模具材料及表面強(qiáng)化技術(shù)

第一篇 模具材料及熱處理

1 緒論

1.1 模具在工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位

1.1.1 模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位

1.1.2 模具在工業(yè)生產(chǎn)中的作用

1.2 模具生產(chǎn)的發(fā)展趨勢

1.2.1 發(fā)展精密、高效、長壽命模具

1.2.2 發(fā)展高效、精密、數(shù)控自動化加工設(shè)備

1.2.3 模具制造的基本要求和特點(diǎn)

1.2.4 發(fā)展各種簡易模具技術(shù)

1.3 模具材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.4 模具選材、熱處理及表面強(qiáng)化技術(shù)

1.4.1 模具選材及熱處理

1.4.2 模具表面強(qiáng)化技術(shù)

1.5 本課程的性質(zhì)和要求

2 模具的失效分析

2.1 失效分析

2.1.1 失效

2.1.2 失效分析

2.2 模具的服役條件與模具失效分析

2.2.1 模具的服役條件

2.2.2 模具失效分析

2.3 模具失效形式及失效機(jī)理

2.4 磨損失效

2.4.1 摩擦及磨損的概念

2.4.2 粘著磨損

2.4.3 磨粒磨損

2.4.4 腐蝕磨損

2.4.5 接觸疲勞磨損

2.5 斷裂失效

2.5.1 斷裂分類

2.5.2 斷口的宏觀特征

2.5.3 韌性斷裂的微觀機(jī)制

2.5.4 脆性解理斷裂的微觀機(jī)制

2.5.5 準(zhǔn)解理斷裂

2.5.6 疲勞斷裂的微觀形貌

2.6 金屬的斷裂韌度

2.6.1 裂紋尖端應(yīng)力場強(qiáng)度因子KⅠ及斷裂韌度KⅠc

2.6.2 脆性判據(jù)

2.6.3 影響斷裂韌度的因素

2.7 變形失效

2.7.1 塑性變形失效

2.7.2 彈性變形失效

2.8 模具失效分析的重要性和基本內(nèi)容

2.8.1 模具失效分析的重要性

2.8.2 模具失效分析的基本內(nèi)容

2.9 影響模具失效的因素

2.9.1 模具結(jié)構(gòu)

2.9.2 模具的機(jī)加工質(zhì)量

2.9.3 模具材料

2.9.4 熱處理

2.9.5 模具的服役條件

2.9.6 模具維護(hù)與管理

2.10 模具失效分析實(shí)例

案例1 Cr12鋼冷沖模早期失效原因分析

案例2 5CrMnMo鍛模使用中的失效分析與防止措施

思考題

3 冷作模具材料及熱處理

3.1 冷作模具材料的分類及選用

3.1.1 冷作模具材料的分類

3.1.2 冷作模具材料的性能要求

3.1.3 冷作模具材料的選用

3.2 冷作模具材料的熱處理

3.2.1 高碳非合金冷作模具鋼的熱處理

3.2.2 高碳低合金冷作模具鋼的熱處理

3.2.3 高耐磨冷作模具鋼的熱處理

3.2.4 冷作模具用高速鋼的熱處理

3.2.5 特殊用途冷作模具鋼的熱處理

3.3 新型冷作模具鋼熱處理案例

案例1 GD鋼（7CrNiSiMnMoV）

案例2 65Nb鋼（65Cr4W3Mo2VNb）

思考題

4 熱作模具材料及熱處理

4.1 熱作模具材料的分類及選用

4.1.1 熱作模具材料的分類

4.1.2 熱作模具材料的特點(diǎn)及性能要求

4.1.3 熱作模具鋼的選用

4.2 熱作模具材料的熱處理

4.2.1 低耐熱高韌性熱作模具鋼的熱處理

4.2.2 中耐熱韌性熱作模具鋼的熱處理

4.2.3 高耐熱性熱作模具鋼的熱處理

4.2.4 奧氏體耐熱模具鋼的熱處理

4.2.5 馬氏體時(shí)效模具鋼的熱處理

4.3 新型熱作模具鋼熱處理案例

案例1 5Cr2鋼（5Cr2NiMoVSi）

案例2 H13鋼（4Cr5MoSiV1）

案例3 3Cr2W8V鋼制熱擠壓模具的熱處理

案例4 5CrNiMo鋼熱鍛模熱處理工藝的改進(jìn)

