集美大学模具材料及热处理复习思考题.doc

模具材料及热处理复习思考题1、 名词解释题：预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、奥氏体、铁素体、马氏体、贝氏体、珠光体、正火、退火、淬火、临界冷却速度、热稳定性、淬透性、淬硬性、热疲劳、热抗熔蚀。预硬型塑料模具钢:钢厂供货时已预先对模具钢进行了热处理，使之达到了模具使用时的硬度，可以把模具加工成形不再进行热处理而直接使用，从而保证了模具的制造精度。时效硬化型塑料模具钢：模具零件在淬火（固溶）后变软，便于切削加工成形，然后再进行时效硬化，获得所需的综合力学性能。既保持模具的加工精度，又使模具具有较高硬度。奥氏体：碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体，为面心立方晶格，常用符号A表示。铁素体：碳溶于-Fe中形成的间隙固溶体，为体心立方晶格，常用符号F表示。马氏体：碳在-Fe中的过饱和固溶体。贝氏体：含碳过饱和的铁素体和碳化物组成的机械混合物。珠光体：铁素体和渗碳体两相组成的机械混合物。正火：正火是将钢加热到Ac3和Accm以上30-50，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却到室温，以得到珠光体类型组织的热处理工艺。退火：退火是将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，经保温后随炉冷却下来，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。淬火：淬火是将钢加热到临界温度以上，保温后以大于临界冷却速度的速度冷却，使奥氏体转变为马氏体的热处理工艺。临界冷却速度：保证过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到Ms线以下转变为马氏体的最小冷却速度。热稳定性：指钢材在高温下可长时间保持其常温力学性能的能力 淬透性：指钢在淬火时获得马氏体的能力，它是钢材固有的一种属性。其大小用钢在一定条件下淬火所获得的淬透层深度和硬度来表示。淬硬性：指钢在正常淬火的条件下所能达到的最高硬度。热疲劳：（工件反复受热受冷，一时受热膨胀，一时又冷却收缩）在反复热应力作用下，模具表面会产生网状裂纹，这种现象称为热疲劳。抗热熔蚀：防止金属在热冲击与挤压力的作用下与金属液体粘结，而损失材料的能力。2、 什么是过冷奥氏体与残余奥氏体？过冷奥氏体：在临界点以下存在，尚未转变的处于不稳定状态的奥氏体称为过冷奥氏体。残余奥氏体：冷却到Mf点温度后，组织中仍保留有一定数量的未转变奥氏体，称之为残余奥氏体。3、 为什么相同含碳量的合金钢比碳素钢热处理的加热温度要高、保温时间要长？（1）合金元素在珠光体中的分布是不均匀的，在平衡组织中，碳化物形成元素（如Cr、Mo、V、W、Ti等）集中在碳化物中，而非碳化物形成元素（Co、Ni等）集中在铁素体中。所以，合金钢的奥氏体均匀化过程，除了碳在奥氏体中的均匀化外，还有一个合金元素的均匀化过程。（2）在相同条件下，合金元素在奥氏体中的扩散速度远比碳小得多，仅为碳的万分之一到千分之一。因此，合金钢奥氏体化要比碳钢缓慢得多。所以，合金钢热处理时，加热温度要比碳钢高，保温时间也要延长。4、 奥氏体晶粒的大小对钢热处理后的性能有何影响？并解析金属材料进行细化晶粒的目的。细小的奥氏体晶粒可使钢在冷却后获得细小的室温组织，从而具有优良的综合力学性能。这不仅可以提高钢的强度与韧性，还可以降低淬火变形、开裂倾向。5、 马氏体的本质是什么？它的硬度为什么很高？是什么因素决定了他的脆性？