基本要求有哪些?

14、比较低淬透性冷作模具钢与低变形冷作模具钢在性能、应用上的区别。

低淬透性冷作模具钢：（1）碳素工具钢：性能：锻造工艺性好，易退火软化，热处理后有较高的硬度和耐磨性。缺点：淬透性低，热硬性、耐磨性差，淬火温度范围窄；应用：适宜制造尺寸较小，形状简单，受载较轻，生产批量不大的冷作模具。（2）GCr15 性能：淬透性、硬度、耐磨性比碳素工具钢高；淬火后，回火尺寸变化不大；Cr提高该钢的回火稳定性，回火后有较高的强韧性、耐磨性；应用：适用于制造精度要求较高的小尺寸落料模、冷挤压模、搓丝板和成型模等。低变形冷作模具钢：（1）CrWMn 性能：具有较高的淬透性，由于加入1.20%～1.60%（质量分数）钨，形成碳化物，所以在淬火和低温回火后具有一定的硬度和耐磨性。钨有助于保持细小晶粒，从而使钢具有较好的韧性，该钢对形成网状碳物比较敏感，而且这种碳公物网使工具刃部有剥落的危险。应用：使用较为广泛的冷作模具钢。用于制造量具，如板牙、块规、样柱和样套，，以及形状复杂的高精度冲模等。 (2)9Mn2V 性能：综合力学性能比碳素工具我钢，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火时变形较小。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了过热敏感性。碳化物不均匀性比CrWMn钢好。应用：用于制造各种精密量具、样板，以及一般要求的尺寸较小的冲模、冷压模、雕刻模、料模、剪刀、丝锥、板牙和铰刀等。

15、比较Crl2型冷作模具钢与高速钢在性能、应用上的区别。

Cr12型冷作模具钢：性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，具有较好的淬透性和良好的耐磨性。由于钢中碳质量分数最高可达 2.30%，从而钢变得硬而脆，所以冲南韧性较差，几乎不能承受较大的冲击荷载，易脆裂，而且易形成不均匀的共晶碳化物。应用：用于制造受冲击荷载较小，且要求高耐磨性的冷冲模和冲头，剪切硬且薄的金属的冷切剪刃、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模和螺丝滚模等。高速钢：性能：具有高强度、高抗压性、高耐磨性，同时具有很高的回火稳定性和热硬性。其承载能力位于各种传统的冷作模具钢之首。与Cr12MoV钢相比，韧性、耐磨性和抗扭强度稍差。应用：主要用来制作重负载冲头，如冷挤压钢铁材料的凸模，冷镦冲头，中厚钢板冲孔冲头（直径为10-25mm），直径小于5-6mm的小凸模以及用于冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强度钢板的中、小型凸模和粉末冶金压模等

16，何为预硬型塑料模具钢?简述其成分、性能及应用特点。

预硬型塑料模具钢指供货时已预先进行了热处理，并达到模具使用状态硬度，在此硬度条件下将模具成型加工，不再进行热处理而直接使用，从而保证了模具制造精度。常用钢种：3Cr2NiMo, 3Cr2Mo（P20）, 4Cr5MoSiV1、5CrNiMnMoSCa (5NiSCa)、8Cr2MnWMoVS(8Cr2S) 成分：%C：0.35～0.65之间，含有一定量的Cr、Mn、V等合金元素，保证较高的淬透性。属中碳低合金钢。用于制造型腔复杂、精密，使用寿命要求高的大、中型塑料模具。

18、选择塑料模材料的依据有哪些?请为下列工作条件下的塑料模选用材料：(1)形状简单，精度要求低、批量不大的塑料模：选普通材料如碳素钢或合金钢等，例45，40Cr

(2)高耐磨、高精度、型腔复杂的塑料模：选用预硬型塑料模具钢。如3Cr2Mo （P20）、3Cr2NiMo、4Cr5MoSiV1钢等

(3)大型、复杂、产品批量大的塑料注射摸：选PMS、06Ni和18 Ni等时效硬化钢或预硬化型钢P20系列。

(4)耐蚀、高精度塑料模具：常用9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo4V、4Cr13、0Cr16Ni4Cu3Nb (PCR)等；也可选用普通材料制作模具，再进行镀铬或其他耐腐蚀的表面处理。

19、热作模具的工作条件及常见失效形式。热作模具的失效抗力指标主要有哪些?它与材料性能间的关系如何?