思考題

5 塑料模具材料及熱處理

5.1 塑料模具材料的分類及選用

5.1.1 塑料模具材料的分類

5.1.2 塑料模具材料的性能要求

5.1.3 塑料模具材料的選用

5.2 塑料模具鋼的熱處理

5.2.1 非合金型塑料模具鋼的熱處理

5.2.2 滲碳型塑料模具鋼的熱處理

5.2.3 預(yù)硬型塑料模具鋼的熱處理

5.2.4 時(shí)效硬化型塑料模具鋼的熱處理

5.2.5 耐腐蝕塑料模具鋼的熱處理

5.2.6 整體淬硬型塑料模具鋼的熱處理

5.3 新型塑料模具鋼及其熱處理案例

案例1 25CrNi3MoAl鋼

案例2 8Cr2S鋼（8Cr2MnWMoVS）

思考題

6 其他模具材料

6.1 鑄鐵模具材料

6.1.1 鑄鐵模具材料概況

6.1.2 鑄鐵模具材料的應(yīng)用

6.2 硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具材料

6.2.1 硬質(zhì)合金模具材料

6.2.2 鋼結(jié)硬質(zhì)合金模具材料

6.3 有色金屬及合金模具材料

6.3.1 鋅基合金模具材料

6.3.2 低熔點(diǎn)合金模具材料

思考題

第二篇 模具表面強(qiáng)化技術(shù)

7金屬構(gòu)件的表層殘余應(yīng)力

71殘余應(yīng)力的基本概念

711殘余應(yīng)力的性質(zhì)及平衡條件

712殘余應(yīng)力的分類

713殘余應(yīng)力的極限

72殘余應(yīng)力的形成

721不均勻塑性變形引起的殘余應(yīng)力

722溫度差異引起的殘余應(yīng)力

723焊接形成的殘余應(yīng)力

724金屬的相變應(yīng)力

73殘余應(yīng)力對金屬構(gòu)件性能的影響

731殘余應(yīng)力對疲勞強(qiáng)度的影響

732殘余應(yīng)力對靜載強(qiáng)度的影響

733殘余應(yīng)力對加工精度的影響

734殘余應(yīng)力對剛度的影響

735殘余應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕的影響

74殘余應(yīng)力的測量

741應(yīng)力釋放法

742物理方法

思考題

8金屬表面形變強(qiáng)化

81金屬表面形變強(qiáng)化的機(jī)理及主要方法

811表面形變強(qiáng)化原理

812表面形變強(qiáng)化的主要方法

82噴丸強(qiáng)化

821噴丸強(qiáng)化用的設(shè)備

822噴丸材料

83噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)對材料疲勞強(qiáng)度的影響

831噴丸表層的殘余應(yīng)力

832噴丸表面質(zhì)量及影響因素

84表面形變強(qiáng)化在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

思考題

9表面淬火

91感應(yīng)加熱表面淬火

911感應(yīng)加熱基本原理

912感應(yīng)加熱表面淬火工藝

913超高頻感應(yīng)加熱表面淬火

914雙頻感應(yīng)加熱淬火和超音頻感應(yīng)加熱淬火

915冷卻方式和冷卻介質(zhì)的選擇

916感應(yīng)加熱淬火件的質(zhì)量檢驗(yàn)

92火焰加熱表面淬火

921火焰特性

922火焰加熱表面淬火方法

923工藝參數(shù)選擇

924火焰淬火的質(zhì)量檢驗(yàn)

925火焰淬火的安全技術(shù)要求

93其他表面淬火方法簡介

931電解液淬火

932接觸電阻加熱淬火

933浴爐加熱表面淬火

94表面淬火方法在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

思考題

10熱擴(kuò)滲技術(shù)

