模具材料及表面强化技术PDF电子书下载

第一篇　模具材料及热处理 1

1 绪论 1

1.1　模具在工业生产中的重要地位 1

1.1.1　模具在工业生产中的地位 1

1.1.2　模具在工业生产中的作用 2

1.2　模具生产的发展趋势 2

1.2.1　发展精密、高效、长寿命模具 2

1.2.2　发展高效、精密、数控自动化加工设备 3

1.2.3　模具制造的基本要求和特点 3

1.2.4　发展各种简易模具技术 4

1.3　模具材料的现状及发展趋势 4

1.4　模具选材、热处理及表面强化技术 6

1.4.1　模具选材及热处理 6

1.4.2　模具表面强化技术 6

1.5　本课程的性质和要求 6

2　模具的失效分析 8

2.1　失效分析 8

2.1.1　失效 8

2.1.2　失效分析 9

2.2　模具的服役条件与模具失效分析 9

2.2.1　模具的服役条件 9

2.2.2　模具失效分析 10

2.3　模具失效形式及失效机理 10

2.4　磨损失效 10

2.4.1　摩擦及磨损的概念 10

2.4.2　粘着磨损 11

2.4.3　磨粒磨损 12

2.4.4　腐蚀磨损 13

2.4.5　接触疲劳磨损 14

2.5　断裂失效 15

2.5.1 断裂分类 15

2.5.2　断口的宏观特征 16

2.5.3　韧性断裂的微观机制 19

2.5.4　脆性解理断裂的微观机制 19

2.5.5　准解理断裂 21

2.5.6　疲劳断裂的微观形貌 21

2.6　金属的断裂韧度 22

2.6.1　裂纹尖端应力场强度因子K1及断裂韧度K1c 22

2.6.2　脆性判据 23

2.6.3　影响断裂韧度的因素 23

2.7　变形失效 24

2.7.1　塑性变形失效 24

2.7.2　弹性变形失效 25

2.8　模具失效分析的重要性和基本内容 25

2.8.1　模具失效分析的重要性 25

2.8.2　模具失效分析的基本内容 25

2.9　影响模具失效的因素 27

2.9.1　模具结构 27

2.9.2　模具的机加工质量 28

2.9.3　模具材料 28

2.9.4　热处理 28

2.9.5　模具的服役条件 28

2.9.6　模具维护与管理 30

2.10　模具失效分析实例 30

案例1　Cr12钢冷冲模早期失效原因分析 30

案例2　5CrMnMo锻模使用中的失效分析与防止措施 32

思考题 34

3　冷作模具材料及热处理 35

3.1　冷作模具材料的分类及选用 35

3.1.1　冷作模具材料的分类 35

3.1.2　冷作模具材料的性能要求 37

3.1.3　冷作模具材料的选用 39

3.2　冷作模具材料的热处理 44

3.2.1　高碳非合金冷作模具钢的热处理 44

3.2.2　高碳低合金冷作模具钢的热处理 45

3.2.3　高耐磨冷作模具钢的热处理 46

3.2.4　冷作模具用高速钢的热处理 48

3.2.5　特殊用途冷作模具钢的热处理 49

3.3　新型冷作模具钢热处理案例 49

案例1 GD钢（7CrNiSiMnMoV） 49

案例2　65Nb钢（65Cr4W3Mo2VNb） 53

思考题 56

4　热作模具材料及热处理 57

4.1　热作模具材料的分类及选用 57

4.1.1　热作模具材料的分类 57

4.1.2　热作模具材料的特点及性能要求 59

4.1.3　热作模具钢的选用 60

4.2　热作模具材料的热处理 65

4.2.1　低耐热高韧性热作模具钢的热处理 65

4.2.2　中耐热韧性热作模具钢的热处理 66

4.2.3　高耐热性热作模具钢的热处理 67

4.2.4　奥氏体耐热模具钢的热处理 69

4.2.5　马氏体时效模具钢的热处理 70

4.3　新型热作模具钢热处理案例 72

案例1 5Cr2钢（5Cr2NiMoVSi） 72

案例2 H13钢（4Cr5MoSiV1） 73

案例3　3Cr2W8V钢制热挤压模具的热处理 75

案例4　5CrNiMo钢热锻模热处理工艺的改进 77

思考题 78

5　塑料模具材料及热处理 80

5.1　塑料模具材料的分类及选用 80

5.1.1　塑料模具材料的分类 80

5.1.2　塑料模具材料的性能要求 82

5.1.3　塑料模具材料的选用 83

5.2　塑料模具钢的热处理 86

5.2.1　非合金型塑料模具钢的热处理 86

5.2.2　渗碳型塑料模具钢的热处理 87

5.2.3　预硬型塑料模具钢的热处理 88

5.2.4　时效硬化型塑料模具钢的热处理 88

5.2.5　耐腐蚀塑料模具钢的热处理 89

5.2.6　整体淬硬型塑料模具钢的热处理 90

5.3　新型塑料模具钢及其热处理案例 90

案例1　25CrNi3MoAl钢 90

案例2 8Cr2S钢（8Cr2MnWMoVS） 92

思考题 95

6　其他模具材料 96

6.1　铸铁模具材料 96

6.1.1　铸铁模具材料概况 96

6.1.2　铸铁模具材料的应用 96

6.2　硬质合金和钢结硬质合金模具材料 98

6.2.1　硬质合金模具材料 98

6.2.2　钢结硬质合金模具材料 102