马氏体的本质是碳在-Fe中的过饱和固溶体它的硬度很高的原因主要包括固溶强化、相变强化、时效强化以及晶界强化等。（阻碍位错的运动。固溶强化正方畸变的应力场；相变强化位错或孪晶；时效强化碳和合金元素原子在缺陷处的偏聚或碳化物的弥散析出；晶界强化相界面）片状马氏体中孪晶亚结构的存在大大减少了有效滑移系；同时在回火时，碳化物沿孪晶面不均匀析出使脆性增大；此外，片状马氏体中含碳量高，晶格畸变大，淬火应力大，以及存在大量的显微裂纹也是其韧性差的原因。6、 什么是临界冷却速度?它与钢的淬透性有何关系？影响钢的淬透性的因素有哪些？如何影响？临界冷却速度是保证过冷奥氏体在连续冷却过程中不发生分解而全部过冷到Ms线以下转变为马氏体的最小冷却速度。临界冷却速度越小时，钢的淬透性越好。影响钢的淬透性的因素：（1） 含碳量。共析钢（0.77%）的临界冷却速度最小，淬透性最好。（2） 合金元素。除钴和铝以外，其余合金元素溶于奥氏体后，都能增加过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，降低淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。（3） 奥氏体化条件。奥氏体化温度越高，保温时间越长，由于奥氏体晶粒愈粗大，成分愈均匀，残余渗碳体或碳化物的溶解也越彻底，使过冷奥氏体越稳定，淬透性越好。（生成的马氏体也会比较粗大）（4） 钢中未溶第二相：未溶入奥氏体的碳化物、氮化物及其它非金属夹杂物，会成为奥氏体分解的非自发形核核心，降低了过冷奥氏体的稳定性，降低淬透性。7、 什么叫正火，主要适用什么场合？试与退火比较优缺点。正火是将钢加热到Ac3和Accm以上30-50，保温一定时间，使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却到室温，以得到珠光体类型组织的热处理工艺。正火主要适用于最终热处理、预备热处理（在淬火或调质前消除魏氏组织和带状组织；在球化退火前减少网状渗碳体）、改善切削加工性能（低碳钢退火后硬度过低，切削加工时易粘刀，需用正火提高硬度）正火与退火比较：正火比退火冷却速度快，因而正火组织比退火组织细，强度和硬度也比退火组织高；正火的生产周期短，设备利用率高，生产效率较高，因此成本较低，在生产中应用广泛。8、能根据材料的等温冷却转变曲线，分析材料材料在加热奥氏体转变后，经不同的冷却速度进行冷却，各得到什么组织。9、能根据材料零件的材料型号及使用性能要求，合理制定零件的热处理工艺路线。10、什么是合金钢？为什么合金元素能提高钢的强度？合金钢是在碳钢的基础上，为了改善碳钢的力学性能或得到某些特殊性能，有目的地在冶炼钢的过程中加入某些元素而得到的多元合金。钢中合金元素的强化作用主要是基于以下四种方式：固溶强化、细晶强化、第二项强化和位错强化。固溶强化：固溶强化是由于溶质原子与基体金属原子大小不同，因而使基体的晶格发生畸变，造成一个弹性应力场，增大了位错运动的阻力，从而导致强化。（间隙式中C、N强化作用大，置换式中Si、Mn强化作用较大）细晶强化：在晶界处产生弹性变形不协调和塑性变形不协调，诱发应力集中，引起二次滑移，使位错迅速增殖，形成加工硬化微区，阻碍位错运动，导致强化。（1.利用合金元素改变晶界的特性，提高晶界阻碍位错运动的能力。如C、N、Ni、Si可以在晶界上偏聚。2.利用合金元素细化晶粒，增加晶界数量。如Al、V、Ti、Nb阻碍奥氏体晶界移动，间接细化铁素体或马氏体晶粒）第二相强化：金属基体中存在另外的一个或几个相，这些相的存在使金属的强度得到提高。（体积比、弥散度大；呈等轴状且细小均匀地弥撒分布；属于硬质点时强化效果好）位错强化：运动位错碰上与滑移面相交的其他位错时，发生交割而使运动受阻，从而提高了钢的强度。