101熱擴(kuò)滲技術(shù)的基本原理與分類

1011熱擴(kuò)滲技術(shù)的基本原理

1012滲層形成機(jī)理

1013熱擴(kuò)滲速度的影響因素

1014擴(kuò)滲層的組織特征

1015熱擴(kuò)滲工藝的分類

102滲碳

1021滲碳的目的及意義

1022滲碳方法

1023滲碳工藝

1024滲碳后的熱處理

1025滲碳熱處理后的組織與性能

1026滲碳在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

103滲氮

1031滲氮的目的及意義

1032滲氮方法

1033滲氮工藝

1034滲氮工件的預(yù)處理

1035滲氮后的組織與性能

1036滲氮在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

104碳氮共滲

1041碳氮共滲的特點(diǎn)及分類

1042碳氮共滲方法

1043碳氮共滲在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

105滲硼

1051滲硼的特點(diǎn)及分類

1052滲硼方法

1053滲硼層的組織

1054滲硼在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

106滲金屬

1061滲金屬的特點(diǎn)及分類

1062氣體滲金屬方法

1063液體滲金屬方法

1064固體滲金屬方法

1065滲金屬法在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

思考題

11等離子體擴(kuò)滲技術(shù)

111離子滲氮

1111離子滲氮的主要特點(diǎn)

1112離子氮化原理

1113離子滲氮設(shè)備

1114離子滲氮工藝

112離子滲碳、離子碳氮共滲

1121離子滲碳原理及優(yōu)點(diǎn)

1122離子碳氮共滲、離子氮碳共滲

113等離子體擴(kuò)滲技術(shù)在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

案例離子氮化PECVD　TiN膜復(fù)合處理提高切邊模具壽命研究

思考題

12激光表面處理技術(shù)

121激光表面處理設(shè)備

1211激光的產(chǎn)生

1212激光器

1213激光處理用的外圍設(shè)備

122激光表面改性工藝

1221激光表面相變硬化

1222激光表面熔覆與合金化

1223激光表面非晶化與熔凝

1224激光沖擊硬化

123復(fù)合表面改性技術(shù)

1231黑色金屬復(fù)合表面改性技術(shù)

1232有色金屬復(fù)合表面改性處理

思考題

13電子束表面處理技術(shù)

131電子束表面處理原理與設(shè)備

1311電子束表面處理原理

1312電子束表面處理設(shè)備

132電子束表面處理工藝

1321電子束表面處理工藝的特點(diǎn)

1322電子束表面相變強(qiáng)化

1323電子束表面熔凝

1324電子束表面合金化

1325電子束表面非晶化

133電子束表面改性技術(shù)在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

案例1Cr12Mo1V1(D2)模具鋼電子束表面改性研究

案例2幾種典型電子束表面改性處理實(shí)例與效果

思考題

14電鍍與化學(xué)鍍

141電鍍

1411電鍍基本知識

1412常用金屬及合金電鍍

1413電鍍技術(shù)在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

142電刷鍍

1421電刷鍍基本原理

1422常用金屬電刷鍍

1423電刷鍍技術(shù)在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

143化學(xué)鍍

1431化學(xué)鍍的基本原理

1432常用金屬化學(xué)鍍

1433化學(xué)鍍技術(shù)在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

思考題

15氣相沉積技術(shù)

151化學(xué)氣相沉積（CVD）

1511化學(xué)氣相沉積設(shè)備

1512沉積過程

1513工藝要求

1514化學(xué)氣相沉積在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

152物理氣相沉積（PVD）

1521物理氣相沉積的分類

1522真空蒸發(fā)鍍膜

1523陰極濺射

1524離子鍍

1525物理氣相沉積在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

思考題

16堆焊技術(shù)

161概述

1611稀釋率

1612熔合比

1613熔合區(qū)的成分、組織與性能

1614熱循環(huán)的影響

1615熱應(yīng)力

1616堆焊工藝的主要應(yīng)用

162堆焊合金的種類及選擇

1621鐵基堆焊合金

1622鎳基堆焊合金

1623鈷基堆焊合金

1624堆焊合金的選取原則

163堆焊方法的分類及選擇

1631堆焊方法的分類及特點(diǎn)

1632堆焊方法的選擇

164堆焊技術(shù)在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

案例1電渣堆焊錘鍛模

案例2大型鑲塊式修邊模具的堆焊

思考題

17熱噴涂與熱噴焊

171熱噴涂概述

1711熱噴涂的基本原理

1712熱噴涂涂層的結(jié)合機(jī)理

1713熱噴涂技術(shù)的特點(diǎn)

172熱噴涂方法分類及一般工藝流程

1721熱噴涂方法分類及特點(diǎn)