6.3　有色金属及合金模具材料 104

6.3.1　锌基合金模具材料 104

6.3.2　低熔点合金模具材料 106

思考题 111

第二篇　模具表面强化技术 112

7　金属构件的表层残余应力 114

7.1　残余应力的基本概念 114

7.1.1　残余应力的性质及平衡条件 114

7.1.2　残余应力的分类 114

7.1.3 残余应力的极限 114

7.2　残余应力的形成 114

7.2.1　不均匀塑性变形引起的残余应力 114

7.2.2　温度差异引起的残余应力 114

7.2.3　焊接形成的残余应力 116

7.2.4　金属的相变应力 116

7.3　残余应力对金属构件性能的影响 117

7.3.1　残余应力对疲劳强度的影响 117

7.3.2　残余应力对静载强度的影响 117

7.3.3　残余应力对加工精度的影响 117

7.3.4　残余应力对刚度的影响 118

7.3.5　残余应力对应力腐蚀的影响 118

7.4　残余应力的测量 119

7.4.1　应力释放法 119

7.4.2　物理方法 120

思考题 121

8　金属表面形变强化 122

8.1　金属表面形变强化的机理及主要方法 122

8.1.1　表面形变强化原理 122

8.1.2　表面形变强化的主要方法 122

8.2　喷丸强化 123

8.2.1　喷丸强化用的设备 123

8.2.2　喷丸材料 123

8.3　喷丸强化工艺参数对材料疲劳强度的影响 124

8.3.1　喷丸表层的残余应力 124

8.3.2　喷丸表面质量及影响因素 125

8.4　表面形变强化在模具表面强化工艺中的应用 125

思考题 125

9　表面淬火 126

9.1　感应加热表面淬火 126

9.1.1　感应加热基本原理 126

9.1.2　感应加热表面淬火工艺 127

9.1.3　超高频感应加热表面淬火 127

9.1.4　双频感应加热淬火和超音频感应加热淬火 128

9.1.5　冷却方式和冷却介质的选择 129

9.1.6　感应加热淬火件的质量检验 129

9.2　火焰加热表面淬火 130

9.2.1　火焰特性 130

9.2.2　火焰加热表面淬火方法 130

9.2.3　工艺参数选择 130

9.2.4　火焰淬火的质量检验 130

9.2.5　火焰淬火的安全技术要求 131

9.3　其他表面淬火方法简介 131

9.3.1　电解液淬火 131

9.3.2　接触电阻加热淬火 132

9.3.3　浴炉加热表面淬火 132

9.4　表面淬火方法在模具表面强化工艺中的应用 132

思考题 133

10　热扩渗技术 134

10.1　热扩渗技术的基本原理与分类 134

10.1.1　热扩渗技术的基本原理 134

10.1.2　渗层形成机理 135

10.1.3　热扩渗速度的影响因素 135

10.1.4　扩渗层的组织特征 135

10.1.5　热扩渗工艺的分类 136

10.2　渗碳 137

10.2.1　渗碳的目的及意义 137

10.2.2　渗碳方法 137

10.2.3　渗碳工艺 138

10.2.4　渗碳后的热处理 138

10.2.5　渗碳热处理后的组织与性能 139

10.2.6　渗碳在模具表面强化工艺中的应用 139

10.3　渗氮 141

10.3.1　渗氮的目的及意义 141

10.3.2　渗氮方法 141

10.3.3　渗氮工艺 142

10.3.4　渗氮工件的预处理 143

10.3.5　渗氮后的组织与性能 143

10.3.6　渗氮在模具表面强化工艺中的应用 143

10.4　碳氮共渗 145

10.4.1　碳氮共渗的特点及分类 145

10.4.2　碳氮共渗方法 145

10.4.3　碳氮共渗在模具表面强化工艺中的应用 146

10.5　渗硼 147

10.5.1　渗硼的特点及分类 147

10.5.2　渗硼方法 147

10.5.3　渗硼层的组织 149

10.5.4　渗硼在模具表面强化工艺中的应用 149

10.6 渗金属 149

10.6.1　渗金属的特点及分类 149

10.6.2　气体渗金属方法 150

10.6.3　液体渗金属方法 150

10.6.4　固体渗金属方法 151

10.6.5　渗金属法在模具表面强化工艺中的应用 153

思考题 154

11　等离子体扩渗技术 155

11.1　离子渗氮 155

11.1.1　离子渗氮的主要特点 155

11.1.2　离子氮化原理 155

11.1.3　离子渗氮设备 155

11.1.4　离子渗氮工艺 156

11.2　离子渗碳、离子碳氮共渗 156

11.2.1　离子渗碳原理及优点 156

11.2.2　离子碳氮共渗、离子氮碳共渗 157

11.3　等离子体扩渗技术在模具表面强化工艺中的应用 157

案例 离子氮化-PECVD TiN膜复合处理提高切边模具寿命研究 157

思考题 157

12　激光表面处理技术 158

12.1　激光表面处理设备 158

12.1.1　激光的产生 158

