模具材料基礎及選用（簡體書）

《高等職業教育機械設計製造類專業規劃教材：模具材料基礎及選用》以培養技術應用能力為主線，力求精練簡潔系統地介紹在模具鋼選擇過程中要用到的相關知識，理論講解以夠用為度，突出了實用性、綜合性和時效性。主要內容有：材料的性能、金屬材料的組織結構、鋼的熱處理、金屬材料的選用、模具材料概述、冷作模具材料、熱作模具材料、塑料模具材料、進口模具鋼、模具的表面工程技術、模具失效分析及修復等。·

Grady Booch，在軟件架構、軟件工程和建模領域的創新工作是世界知名的。從1981年Rational公司創建開始，他就一直擔任該公司的首席科學家。Grady于2003年3月成為了IBM院士（IBM Fellow）。Grady是統一建模語言（UML）最早的開發者之一，也是幾個Rational產品的最早開發者之一。Grady曾擔任世界各地一些複雜的軟件密集型項目的架構師和架構指導者。Grady是6本暢銷書的作者，包括UML Users Guide和Object-Oriented Analysis with Applications。Grady發表了幾百篇有關軟件工程的技術文章，其中包括在20世紀80年代早期發表的文章，這些文章最先提出了面向對象設計的術語和實踐。他曾在世界各地演講和諮詢。Grady是美國計算機協會（ACM）、美國電氣電子工程師學會（IEEE）、美國科學促進會（AAAS）、有社會責任的計算機專家協會（CPSR）的成員。他是IBM院士、ACM院士、世界技術網絡院士，也是軟件開發論壇夢想家。Grady是敏捷聯盟、Hillside集團和軟件架構師世界學院的創始委員會成員，也是Northface大學的顧問委員會成員。Grady於1977年從美國空軍學院獲得學士學位，于1979年從加州大學聖巴巴拉分校獲得電子工程科學碩士學位。Grady與他的妻子和他的貓生活在科羅拉多。他的興趣包括閱讀、旅行、唱歌和彈奏豎琴。Robert A. Maksimchuk，是Unisys Chief Technology Office的一名研究主管。他關注新出現的建模技術，目的是提升Unisys 3D可視企業建模框架的戰略方向。Bob為這項任務帶來了不同行業的大量系統工程、建模、面向對象分析與設計的專業知識。他是UML for Mere Mortals和UML for Database Design的合著者，也寫了許多文章。他曾經周遊世界各地，在各種技術論壇上作為重要演講者發言，舉辦關於UML和面向對象開發的研討會和培訓。Bob是電氣電子工程師學會（IEEE）和國際系統工程學會（INCOSE）的成員。Michael W. Engle，是洛克希德馬丁公司的首席工程師。他有超過26年的技術和管理經驗--從項目啟動到運營支持，涵蓋了完整的系統開發生命週期。利用系統工程師、軟件工程師和系統架構師的背景，Mike運用了面向對象技術，為複雜的系統開發提供創新的開發方式。Bobbi J. Young， Ph.D.，是Unisys Chief Technology Office的一名研究主管。她有著多年的IT行業從業經驗，與商業公司和國防部合同供應商一同工作。Young博士是一名諮詢師，她在項目管理、企業架構、系統工程和面向對象分析與設計方面提供現場指導。在她的職業生涯中，她關注於系統生命週期過程和方法學，同時也關注企業架構。Young博士擁有生物學、計算機科學和人工智能學位，她獲得了管理信息系統的博士學位，也曾是美國海軍預備役的一名指揮官（已退伍）。Jim Conallen，是IBM Rational的模型驅動開發戰略小組的一名軟件工程師。在這個小組中，他積極參與，將對象管理集團（OMG）的模型驅動架構（MDA）計劃應用於IBM Rational的模型工具中。Jim在基於資產的開發和可複用資產規範（RAS）領域也很活躍。Jim經常在會議上演講，也經常寫文章。他的專業領域是Web應用開發。他開發了UML的Web應用擴展（WAE）。這是對UML的一種擴展，讓開發者能夠利用UML在合適的抽象和細節層面上對Web應用的架構進行建模。這項工作是IBM Rational Rose和Rational XDE Web Modeling功能的基礎。Jim與人合著了兩個版本的Building Web Applications with UML，第一個版本採用微軟公司的ASP技術，後一個版本採用J2EE技術。Jim的經驗也來自於加入Rational之前的工作，那時他曾是獨立的諮詢師、Peace Corps的志願者和大學講師。他還是3個孩子的父親。Jim從Widener大學獲得了計算機和軟件工程的學士學位和碩士學位。Kelli Houston是IBM Rational的IT諮詢專家。她是IBM內部方法的方法架構師，負責編寫方法並集成IBM的方法。除了方法架構師的角色，Kelli還在IBM內部領導Rational Method Composer（RMC）特別興趣小組（SIG）工作，為客戶和IBM內部諮詢師提供有效使用RMC方面的諮詢和現場指導服務。·

