『壹』 什麼是模具鋼材
模具鋼是用來製造冷沖模、熱鍛模、壓鑄模等模具的鋼種。模具是機械製造、無線電儀表、電機、電器等工業部門中製造零件的主要加工工具。製造模具用材料范圍很廣,在模具材料中應用最廣的當屬模具鋼材。
模具鋼材是傳統的模具材料,其品種、規格、質量對模具的性能、使用壽命和製造周期起著決定性的作用。模具鋼大致可分為以下幾種:
一、按化學成分分為:
1、碳素鋼:S50C、S55C
2、合金鋼:_低合金鋼(≤5%);_中合金鋼(5%~10%);_高合金鋼(>10%)。
二、按使用情況分為:
塑膠模具鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼
(1)模具鋼檢驗什麼擴展閱讀:
模具鋼按用途一般可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料成型用模具鋼三大類:
1、冷作模具,冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼,按其所製造具的工作條件,應具有高的硬度、強度、耐磨性、足夠的韌性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。
用於這類用途的合金工具用鋼一般屬於高碳合金鋼,碳質量分數在0.80%以上,鉻是這類鋼的重要合金元素,其質量分數通常不大於5%。
2、熱作模具,熱作模具鋼主要用於製造對高溫狀態下的工件進行壓力加工的模具。熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型,包括熱鍛模、壓力機鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。
常用的熱作模具鋼有:中高含碳量的添加Cr、W、Mo、V等合金元素的合金模具鋼;對特殊要求的熱作模具鋼,有時採用高合金奧氏體耐熱模具鋼製造。
3、塑料模具,塑料模具用鋼要求具有一定的強度、硬度、耐磨性、熱穩定性和耐蝕性等性能。此外,還要求具有良好的工藝性,如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補焊性能好、粗糙度高、導熱性好和工作條件尺寸和形狀穩定等。
一般情況下,注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼;熱固性成形和要求高耐磨、高強度的模具可選用冷作模具鋼。
『貳』 冷作模具鋼有什麼性能要求
冷作模具鋼是指使金屬在冷態下變形或成形所使用的模具鋼。最常用的專用冷作模具鋼是Crl2型鋼,其含碳量為1.45%~2.30%,含鉻量為11%~13%。
由於冷作模具多為常溫下工作,材料的塑性變形抗力大,模具的工作應力大,工作條件苛刻,綜合起來這類模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足夠的強度、適當的韌性。
因此,冷作模具鋼通常在成分上以高碳為主,以滿足高硬度和高耐磨性的需要。如果為了提高模具抗沖擊能力,需增加韌性時,可選用中碳鋼,這時可借用熱作模具鋼來代替。在冷作模具鋼中加入合金元素時,主要是為了提高淬透性和耐磨性,對於耐磨性要求高的模具,多採用加入碳化物形成元素,例如Cr、Mo、W、V等元素的多元合金鋼。
從鋼材類別考慮,冷作模具鋼多為過共析鋼和萊氏體鋼,一般屬於工具鋼范疇。
冷作模具鋼性能要求:
1、冷作模具鋼的使用性能
1)較高的耐磨性
冷作模具在工作時,表面與坯料之間產生許多次摩擦,模具在這種情況下必須仍能保持較低的表面粗糙度值和較高的尺寸精度,以防止早期失效。