12.1.2　激光器 159

12.1.3　激光处理用的外围设备 160

12.2　激光表面改性工艺 161

12.2.1　激光表面相变硬化 161

12.2.2　激光表面熔覆与合金化 163

12.2.3　激光表面非晶化与熔凝 168

12.2.4　激光冲击硬化 170

12.3　复合表面改性技术 171

12.3.1　黑色金属复合表面改性技术 171

12.3.2　有色金属复合表面改性处理 171

思考题 172

13　电子束表面处理技术 173

13.1 电子束表面处理原理与设备 173

13.1.1　电子束表面处理原理 173

13.1.2　电子束表面处理设备 173

13.2　电子束表面处理工艺 174

13.2.1 电子束表面处理工艺的特点 174

13.2.2　电子束表面相变强化 174

13.2.3　电子束表面熔凝 175

13.2.4　电子束表面合金化 175

13.2.5　电子束表面非晶化 176

13.3 电子束表面改性技术在模具表面强化工艺中的应用 176

案例1 Cr12Mo1V1（D2）模具钢电子束表面改性研究 176

案例2　几种典型电子束表面改性处理实例与效果 178

思考题 178

14　电镀与化学镀 179

14.1 电镀 179

14.1.1　电镀基本知识 179

14.1.2　常用金属及合金电镀 181

14.1.3 电镀技术在模具表面强化工艺中的应用 183

14.2 电刷镀 185

14.2.1　电刷镀基本原理 186

14.2.2　常用金属电刷镀 190

14.2.3 电刷镀技术在模具表面强化工艺中的应用 191

14.3　化学镀 193

14.3.1　化学镀的基本原理 193

14.3.2　常用金属化学镀 193

14.3.3　化学镀技术在模具表面强化工艺中的应用 195

思考题 196

15　气相沉积技术 197

15.1 化学气相沉积（CVD） 197

15.1.1　化学气相沉积设备 197

15.1.2　沉积过程 197

15.1.3　工艺要求 198

15.1.4　化学气相沉积在模具表面强化工艺中的应用 198

15.2　物理气相沉积（PVD） 199

15.2.1　物理气相沉积的分类 199

15.2.2　真空蒸发镀膜 200

15.2.3　阴极溅射 202

15.2.4　离子镀 203

15.2.5　物理气相沉积在模具表面强化工艺中的应用 204

思考题 206

16　堆焊技术 207

16.1 概述 207

16.1.1　稀释率 207

16.1.2　熔合比 207

16.1.3　熔合区的成分、组织与性能 207

16.1.4　热循环的影响 208

16.1.5　热应力 208

16.1.6　堆焊工艺的主要应用 208

16.2　堆焊合金的种类及选择 208

16.2.1　铁基堆焊合金 209

16.2.2　镍基堆焊合金 211

16.2.3　钴基堆焊合金 211

16.2.4　堆焊合金的选取原则 212

16.3　堆焊方法的分类及选择 212

16.3.1　堆焊方法的分类及特点 212

16.3.2　堆焊方法的选择 214

16.4　堆焊技术在模具表面强化工艺中的应用 216

案例1　电渣堆焊锤锻模 216

案例2　大型镶块式修边模具的堆焊 218

思考题 219

17　热喷涂与热喷焊 220

17.1　热喷涂概述 220

17.1.1　热喷涂的基本原理 220

17.1.2　热喷涂涂层的结合机理 220

17.1.3　热喷涂技术的特点 221

17.2　热喷涂方法分类及一般工艺流程 221

17.2.1　热喷涂方法分类及特点 221

17.2.2　热喷涂的一般工艺流程 223

17.3　热喷涂材料的性能要求及分类 224

17.3.1　热喷涂材料的性能要求 224

17.3.2　热喷涂材料的分类 225

17.3.3　热喷涂材料的选取原则 226

17.4　热喷焊工艺及特点 227

17.4.1　热喷焊工艺的一般特点 227

17.4.2　热喷焊工艺的一般工艺流程 228

17.4.3　热喷焊工艺在模具表面强化中的应用 228

思考题 229

18　离子注入与电火花表面强化 230

18.1 离子注入 230

18.1.1　离子注入原理 230

18.1.2　离子注入特征 230

18.1.3　离子注入提高表面性能的机理 231

18.2　离子注入在提高模具使用寿命方面的应用 232

案例1　铝型材热挤压模具的离子注入 232

案例2　注塑模具的离子注入 232

案例3　一些常用工模具的离子注入改性效果 233

18.3　电火花表面强化技术 233

18.3.1　电火花表面强化原理 233

18.3.2　电火花表面强化过程 233

18.3.3　电火花表面强化特点及强化层特征 234

18.4 电火花表面强化技术在模具表面强化工艺中的应用 235

案例1　煤车弹簧三角盖落料冲裁模电火花表面强化 235

案例2　用电火花强化工艺修复锻模磨损表面 236

思考题 237

参考文献 238