《高等職業教育機械設計制造類專業規劃教材:模具材料基礎及選用》可作為高職高專院校模具設計與制造專業學生的教材，也可供機械等相關專業，以及從事模具設計與制造和應用模具的技術人員閱讀。

單元1 模具材料概述
1.1 目標與任務
1.2 知識準備
1.2.1 模具及模具材料分類
1.2.2 模具材料的性能要求
1.2.3 模具材料的選用原則
1.2.4 模具材料的生產現狀和發展趨勢
1.3 實操與案例：布氏硬度和洛氏硬度試驗
1.4 評估練習

單元2 模具鋼的熱處理
2.1 目標與任務
2.2 知識準備
2.2.1 鋼的熱處理概述
2.2.2 鐵碳合金的結構與相圖
2.2.3 鋼在加熱時的轉變
2.2.4 鋼在冷卻時的轉變
2.2.5 鋼的退火與正火
2.2.6 鋼的淬火與回火
2.2.7 材料的表面熱處理
2.3 實操與案例：碳鋼的熱處理操作及其組織觀察
2.4 評估練習

單元3 金屬材料簡介
3.1 目標與任務
3.2 知識準備
3.2.1 鋼材的分類及牌號
3.2.2 合金元素在鋼中的作用
3.2.3 結構鋼
3.2.4 工具鋼
3.2.5 鑄鐵
3.2.6 有色金屬及合金
3.2.7 金屬材料的選用
3.3 實操與案例：金屬材料選用實例
3.4 評估練習

單元4 冷作模具材料
4.1 目標與任務
4.2 知識準備
4.2.1 冷作模具材料及性能要求
4.2.2 碳素工具鋼
4.2.3 油淬冷作模具鋼
4.2.4 空淬冷作模具鋼
4.2.5 高碳高鉻冷作模具鋼
4.2.6 基體鋼和低碳高速鋼
4.2.7 高耐磨高強模具鋼
4.2.8 冷作模具鋼材料的選用
4.3 實操與案例：扣板級進沖裁模材料的選擇與熱處理
4.4 評估練習

單元5 熱作模具材料
5.1 目標與任務
5.2 知識準備
5.2.1 熱作模具鋼的性能、特點及分類
5.2.2 低耐熱高韌性熱作模具鋼
5.2.3 中耐熱韌性熱作模具鋼
5.2.4 高耐熱性熱作模具鋼
5.2.5 特殊用途熱作模具鋼
5.2.6 熱作模具材料的選用
5.3 實操與案例：連杆鍛模材料的選擇與熱處理
5.4 評估練習

單元6 塑料模具材料
6.1 目標與任務
6.2 知識準備
6.2.1 塑料模具材料的性能要求
6.2.2 常用塑料模具材料的類型
6.2.3 碳素塑料模具鋼
6.2.4 滲碳型塑料模具鋼
6.2.5 預硬型塑料模具鋼
6.2.6 時效硬化型塑料模具鋼
6.2.7 耐蝕性塑料模具鋼
6.2.8 塑料模具材料的選用
6.3 實操與案例：複雜盒形塑件注塑模材料選擇
6.4 評估練習