由於模具材料的硬度和組織是影響模具耐磨性能的重要因素,因此為了提高冷作模具的抗磨性能,通常要求模具硬度高於加工件硬度30%~50%,材料的組織為回火馬氏體或下貝氏體,其上分布均勻、細小的顆粒狀碳化物。要達到此目的,鋼中的碳的質量分數一般都在0.60%以上。
2)較高的強度和韌性
模具的強度是指模具零件在工作過程中抵抗變形和斷裂的能力。強度指標是冷作模具設計和材料選擇的重要依據,主要包括拉伸屈服點、壓縮屈服點等。屈服點是衡量模具零件塑性變形抗力的指標,也是最常用的強度指標。為了獲得高的強度,在模具製造過程中,要模具材料的韌性,要根據模具工作條件來決定,對於強烈沖擊載荷的模具,如冷作模具的凸模、冷鐓模具等,因受沖擊載荷較大,需要高的韌性。對於一般工作條件下的冷作模具,通常受到的是小能量多次沖擊載荷的作用,模具的失效形式是疲勞斷裂,因此模具不必具有過高的沖擊韌度值。
3)較強的抗咬合性
咬合抗力實際就是對發生「冷焊」的抵抗能力。通常在干摩擦條件下,把被試驗模具鋼試樣,與具有咬合傾向的材料(如奧氏體鋼),進行恆速對偶摩擦運動,以一定速度逐漸增大載荷,此時轉矩也相應增大。當載荷加大到某一臨界值時,轉矩突然急劇增大,這意味著發生咬合,這一載荷稱為「咬合臨界載荷」。臨界載荷越高,標志著咬合抗力越強。
4)受熱軟化能力
受熱軟化能力反映了冷作模具鋼在承載時溫升對硬度、變形抗力及耐磨性的影響。表徵冷作模具鋼受熱軟化抗力的指標主要有軟化溫度(℃)和二次硬化硬度(HRC)。
2、冷作模具鋼的工藝性能要求
冷作模具鋼的工藝性能,直接關繫到模具的製造周期及製造成本。對冷作模具鋼的工藝性能要求,主要有鍛造工藝性、切削工藝性、熱處理工藝性等。
1)鍛造工藝性
鍛造不僅減少了模具材料的機械加工餘量,節約鋼材,而且改善模具材料的內部缺陷,如碳化物偏析、減少有害雜質、改善鋼的組織狀態等。
為了獲得良好的鍛造質量,對可鍛性的要求是熱鍛變形抗力低、塑性好、鍛造溫度范圍寬,鍛裂、冷裂及析出網狀碳化物傾向小。
2)切削工藝性
磨損小以及加工後模具表面光潔。冷作模具鋼主要屬於過共析鋼和萊氏體鋼,大多數切削加工都較困難,為了獲得良好的切削加工性,需要正確進行熱處理,對於表面質量要求較高的模具可選用含S、Ca等元素的易切削模具鋼。
3)熱處理工藝性
熱處理工藝性主要包括:淬透性、淬硬性、耐回火性、過熱敏感性、氧化脫碳傾向、淬火變形和開裂傾向等。
『叄』 模具鋼不合格會出現什麼問題
模具鋼力學性能的不合格一般表現在:退火的軟製品強度過高或塑性過低,退火的半硬製品強度太高、塑性太低,或強度太低、塑性太高;淬火時效狀態的製品強度或塑性過低。
產生力學性能不合格的原因主要是違反熱處理制度及操作規程。內於熱處理制度不當而引起的力學性能不合格的原因有:
1、模具鋼退火的軟製品力學性能不合格,通常是由退火溫度過低或保溫時間過短,或熱處理強化型合金退火後的冷卻速度人快順引起。
2、模具鋼退火的半硬製品力學性能不合格,一股是由於退火溫度過低、保溫時間過短,或者是由於退火溫度過高、保溫時間過長等所引起。
3、淬火時效狀態的製品力學性能不合格,—極是由於淬火加熱溫度偏低或保溫時間過短,或淬火冷卻速度慢、轉移時間過長等引起。如果淬火加熱溫度使材料產生過燒時,力學性能也顯
人工時效的製品發生過時效時,也會使材料的強度降低。產生這些缺陷從廢品的原因多,一般是由於熱處理設備工作不廠常、測溫儀表不準確或失靈,也可能是由於違反工藝操作規程而引起。
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『肆』 cr12mov模具鋼的硬度是多少