（面心立方中很有效；冷变形和相变都能产生大量位错）11、提高钢的强度有哪些措施？提高钢的韧性有哪些措施？提高钢的强度：（1） 固溶强化（间隙式C、N；置换式Si、Mn、Cr、W、Mo）（2） 细晶强化（C、N、Ni、Si提高晶界阻碍位错运动的能力；Al、V、Ti、Nb细化晶粒，增加晶界数量）（3） 第二相强化（低温回火得到细粒状碳化物；时效处理合金元素析出；粉末烧结弥散强化）（4） 位错强化（通过冷变形（加工硬化），相变（马氏体相变）产生大量位错）提高钢的韧性：(1) 细化奥氏体晶粒，从而就细化了铁素体晶粒和组织（Al、V、Ti、Nb）(2) 提高钢的回火稳定性，从而提高回火温度，产生更好的韧性。(3) 改善基体韧性（Ni）(4) 细化碳化物（Cr、V）(5) 降低和消除钢的回火脆性（W、Mo）(6) 在保证强度水平下，适当降低含碳量。(7) 提高冶金质量，减少杂质。(8) 通过合金化形成一定量的残余奥氏体，利用稳定的残余奥氏体来提高材料的韧性。12、钢按用途分为几类？合金钢的分类方法？掌握钢的编号及含义。按用途分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、一般工程用铸造碳素钢。合金钢根据化学成分、钢的用途、冶金质量、金相组织分类。13、 冷作模具钢应具备哪些性能？*使用性能：耐磨性、韧性、强度、抗疲劳性能、抗咬合性工艺性能：可锻性（塑性）、可加工性、可磨削性、热处理工艺学（淬透性和淬硬性；耐回火性；过热敏感性；氧化脱碳倾向；淬火变形和开裂倾向）14、为什么碳素工具钢不宜制作大中型和复杂的模具零件。碳素工具钢的过冷奥氏体稳定性低，造成模具钢淬透性低、淬火温度范围窄、淬火变形大，较大的模具就不能淬透。这样较大的模具表面淬硬层和中心之间的硬度相差很大，容易造成模具在淬火时形成裂纹，并且这类钢很容易产生过热，与合金钢相比，制造的模具使用寿命低，因此不宜制作大中型和复杂的模具零件。15、 各类塑料模对所使用的材料应有哪些基本性能要求。*使用性能：强度和硬度、耐磨性和耐腐蚀性、韧性、耐热性能和尺寸稳定性、导热性工艺性能：锻造性能、机械加工性能、焊接性能、热处理工艺性能、镜面抛光性能16、何为时效硬化型塑料模具钢？简述其成分、性能及应用特点？*时效硬化型塑料模具钢在淬火（固溶）后变软，便于切削加工成形，然后再进行时效硬化，获得所需的综合力学性能。既保持模具的加工精度，又使模具具有较高硬度。成分：NAK55（15Ni3MnMoAlCuS）/NAK80（25CrNi3MoAl），Ni3Al析出而强化性能：具有优良的镜面加工性能，良好的冷热加工性能，电加工性能，耐蚀性能和综合力学性能。应用特点：25CrNi3MoAl钢适于制作变形率要求0.05以下，镜面要求高或表面要求光刻花纹工艺的精密塑料模。17、塑料模具钢使用性能要求是什么？（1）足够的强度和硬度，以使模具能承受工作时的负荷而不致变形。（2）良好的耐磨性和耐腐蚀性，以使模具型腔的抛光表面粗糙度和尺寸精度能保持长期使用而不改变。（3）足够的韧性，保证模具在使用过程中不过早开裂。（4）较好的耐热性能和尺寸稳定性。（5）良好的导热性，以使塑料制件尽快地在模具中冷却成型。18、金属材料硬度检测方法有几种？布氏硬度（HBSHBW 压痕平均直径）、洛氏硬度（HR ABC 压痕深度）、维氏硬度（原理同布氏）19、 冷作模具钢应具备哪些特性？*20、冲裁模的热处理基本要求有哪些?其热处理工艺有什么特点?热处理基本要求：对薄板冲裁模模具用钢要求具有高的耐磨性；而对厚板冲裁模除要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具崩刃或断裂，还应具有高的强韧性。