單元7 進口模具鋼
7.1 目標與任務
7.2 知識準備
7.2.1 美國模具鋼介紹
7.2.2 日本模具鋼介紹
7.2.3 國內市場銷售的其他國家模具鋼
7.3 評估練習

單元8 模具的表面工程技術
8.1 目標與任務
8.2 知識準備
8.2.1 表面工程技術的分類
8.2.2 模具的表面化學熱處理技術
8.2.3 模具表面的塗鍍技術
8.2.4 模具表面加工強化技術
8.3 實操與案例：表面處理實例
8.4 評估練習

單元9 模具失效分析及修復
9.1 目標與任務
9.2 知識準備
9.2.1 模具的失效形式及影響因素
9.2.2 模具失效分析的步驟
9.2.3 Brooks和ASM失效分析程序
9.2.4 模具的修復
9.3 實操與案例：模具修復實例
9.4 評估練習
參考文獻·

與普通加熱淬火相比，感應加熱表面淬火有以下特點：
①加熱速度快。零件由室溫加熱到淬火溫度只需幾秒到幾十秒的時間。
②淬火質量好。由于加熱迅速，奧氏體晶粒來不及長大，淬火后表層獲得針狀馬氏體，硬度比普通淬火高2～3倍。
③淬硬層深度易于控制，生產率高，淬火操作以實現機械化和自動化，但加熱設備較昂貴，主要用于大批量生產。
感應加熱表面淬火工件的常用工藝路線：鍛造—退火或正火—粗加工—調質或正火—精加工—感應加熱淬火—低溫回火—磨削。
（2）火焰加熱表面淬火。火焰加熱表面淬火是利用高溫火焰（如氧一乙炔或其他可燃氣體）對零件表面進行加熱，隨即淬火冷卻，獲得所需表面硬層的工藝方法。
火焰加熱表面淬火淬硬層深度一般為2～6 mm，主要適用于單件小批生產及異型、大型工件的表面淬火。此法設備簡單、使用方便、不受工件大小和淬火部位的限制、靈活性大，但由于其加熱溫度不易控制、容易過熱、硬度不均，故淬火效果不夠穩定。
2.表面化學熱處理
表面化學熱處理是指將工件放在一定的活性介質中加熱和保溫，使介質中的活性原子滲入工件表層，以改變表層的化學成分和組織，從而改善表層性能的熱處理工藝。它與其他熱處理方法比較，特點是表層不僅有組織變化，而且化學成分也發生了變化。
表面化學熱處理的種類很多，一般都以滲入元素來命名。滲入元素不同，工件表層所具有的性能也不同。如滲碳、滲氮、碳氮共滲能提高工件表層的硬度和耐磨性；滲鋁、滲鉻、滲硼大多是為了使工件表層獲得某些特殊的物理化學性能（如抗氧化性、耐高溫性、耐酸性等）。
各種化學熱處理都是將工件加熱到一定溫度后，并經歷以下三個基本過程：
①分解。由介質中分解出滲入元素的活性原子。
②吸收。工件表面吸收活性原子，也就是活性原子由鋼的表面進入鐵的晶格而形成固溶體或特殊化合物。
③擴散。被工件吸收的原子，在一定溫度下，由表面向內部擴散，形成一定厚度的擴散層。
目前，在機械制造業中，最常用的化學熱處理有滲碳、滲氮和碳氮共滲。
（1）滲碳。滲碳是一種為了增加鋼件表層碳的質量分數和一定的碳濃度梯度，將鋼件在滲碳介質中加熱并保溫，使碳原子滲入表層的化學熱處理工藝。
①滲碳目的及用鋼。在機器制造業中，有許多重要零件（如汽車、拖拉機變速箱齒輪、活塞銷、摩擦片及軸類等），它們都是在變動載荷、沖擊載荷、很大接觸應力和嚴重磨損條件下工作的，因此，要求零件表面具有高的硬度、耐磨性及疲勞極限，而心部具有較高的強度和韌性。生產中一般采用含碳量為0.1％～0.25％的低碳鋼或低合金鋼，如15、20、20Cr、20CrMnTi等進行滲碳處理來達到其性能要求。