出廠硬度180hb
模具是現代製造業核心工具,是工業製造中不可缺少的成型工具。近20年來,我國模具工業發展非常迅速,尤其是近幾年,模具需求一直以每年15%左右的速度快速增長。國民經濟的高速發展對模具工業提出了越來越高的要求,也為其發展提供了強大的動力。作為主要模具材料的模具鋼則是模具製造的基礎,隨著模具工業的迅速發展,對模具鋼的數量、質量、品種、規格、性能等各個方面提出更高、更新的要求。Cr12MoV鋼是應用最為廣泛的冷作模具鋼"。雖然強度、硬度較高,耐磨性好,但其韌度較差,對熱加工工藝和熱處理工藝要求較高,處理工藝不當,很容易造成模具的過早失效[2-3]。
Cr12MoV是國標的說法,德標叫做:X165CrMoV12
化學成份:
碳 C :1.45~1.70
硅 Si:≤0.40
錳 Mn:≤0.40
硫 S :≤0.030
磷 P :≤0.030
鉻 Cr:11.00~12.50
鎳 Ni:允許殘余含量≤0.25
銅 Cu:允許殘余含量≤0.30
釩 V :0.15~0.30
鉬 Mo:0.40~0.60
電爐真空精煉生產,鍛造開坯,共晶碳化物均勻,高淬透性,高耐磨性,高韌性,淬火時體積形變小;因此它的市場用量非常的大。
①減少Cr、Mo、V元素的含量,直接降低成本,也嚴重影響使用性能,如用Cr8、Cr12充當Cr12MoV;
②改變其生產方法,用中頻爐代替電爐精煉,導致的成分雜質過多,用連鑄方法代替球化退火,減少壓延比等等多種方法來減少成本,zui終客戶在使用時材料達不到預期的效果,模具壽命減少,嚴重的直接導致開裂報廢。
研究發現,淬火過程中得到馬氏體加下貝氏體復相組織具有比單一馬氏體或者下貝氏體組織更好的強韌性[°;另外,淬火後組織中含有適量的殘留奧氏體可一定程度上提高材料的韌性,對於合金鋼來說,合金元素的種類和含量對鋼淬火後殘留奧氏體的量也有顯著影響[5;合理的淬火溫度會使鋼保留需要的高溫組織和細小的晶粒,以保證回火後獲得良好的綜合性能。
近年來,國內外學者在Cr12MoV鋼熱處理新工藝方面開展了廣泛的研究[68]。研究表明,Cr12MoV鋼中碳化物的形態和分布對其韌性有很大影響(彌散碳化物析出強化)。因此,通過適當的回火工藝控制材料組織中碳化物的形狀、數量、尺寸和分布等,可改善強韌性,獲得較高的綜合力學性能。另外,不同回火溫度對合金鋼的拉伸和沖擊性能有很大影響,通常情況下,增加回火溫度會增加沖擊韌性並降低拉伸強度;由於二次硬化現象的發生,在500 ~600 ℃間增加回火溫度也可一定程度上提高合金鋼的硬度。綜上,在Cr12MoV熱處理工藝開發已取得了一些成果,但也存在工藝過程較復雜.熱處理過程能源消耗大等缺點。本論文擬通過研究不同激鏈回火工藝參數條件下Cr12MoV鋼的微觀組織和力學性能特徵,進而找出更節能的熱處理工藝。
試驗採用的Cr12MoV鋼是一種典型的高碳高合金鋼,其化學成分見表1。將用於熱處理的Cr12MoV鋼加工成大小為$b20 mm x 50 mm 的圓柱試樣,進行調質試驗,具體工藝為1025℃淬火,在490、510 ℃分別保溫0.5、3 h。對熱處理後的試樣進行力學明粗孫性能分析和微觀組織表徵。為了檢驗熱處理後試樣的切削性和耐磨性,採用MHT-10顯微硬度測量儀(載荷砝碼100 g,載入時間10 s)對硬度進行測量;利用Rigaku PSPC/MICRO應力分析儀對殘余應力進行測量,具體位置見圖1。採用JEOLJXA-8100電子探針(EPMA )對元素分布進行測定;採用ZEISS Axiovert 200 MAT光學顯微鏡觀察微觀組織分布;採用Rigaku Smartlab X射線衍射儀對不同衍射峰進行物相標定,通過相對強度法計算殘留奧氏體體積分數。
