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国内模具钢近期发展重点

作者:admin 来源: 日期:2018-2-7 16:56:29 人气: 标签:国内模具 钢近期发展重点
 

  国内模具钢近期发展重点
  目前我国模具选材用钢较为广泛,除了工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢)外,还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等,钢种达数十种之多,但常用的只有二十余种,而用量最多的只有八种: Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、SCrNIMo、45、40Cr。据估计,这八个钢号年用量占我国模具钢年总用量的80%。
  随着工业生产发展和少、无切削工艺广泛应用,对模具钢性能提出了更多、更高的要求,常用钢种已经不能完全满足需要,迫切需要研制和应用新型模具钢。
  近年,国内研制了近二百种新型模具钢种,如超硬高速钢W10Mo4Cr4V3A1、W6Mo5Cr4VsiA1Nb等;强韧耐磨钢7Cr7Mo2V2Si、Cr8MoV2Ti等;高速钢基体钢 65W3Mo2Cr4VNb、5OMo3Cr4SiMnAl等;中碳超高强度钢 4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3MoMnVNbB等;时效钢25Cr3NiMoAl、10Ni3MnCuAl等;火焰淬火钢7CrSiMnMoV、7Cr2 SiMnMoV TiRe等;易切削模具钢8Cr2MnWMoVS、5CrNiMnMoVSCa等。也引进了国际通用的几种美国钢号,如 D2(Cr12MolV1)、H13(4Cr5MoV1Si)、P20(3Cr2Mo)等。新钢种满足了模具较高力学性能、特殊工艺性能和特殊使用性能的需求,解决了模具设计、加工、使用中的一些难题,大幅度提高了模具使用寿命,带来十分显著的经济效益和社会效益,对工业发展和少、无切削工艺广泛应用起了极大促进作用。但因多种不利因素的影响,新型 模具钢的应用量仍然较少,年用量仅相当于模具钢年总用量的1/40~ l/ 50。当然其用量仍呈逐年上升态势。
  90年代,我国模具工业进人了快速发展时期,这极大地促进了模具钢生产、应用技术的进步。通过引进先进的设备和技术,已能生产高质量的模具钢,有些钢种的冶金质量已达到国际先进水平,并有少量出口,在国际上享有一定的声誉。但应看到,我国模具钢生产、应用的总体水平仍然较低,存在许多长期没有解决的问题。国产模具钢绝大多数是电炉钢,钢的成分偏析大,纯净度低,碳化物级别偏高,疏松级别超标,模块的纵横向性能相差悬殊。
  模具钢材料利用率低,原因是钢材中圆棒料占85%以上,锯料、改锻中消耗量大;模块、扁钢、板材等品种很少,精品、制品更少。模具钢改锻效果差,绝大多数改锻仅以模坯达到形状、尺寸为目的,忽视组织改善,以致模坯中仍保留超级别的碳化物和不利的流线分布。模具选材和热处理不当也是模具钢应用中一个突出问题。模具设计、制造者不熟悉材料和热处理,热处理技术人员不熟悉模具工况条件,常常造成选材或热处理工艺不与模具相匹配。此外,热处理工艺执行不严,热处理设备和工艺落后,操作不当造成模具变形、开裂,是普遍存在的。调查表明,模具因选材和热处理不当造成早期失效者占70%左右。表面处理在 模具上的应用,除渗碳、渗氮外,其它扩渗处理(渗非金属,渗金属)应用很少,镀膜和喷涂处理应用更少。一些应用又常因种类和工艺选择不当,达不到预期效果,甚至不但无益,反而有害,成为模具钢应用技术中一个薄弱环节。
  国内模具钢近期发展重点应在下列几个方面:
  (1) 提高冶金质量,增加品种规格,坏料制品化、精品化采用先进的设备和技术,采用先进的冶金方法和工艺,如炉外精炼,电渣重熔,真空处理,多向锻轧,精锻、精轧,生产纯净度的优质钢材;增加生产高均匀性、高等向性的模块、扁钢、方钢、板材等。通过机加工、调质处理等方法提供制品化、精品化的模具钢产品。把我国丰富的合金资源及劳动力资源转化为模具钢产品优势,提高国际市场竞争力,扩大出口,这是我国模具钢发展的战略目标。
  (2) 研制、推广应用新型模具钢
  国内新型模具钢种类繁多,但研制新型模具钢的空间仍然很大、况且有些新钢种性能有待改进。如铝合金大型铸件日渐增多,研制大型铝合金压铸模具钢仍是当务之急。又如建筑业近年发展很快,研制价格低、耐磨性高、有足够强韧性的陶瓷、耐火砖模具钢也是一个急需解决的课题。
  鉴于新型模具钢能大幅度提高模具使用寿命,能解决模具设计、制造、使用、修复中的生产和技术难题,能获得巨大综合效益,应大力推广应用新型模具钢,可望新型模具钢应用量逐年增加。同时也要重视老钢种的使用,通过合理选材,采用新工艺,扬长避短,发挥其更大效用。
  (3) 建立模具选材用材专家系统
  随着产品品种多样化,模具工况条件复杂化,合理选材用材更显重要和迫切。已有的研究工作积累了大量数据资料,在此基础上补充完善钢种性能数据,总结国内外在模具材料技术领域的最新成果和经验,借助日益广泛普及应用的现代计算机技术,建立具有指导性强、先进、可靠、实用的模具钢选材用材专家系统势在必行。