1722熱噴涂的一般工藝流程

173熱噴涂材料的性能要求及分類

1731熱噴涂材料的性能要求

1732熱噴涂材料的分類

1733熱噴涂材料的選取原則

174熱噴焊工藝及特點(diǎn)

1741熱噴焊工藝的一般特點(diǎn)

1742熱噴焊工藝的一般工藝流程

1743熱噴焊工藝在模具表面強(qiáng)化中的應(yīng)用

思考題

18離子注入與電火花表面強(qiáng)化

181離子注入

1811離子注入原理

1812離子注入特征

1813離子注入提高表面性能的機(jī)理

182離子注入在提高模具使用壽命方面的應(yīng)用

案例1鋁型材熱擠壓模具的離子注入

案例2注塑模具的離子注入

案例3一些常用工模具的離子注入改性效果

183電火花表面強(qiáng)化技術(shù)

1831電火花表面強(qiáng)化原理

1832電火花表面強(qiáng)化過程

1833電火花表面強(qiáng)化特點(diǎn)及強(qiáng)化層特征

184電火花表面強(qiáng)化技術(shù)在模具表面強(qiáng)化工藝中的應(yīng)用

案例1煤車彈簧三角蓋落料沖裁模電火花表面強(qiáng)化

案例2用電火花強(qiáng)化工藝修復(fù)鍛模磨損表面

思考題

參考文獻(xiàn)

《模具材料及表面強(qiáng)化技術(shù)》作為高等工科院校模具設(shè)計(jì)與制造類專業(yè)的專業(yè)課教材，與傳統(tǒng)的相關(guān)教材相比，采用案例教學(xué)的方法，理論與實(shí)踐相結(jié)合，全書注重模具材料的分類及熱處理，模具材料失效分析以及材料的表面強(qiáng)化技術(shù)的原理及應(yīng)用。做到由淺入深，易學(xué)易懂，突出模具材料的表面強(qiáng)化技術(shù)，兼顧原理與應(yīng)用。

《模具材料及表面處理技術(shù)》力求理論聯(lián)系實(shí)際，系統(tǒng)介紹各類模具的失效及使用壽命、常用模具材料的專業(yè)知識和熱處理工藝、模具常用的幾種表面處理技術(shù)等內(nèi)容，突出國內(nèi)外模具方面的新材料、新工藝、新技術(shù)?！赌＞卟牧霞氨砻嫣幚砑夹g(shù)》內(nèi)容豐富，實(shí)用性強(qiáng)，既有經(jīng)典的模具材料基礎(chǔ)知識介紹，又有作者近幾年來的科研實(shí)驗(yàn)成果，反映了近年來國內(nèi)外在模具方面的主要發(fā)展方向。《模具材料及表面處理技術(shù)》可作為普通高等教育應(yīng)用型本科機(jī)械大類專業(yè)教材，也可供從事模具設(shè)計(jì)、制造、熱處理等工作的有關(guān)工程技術(shù)人員參考。

本書按表面強(qiáng)化層形成的物理化學(xué)過程對表面強(qiáng)化技術(shù)進(jìn)行分類，形成了表面強(qiáng)化技術(shù)的系統(tǒng)化與科學(xué)體系。重點(diǎn)闡述了水溶液沉積、固態(tài)相變等。

本書主要包括兩大部分：*篇是鋁及鋁合金表面強(qiáng)化技術(shù)，介紹了鋁及鋁合金的特性、應(yīng)用和表面強(qiáng)化前處理技術(shù)，鋁及鋁合金的化學(xué)氧化、陽極氧化、微弧氧化、化學(xué)鍍和陽極氧化后處理工藝；第二篇是鎂及鎂合金表面強(qiáng)化技術(shù)，介紹了鎂及鎂合金的特性、應(yīng)用與表面強(qiáng)化前處理技術(shù)，鎂及鎂合金的化學(xué)轉(zhuǎn)化、陽極氧化、微弧氧化、化學(xué)鍍、電鍍和其他表面強(qiáng)化技術(shù)。

本書可供表面處理、腐蝕與防護(hù)、電化學(xué)工程等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和生產(chǎn)技術(shù)人員使用和參考，也可供大中專院校有關(guān)專業(yè)的師生使用及參考。