畸變數及力學性能分析
圖2為不同回火條件下Cr12MoV鋼試樣畸變數、殘余應力和硬度分布的測量結果。從圖2中可以看出,不論是試樣底面還是側面,當回火時間由0.5 h增加到3 h時,殘余應力顯著降低,畸變數顯著減小。通常情況下,表面壓應力越高,則疲勞強度越高,切削性能越差。因此,通過增加回火時間降低表面壓應力,可提高鋼的切削性能。通過比較490℃和510℃回火溫度下的測量結果,發現與回火時間相比,回火溫度對畸變數和殘余應力的影響較小。
圖2( c)為測量得到的硬度結果。可以看出,盡管隨著回火凳粗時間的增加 ,最大硬度值降低,但當回火時間較長時,試樣不同位置的硬度分布更為均勻。當前研究採用的Crl2MoV鋼熱處理前硬度為654HVO.1 ,熱處理後各測定點硬度均大於此值,並沒有因為回火處理出現硬度下降。另外,從圖2( c)中還可以看出,不同回火溫度條件下測量得到的硬度結果變化較小。
『伍』 模具鋼與其他鋼有什麼區別
模具鋼屬於特優鋼,因為這類鋼材的硬度、耐磨度、耐腐蝕性能等等的特性會隨著溫度、鹽鹼度等要素的改變而產生對應的變化。
模具鋼是用來製造冷沖模、熱鍛模、壓鑄模等模具的鋼種。模具是機械製造、無線電儀表、電機、電器等工業部門中製造零件的主要加工工具。模具的質量直接影響著壓力加工工藝的質量、產品的精度產量和生產成本,而模具的質量與使用壽命除了靠合理的結構設計和加工精度外,主要受模具材料和熱處理的影響。
鋼,是對含碳量質量百分比介於0.02%至2.06%之間的鐵碳合金的統稱。鋼的化學成分可以有很大變化,只含碳元素的鋼稱為碳素鋼(碳鋼)或普通鋼;在實際生產中,鋼往往根據用途的不同含有不同的合金元素,比如:錳、鎳、釩等等。人類對鋼的應用和研究歷史相當悠久,但是直到19世紀貝氏煉鋼法發明之前,鋼的製取都是一項高成本低效率的工作。如今,鋼以其低廉的價格、可靠的性能成為世界上使用最多的材料之一,是建築業、製造業和人們日常生活中不可或缺的成分。可以說鋼是現代社會的物質基礎。
『陸』 熱作模具鋼有什麼性能要求
熱作模具鋼是指適宜於製作對金屬進行熱變形加工的模具用的合金工具鋼,如熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模、熱鐓模等。由於熱作模具長時間處於高溫高壓條件下工作,因此,要求模具材料具有高的強度、硬度及熱穩定性,特別是應有高熱強性、熱疲勞性、韌性和耐磨性。
熱作模具在工作時承受著很大的沖擊力,模腔和高溫金屬接觸,反復地加熱和冷卻,其使用條件極其惡劣。為了滿足熱作模具的使用要求,熱作模具鋼應具備下列基本特性:
(1)較高的高溫強度和良好的韌性。熱作模具,尤其是熱鍛模,工作時承受很大的沖擊力,而且沖擊頻率很高,如果模具沒有高的強度和良好的韌性,就容易開裂。
(2)良好的耐磨性能,由於熱作模具丁作時除受到毛坯變形時產生摩擦磨損之外,還受到高溫氧化腐蝕和氧化鐵屑的研磨,所以需要熱作模具鋼有較高的硬度和抗黏附性。
(3)高的熱穩定性。熱穩定性是指鋼材在高溫下可長時間保持其常溫力學性能的能力。熱作模具工作時,接觸的是熾熱的金屬,甚至是液態金屬,所以模具表面溫度很高,一般為400~700℃。這就要求熱作模具鋼在高溫下不發生熱化,具有高的熱穩定性,否則模具就會發生塑性變形,造成堆塌而失效。
(4)優良的耐熱疲勞性,熱作模具的工作特點是反復受熱受冷,模具一時受熱膨脹,一時又冷卻收縮,形成很大的熱應力,而且這種熱應力是方向相反,交替產生的。在反復熱應力作用下,模具表面會形成網狀裂紋(龜裂),這種現象稱為熱疲勞,模具因熱疲勞而過早地斷裂,是熱作模具失效的主要原因之一。所以熱作模具鋼必須要有良好的熱疲勞性。