热处理工艺的特点：（1） 对于薄板冲裁模，应具有高的精度和耐磨性，因此在工艺上应保证模具热处理变形小，不开裂和高硬度。（2） 重载冲裁模的特点是保证模具获得高强韧性。在此前提下，再进一步提高模具的耐磨性。（强韧化处理的方法：细化奥氏体晶粒处理、细化碳化物处理，贝氏体等温淬火处理，循环超细化处理、低温低淬）（3） 为提高冲裁模的耐磨性和使用寿命，常进行表面强化处理。（表面强化处理的方法：氮碳共渗、渗硼、盐浴渗钒、渗铌、CVD法）21、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。性能上，低淬透性冷作模具钢淬透性低、淬火温度范围窄、淬火变形大，较大的模具就不能淬透。这样较大的模具表面淬硬层和中心之间的硬度相差很大，容易造成模具在淬火时形成裂纹；低变形冷作模具钢是在碳素工具钢基础上加入少量合金元素而发展起来的，其主要作用是提高过冷奥氏体的稳定性，降低淬火冷却速度，减少热应力、组织应力和淬火变形及开裂倾向，钢的淬透性也明显提高。因此这类钢与低淬透性冷作模具钢相比有较好的强韧性，耐磨性，热硬性，使用寿命也较长。应用上，低淬透性冷作模具钢不宜制作大中型和复杂的模具零件，只适宜制造尺寸较小、形状简单、负荷较轻、生产批量不大的模具；低变形冷作模具钢可以用于制造变形小，形状较复杂的轻载冲压模。22、比较Crl2型冷作模具钢与高速钢在性能、应用上的区别。性能上，Cr12型冷作模具钢属高碳高铬类型的莱氏体钢，硬度和耐磨性好，同时具有较好的淬透性，但是冲击韧性差，易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物；高速钢的抗压强度、硬度和耐磨性及承载能力，居冷作模具钢之首，采用低温淬火、快速加热淬火等工艺可以有效改善其韧性。应用上，Crl2型冷作模具钢广泛用来制造形状复杂的重载冷作模具，但由于脆断倾向性大，将逐渐被其他钢种取代；高速钢用于制造要求重载荷、高寿命的冷作模具。23、何为预硬型塑料模具钢?简述其成分、性能及应用特点。*所谓预硬型塑料模具钢，就是钢厂供货时已预先对模具钢进行了热处理，使之达到了模具使用时的硬度。在这种硬度条件下，可以把模具加工成形不再进行热处理而直接使用，从而避免了在热处理过程中零件发生变形，保证了模具的制造精度。成分：3Cr2Mo（P20）性能：综合力学性能较好、淬透性高，可以使截面尺寸较大的钢材获得较均匀的硬度。P20钢具有很好的抛光性能，制成模具的表面粗糙度值低。应用：适于制造大、中型和精密塑料模以及低熔点合金压铸模等。24、热作模具钢分类方法？1）按用途分类：热锻模用钢；热挤压模用钢；压铸模用钢；热冲裁模用钢。2）按耐热性分：低耐热钢（350-370）；中耐热钢（550-600）；高耐热钢。3）按特有性能分：高韧性热作模具钢；高热强热作模具钢；高耐磨热作模具钢4）按合金元素分类可以分为：钨系热模钢、铬系热模钢、铬钼系及铬钨钼系热模钢。27、根据热作模具钢的使用性能要求，简述热作模具钢的化学成分和热处理工艺特点。*化学成分：热作模具钢的成分与合金调质钢相似，一般碳的质量分数小于0.5（个别钢种碳的质量分数可达0.6-0.7），并含有Cr、Mn、Ni、Si等合金元素。碳量低可保证其具有足够的韧性。合金元素的作用是强化铁素体和增加淬透性。为了防止回火脆性，还加入Mo、W等元素；为了提高高温强度和热疲劳抗力，需增加相当数量的Cr、W及Si。这些元素提高了相变温度，使模面在交替受热与冷却过程中不致发生相变而发生较大的容积变化，从而提高其抗热疲劳的能力。另外，W、Mo、V等在回火时以碳化物形式析出而产生二次硬化，使热作模具钢在较高温度下仍保持相当高的硬度，这是热作模具钢正常工作的重要条件之一。热处理工艺特点：28、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。