  塑料模具零件的热处理工艺
  选用不同品种钢材作塑料模具,其化学成分和力学性能各不相同,因此制造工艺路线不同;同样,不同类型塑料模具钢采用的热处理工艺也是不同的。本节主要介绍塑料模具的制造工艺路线和热处理工艺的特点。
  塑料模具的制造工艺路线
  1.低碳钢及低碳合金钢制模具
  例如,20,20Cr,20CrMnTi等钢的工艺路线为:下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成形→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。
  2.高合金渗碳钢制模具
  例如12CrNi3A,12CrNi4A钢的工艺路线为:下料→锻造模坯→正火并高温回火→机械粗加工→高温回火→精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。
  3.调质钢制模具
  例如,45,40Cr等钢的工艺路线为:下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→调质→机械精加工→修整、抛光→装配。
  4.碳素工具钢及合金工具钢制模具
  例如T7A~T10A,CrWMn,9SiCr等钢的工艺路线为:下料→锻成模坯→球化退火→机械粗加工→去应力退火→机械半精加工→机械精加工→淬火、回火→研磨抛光→装配。
  5.预硬钢制模具
  例如5NiSiCa,3Cr2Mo(P20)等钢。对于直接使用棒料加工的,因供货状态已进行了预硬化处理,可直接加工成形后抛光、装配。对于要改锻成坯料后再加工成形的,其工艺路线为:下料→改锻→球化退火→刨或铣六面→预硬处理(34~42HRC)→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→装配。

  塑料模具的热处理特点
  (一)渗碳钢塑料模的热处理特点
  1.对于有高硬度、高耐磨性和高韧性要求的塑料模具,要选用渗碳钢来制造,并把渗碳、淬火和低温回火作为最终热处理。
  2.对渗碳层的要求,一般渗碳层的厚度为0.8~1.5mm,当压制含硬质填料的塑料时模具渗碳层厚度要求为1.3~1.5mm,压制软性塑料时渗碳层厚度为0.8~1.2mm。渗碳层的含碳量为0.7%~1.0%为佳。若采用碳、氮共渗,则耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化、防粘性就更好。
  3.渗碳温度一般在900~920℃,复杂型腔的小型模具可取840~860℃中温碳氮共渗。渗碳保温时间为5~10h,具体应根据对渗层厚度的要求来选择。渗碳工艺以采用分级渗碳工艺为宜,即高温阶段(900~920℃)以快速将碳渗入零件表层为主;中温阶段(820~840℃)以增加渗碳层厚度为主,这样在渗碳层内建立均匀合理的碳浓度梯度分布,便于直接淬火。
  4.渗碳后的淬火工艺按钢种不同,渗碳后可分别采用:重新加热淬火;分级渗碳后直接淬火(如合金渗碳钢);中温碳氮共渗后直接淬火(如用工业纯铁或低碳钢冷挤压成形的小型精密模具);渗碳后空冷淬火(如高合金渗碳钢制造的大、中型模具)。
  (二)淬硬钢塑料模的热处理
  1.形状比较复杂的模具,在粗加工以后即进行热处理,然后进行精加工,才能保证热处理时变形最小,对于精密模具,变形应小于0.05%。
  2.塑料模型腔表面要求十分严格,因此在淬火加热过程中要确保型腔表面不氧化、不脱碳、不侵蚀、不过热等。应在保护气氛炉中或在严格脱氧后的盐浴炉中加热,若采用普通箱式电阻炉加热,应在模腔面上涂保护剂,同时要控制加热速度,冷却时应选择比较缓和的冷却介质,控制冷却速度,以避免在淬火过程中产生变形、开裂而报废。一般以热浴淬火为佳,也可采用预冷淬火的方式。
  3.淬火后应及时回火,回火温度要高于模具的工作温度,回火时间应充分,长短视模具材料和断面尺寸而定,但至少要在40~60min以上。

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