(5)高淬透性。熱作模具一般尺寸比較大,熱鍛模尤其是這樣,為了使整個模具截面的力學性能均勻,這就要求熱作模具鋼有高的淬透性能。
(6)良好的導熱性。為了使模具不致積熱過多,導致力學性能下降,要盡可能降低模面溫度,減小模具內部的溫差,這就要求熱作模具鋼要有良好的導熱件能。
(7)良好的成形加工工藝性能,以滿足加工成形的需要。
『柒』 我想問問模具鋼和普通鋼材兩者有什麼區別呀
模具鋼是用來制來造冷沖模、熱鍛模源、壓鑄模等模具的鋼種,它是用來製造模具主要材料、模具是工業基石,幾乎所欲製造業都是模具的直接和間接使用者。模具的質量直接影響著壓力加工工藝的質量、產品的精度產量和生產成本,而模具的質量與使用壽命除了靠合理的結構設計和加工精度外,主要受模具鋼的影響。美國按模具服役條件將模具鋼分為冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼、塑膠模具鋼等四大類 ,其中冷作模具鋼又分出12小類,熱作模具鋼9小類,塑料模具鋼2小類,塑膠模具鋼5小類。
普通鋼材通常可分為鋼結構用鋼和鋼筋混凝土結構用鋼筋,鋼結構用鋼主要有普通碳素結構鋼和低合金結構鋼。品種有型鋼、鋼管和鋼筋。型鋼中有角鋼、工字鋼和槽鋼。鋼筋混凝土結構用鋼筋,按加工方法可分為:熱軋鋼筋、熱處理鋼筋、冷拉鋼筋、冷拔低碳鋼絲和鋼絞線管;按表面形狀可分為光面鋼筋和螺紋;按鋼材品種可分為低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼和合金鋼等。
『捌』 T8和T10模具鋼如何區分
T8是淬硬型模具用鋼。淬火回火後有較高硬度和耐磨性,但熱硬性低、淬透性差、易變形、塑性及強度較低。用作需要具有較高硬度和耐磨性的各種工具,如形狀簡單的模子和沖頭、切削金屬的刀具、打眼工具、木工用的銑刀、埋頭鑽、斧、鑿、縱向手用鋸、以及鉗工裝配工具、鉚釘沖模等次要工具。
T10碳素工具鋼,強度及耐磨性均較T8和T9高,但熱硬性低,淬透性不高且淬火變形大,晶粒細,在淬火加熱時不易過熱,仍能保持細晶粒組織;淬火後鋼中有未溶的過剩碳化物,所以耐磨性高,用於製造具有鋒利刀口和有少許韌性的工具。適於製造切削條件較差、耐磨性要求較高且不受突然和劇烈沖擊振動而T10是最常見的一種碳素工具鋼,韌度適中,生產成本低,經熱處理後硬度能達到60HRC以上,但是,此鋼淬透性低,且耐熱性差(250℃),在淬火加熱時不易過熱,仍保持細晶粒。韌性尚可,強度及耐磨性均較T7-T9高些,但熱硬性低,淬透性仍然不高,淬火變形需要一定的韌性及具有鋒利刃口的各種工具,也可用作不受較大沖擊的耐磨零件
這種鋼應用較廣,適於製造切削條件較差、耐磨性要求較高且不受突然和劇烈沖擊振動而需要一定的韌性及具有鋒利刃口的各種工具,如車刀、刨刀、鑽頭、絲錐、擴孔刀具、螺絲板牙、銑刀手鋸鋸條、還可以製作冷鐓模、沖模、拉絲模、鋁合金用冷擠壓凹模、紙品下料模、塑料成型模具、小尺寸冷切邊模及沖孔模,低精度而形狀簡單的量具(如卡板等),也可用作不受較大沖擊的耐磨零件等
『玖』 P20模具鋼有什麼用途特性
P20模具鋼是一種模來具自焊材的型號,最早的是P20,緊接著P20H,P20Ni相繼問世。P20鋼材適用於製作塑料模和壓鑄低熔點金屬的模具材料。此鋼具有良好的可切削性及鏡面研磨性能。
P20模具鋼已預先硬化處理至285-330HB(30-36HRC),與瑞典618德國GS-2311狀態相當,可直接用於制模加工,並具有尺寸穩定性好的特點,預硬鋼材才可滿足一般用途需求,模具壽命可達50W模次。