“三高”高温、高速、高压选择压铸模材料的主要依据是：较高的耐热性和良好的高温力学性能，优良的耐热疲劳性，高的导热性，良好的抗氧化性和耐蚀性，高的淬透性等3Cr2W8V钢制压铸模的热处理工艺特点：（1） H21钢的淬火加热温度提高，马氏体合金化程度也提高，模具热强性特别好，但韧性稍差。（2） 固溶超细化处理。将H21钢锻造毛坯在1200-1250加热固溶，使所有碳化物基本溶入奥氏体，然后淬入热油或沸水中，并立即进行高温回火或短时间等温球化处理。经过以上热处理的H21钢模具组织非常细致，未溶碳化物呈点状，碳化物不均匀分布基本消除，模具使用寿命成倍提高。（3） 等温淬火后获得的贝氏体组织有较高的强韧性，回火稳定性也比常规热处理好得多，抗热冲击性能也较高，模具变形小。模具等温处理后有较高的使用寿命。29*从工艺性能和承载能力角度试判断下列钢号属于哪类冷作模具钢：W6Mo5Cr4V2、Cr4W2MoV、7Cr7Mo2V2Si、Crl2MolVl、5CrW2Si、9Crl8、9Cr6W3Mo2V2、GCrl5、CrNiSiMnMoV、7CrSiMnMoV、Cr4W2MoV、9Mn2V、5CrW2Si、GM(9Cr6W3Mo2V2)、GD(6CrNiSiMnMoV)、CrWMn、W18Cr4V、6W6Mo5Cr4V、T10低淬透性冷作模具钢：GCrl5、T10低变形冷作模具钢：9Mn2V、CrWMn、高耐磨微变形冷作模具钢：Cr4W2MoV、Crl2MolVl、Cr4W2MoV、高强度高耐磨冷作模具钢（高速钢）：W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V抗冲击冷作模具钢：5CrW2Si、5CrW2Si、高强韧性冷作模具钢：7Cr7Mo2V2Si、GD(6CrNiSiMnMoV)、6W6Mo5Cr4V高耐磨高强韧性冷作模具钢：9Cr6W3Mo2V2、GM(9Cr6W3Mo2V2)、特殊用途冷作模具钢：9Crl8、硬质合金：30、用低碳钢和中碳钢制造成的齿轮，为了获得表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有一定的强度和韧性，各采用怎样的热处理？热处理后组织和性能有何差别？低碳钢，本身含碳量较低，采用表面渗碳热处理；中碳钢，本身含碳量较高，采用表面淬火。热处理后，低碳钢与中碳钢齿轮的表面均变为马氏体，有较高的硬度，但低碳钢的心部仍保持较低的含碳量，有较好的塑性和韧性，与中碳钢相比有较好的综合力学性能。31、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；（2）高耐磨、高精度、型腔复杂的塑料模；（3）大型、复杂、产品批量大的塑料注射模；（4）耐蚀、高精度塑料模具。选择塑料模具材料的依据有：使用性能：强度和硬度、耐磨性和耐腐蚀性、韧性、耐热性能和尺寸稳定性、导热性工艺性能：锻造性能、机械加工性能、焊接性能、热处理工艺性能、镜面抛光性能（1） 碳素型塑料模具钢（SM45） （2）预硬型塑料模具钢（P20）（3）淬硬型塑料模具钢（Cr12MoV） （4）时效硬化型塑料模具钢（NAK80）32、针对型腔复杂、精度要求高和寿命要求长的塑料模具，选材时主要考虑哪些因素？现有T12A和3Cr2Mo（P20）两种材料，请选择最合适的材料，并说明理由？T12A更合适，T12A是淬硬型塑料模具钢，P20是预硬型塑料模具钢33、热作模具材料的选用应考虑哪些主要因素？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。34、能根据给定条件，合理选择模具零件的材料、热处理工艺及零件使用性能要求。