1)高温硬度：高温硬度的高低，主要决定于模具钢所含合金元素的种类和含量。其数值与该钢的屈服强度、塑性有一定的对应关系。因此是热作模具失效的主要抗力指标。

2)热稳定性：找出温度与保持时间及硬度的对应关系，从而可评价各种材料的热稳定性差异。该数据对锻压生产很有用，它可估其锻模的使用寿命。 3)抗氧化性：由于高温．模具的模腔表面产生氧化，会加速热磨损失效和热疲劳裂纹的萌生与扩展因此该性能应作为模具失效的因素予以重视

20、常用锤锻模用钢有哪些?试比较5CrNiMo与45Cr2NiMoVSi钢的性能特点、应

用范围有什么区别?

常用锤锻楼用钢有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。

1)5CrNiMo钢以良好的综合力学性能和良好的淬透性而着称，5CrNiMo钢适合于制造受力较轻的中小型锤锻模。 2）45Cr2NiMoVS是新型的热作模具钢，成分与5CrNiMo相比，碳量稍低，提高了Cr和Mo的含量，并加入了适量的V和Si，回火时析出M2C，MC型碳化物，使钢具有二次硬化效应。与5CrNiMo相比有如下优点：淬透性明显提高，热稳定性比5CrNiMo高15氏度，具有高的强韧性，抗热疲劳和热磨损性能高，具有优良的使用性能，其使用寿命较目前应用的国内外锤锻模钢种均有明显的提高

21、常用热挤压模具钢有哪些系列?举出各系列的典型钢种，并比较铬钢、铬钼钢和铬钨钼钢的性能、应用上的区别。

常用热挤压模具钢有：4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1,3Cr2W8V,4Cr2W8V,4Cr5W2VSi钢等。

22、与其它热作模具相比，压铸模的工作条件、对材料的性能要求有什么不同? 压铸模是比较突出是我模具，在生产中有高温，高压，高速的特点，他要求材料能应对三高，一般材料模具寿命都比较短，我国几乎用的都是进口的热作模具。（如 8407 2344 H13 SKD11 铬钢铍铜）

压铸模具常要求回火除去内应力，在生产前的热处理就要回火3-4次，每次生产后还要回火处理，条件允许下还要求时效处理，来达到消除内应力。要求材料，高硬度，高耐磨，耐高温等。

23，选择压铸模材料的主要依据有哪些?分析3Cr2W8V钢制压铸模的热处理工艺特点。

主要依据①首先根据压铸金属的种类及压铸温度的高低来选取材料②其次还要结合生产批量的大小和压铸条件形状重量及精度要求等综合考虑

24.热作模具材料的选用应考虑哪些主要因素？

一满足工作条件要求 1、耐磨性 2、强韧性 3、疲劳断裂性能 4、高温性能 5、耐冷热疲劳性能 6、耐蚀性（二）模具满足工艺性能要求模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。（三）模具满足经济性要求在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。

25、今有一铝合金汽车零件,要求采用压铸成型技术批量生产，压铸零件表面要求光整,模具寿命不低于10万件。试选用模具(型腔件)的钢材品种,并提出热处理工艺路线及其编制理由。

26、模具表面处理的目的是什么?模具表面处理常用的方法有哪些? P112

1）提高模具表面的硬度和耐磨性，耐腐蚀性和抗高温氧化性能，大幅度提高模具的使用寿命；

2）提高模具表面抗擦伤能力和脱模能力，提高生产效率；

3）大幅度降低材料成本，简化模具制造加工工艺和热处理工艺；

4）可用于模具修复；

5）可用于模具表面的纹饰，以提高其塑料制品的档次和附属加值。

常用方法：传统的表面淬火技术（如感应淬火，火焰淬火等），热扩散技术（如渗碳，渗氮，碳氮共渗，渗金属）堆焊技术和电渡硬铬技术，还有新兴的激光表面强化技术，物理气象沉积技术，化学气象沉积技术，离子注入技术，热喷涂技术，电刷渡技术和化学镀技术等。