P20模具鋼特性:
硬度均勻,具有良好的拋光性能及光蝕刻花性能,加工性能佳。
真空脫氣精煉處理鋼質純凈,適合要求拋光或蝕紋加工塑膠模。
預硬狀態供貨,無需再熱處理可直接用於模具加工,縮短工期。
經鍛軋制加工,組織緻密,100%超聲波檢驗,無氣孔,針眼缺陷。
P20模具鋼用途:
適用於電視機前殼、電話機、飲水機、吸塵器等塑料模及模架。
熱塑性塑膠注塑模具,擠壓模具。
熱塑性塑料吹塑模具。
重載模具主要部件。
冷結構製件。
常用於製造電視機殼,洗衣機,冰箱內殼,水桶等。
『拾』 誰能為我介紹一下高端模具鋼材對質量有什麼具體要求
模具在現代製造業中佔有日益重要的地們,特別是汽車和電器製造業中70%以上的零件採用模具製造加工。但目前我國高質量的模具大量依賴進口,分析其主要原因,不在於我們的優質鋼煉鋼水平,而是沒有認識到整個模具鋼質量的提高是一個系統控制過程。除冶金質量外,製造過程中的鍛壓加工、預備熱處理、機械加工和最終熱處理都將影響模具的內部組織和應力狀態,從而決定模具的最終使用性能。據羅百輝介紹,在模具的製造過程中,模具的使用壽命和製成的精度、質量、表面性能,除與模具的設計、製造精度以及機床和操作等條件有關外,與模具材料及其熱處理工藝也有密切關系。據有關的統計表明,模具的早期失效因材料選擇不當和內部缺陷引起的約佔10%左右,由熱處理不當引起的約佔50%左右,因此正確選擇具有優良質量的模具鋼材並進行正確的熱處理,具有十分重要意義。模具鋼的特性主要包括使用性能、工藝性能和冶金質量等三個方面。
1、模具鋼在工作性能方面的要求
①硬度
模具在工作時受力狀態是復雜的,如熱作模具通常在交換的溫度場下承受交變應力作用,因此它應具有良好的抗軟化或塑性變形狀態的能力,在長期工作環境下仍能保持模具的形狀和尺寸精度。硬度是模具鋼的生要性能之一。對冷作模具的硬度一般選擇在58HRC以上,而熱作模具尤其是要求高的抗熱疲勞性能的模具,通常硬度在45HRC左右。對普通使用的塑料模具,一般硬度要求在35HRC左右。
②強度與韌性
零件在成形使模具承受著巨大的的沖擊、扭曲等負荷,尤其是現代高速沖壓、高速精密鍛造和液態成形等技術以及一次成形技術的發展,模具承受著更大的負荷,往往由於鋼材的強度和韌度不夠,造成型腔邊緣或局部塌陷、崩刃或斷裂而早期失效,因此模具熱處理後應具有較高的硬度和韌度。
③耐磨性
零件成形時材料與模具型腔表面發生相對運動,使型腔表面產生了磨損,從而使得模具的尺寸精度、形狀和表面的粗糙度發生變化而失效。磨損是一種復雜的過程,影響因素很多,除取決於作用於模具的外界條件外,還在很大程度上取決於採用鋼材的化學成分不均勻性、組織狀態、力學性能等。
④疲勞性能
模具工作時承受著機械沖擊和熱沖擊的交變應力,熱作模具在工作的過程中,熱交變應力更明顯地導致模具熱裂。受應力和溫度梯度的影響而引起裂紋,往往是在型腔表面形成淺而細的裂紋,它的迅速傳播和擴展導致模具失效。另外,鋼的化學成分及組織的不均勻,鋼中存在的冶金缺陷如非金屬夾雜物,氣孔、顯微裂紋等均可導致鋼的疲勞強度降低,因為在交變應力的作用下,首先在這些薄弱地區產生疲勞裂紋並發展為疲勞破壞。
⑤粘著性
工模具零件的表面由於兩金屬原子相互摭用或單相擴散的作用,往往會有一些被加工金屬粘附著,尤其是一些切削、剪切工具和沖壓工具的表面會產生粘附或結疤現象,這會影響刃口的鋒利程度和局部組織、化學成分的改變,使刃口部分崩裂或粘附金屬的脫落劃傷模具,使工件表面粗糙。因此良好的抗粘著性也是很重要的。
⑥拋光和蝕刻性能
隨著模具,特別是塑料模具的廣泛使用,低的表面粗糙度值(有時甚至是鏡面的程度)已經十分性必要,低的表面粗糙度值影響到模具的壽命和生產效率及製品的質量。高的表面質量可以減輕腐蝕(特別是局部點狀腐蝕);減小開裂的危險,拋光鋼材的化學成分、組織結構、硬度及碳化物分布必須均勻。大碳化物尤其是他們偏析並成帶狀時,對表面拋光性極為有害。特別重要的是,鋼中不能含有沒有發生變形的大的氧化物夾雜或偏析,因而必須嚴格控制冶煉和脫氧工藝。真空電弧重熔、電渣重熔效果良好,這種工藝目前已成為高級塑料模具鋼的主要生產方式。即使是簡單的真空脫氣也有助於消除大的氧化物夾雜,這些冶煉工藝不僅能降低氧化物的含量,而且能使氧化物更細小、均勻,同時控制冶煉和脫氧過程,還可以改變夾雜物類型,使之軟化並具有較好的塑韌性而提高拋光性能。
鋼材中任何未閉合的空洞都會影響其拋光性能,因而熱加工中壓合疏鬆等冶金缺陷並保持組織的緻密是十分必要的,這可以通過現代化的成形加工技術來實現。例如反復鐓拔技術、旋轉鍛造技術、高溫等靜壓制等可細化原始鑄態組織,樹枝晶內空隙。電渣重熔、真空電弧重熔精煉工藝,對鋼材均勻性也十分有利。由熱處理或表面硬化而引起的缺陷,應盡量避免導致硬度不均勻的脫碳。這些措施加上合理的成分設計及控制,就能生產出鏡面加工性優異的鋼。
此外,還應根據模具的工作條件和環境的差異,考慮所用模具鋼應具有良好的熱導性、抗腐蝕性、抗氧化性和導磁性等。
2、模具鋼在工藝性能方面的要求
①可加工性
鋼材的可加工性主要包括被切削加工性和冷熱塑性變形兩種,它取決於鋼的化學成分、熱處理後的組織和冶金生產的內部質量,近些年來,為了改善鋼的可加工性,在一些鋼中加入易切削元素或改變鋼中的夾雜物的分布狀態,從而提高模具鋼的表面質量和減少模具的磨損。在熱加工時,對一些高碳高合金的模具鋼,特別是改善碳化物的形態和分布、晶粒大小和奧氏體合金化程度十分重要。
除了應具有良好的可加工性外,還要有良好的電加工性以及壓印翻模加工性等。
②淬透性和淬硬性
模具對這兩種性能的要求根據工作條件不同是各有側重的,對於要求整個截面的硬度均勻性高的模具如錘鍛模用鋼,則其具有高的淬透性更顯重要,而對只要求有高硬度的小型模具,如沖裁落料模具鋼,則更偏重於高淬硬性。
③熱處理變形性
模具零件在熱處理時,要求變形小,各個方向要有相近的變化,且組織穩定。淬火變形小,除與淬火溫度]時間和冷卻介質等因素有關外,它主要取決於鋼的成分均勻、冶金質量和組織穩定性。
④脫碳敏感性
模具鋼在鍛造、退火或淬火時,在無保護氣氛下加熱,其表面會產生氧化脫碳等缺陷,從而使模具在耐用度下降。脫碳除了與熱處理工藝、設備有關外,就材料本身而言,主要取決於鋼的化學成分、特別是碳含量,在含有較高的硅、鉬等元素時,也會加劇脫碳。
此外,應根據模具的使用條件,應考慮模具的鏡面拋光性、磨削性和電化學性等性能。
3、模具鋼在冶金質量方面的要求
高的冶金質量才能發揮鋼的基體本特性,模具鋼的內部冶金質量與它的基本性能有同等的重要意義,在研究性能的同時,必須研究冶金質量影響因素。一般較常遇到模具鋼的內外質量問題有以下幾個方面:
①化學成分的均勻性
模具鋼通常是含有多元素的合金鋼,鋼在錠模具中從液態凝固時,由於選分結晶的緣故,鋼液中各種元素在凝固的結構中分布不均勻而形成偏析,這種化學成分的偏析將造成組織和性能的差異,它是影響鋼材質量的重要因素之一。降低鋼的偏析度,可以有效地提高鋼的性能。近些年來,國內外很多冶金廠都在致力研究生產成分均勻、組織細化的鋼材。
②有害元素的含量
硫和磷在鋼凝固過程中形成磷化物和硫化物而在晶界沉澱,因而產生晶間脆性,使鋼的塑性降低,過高的S、P含量,會使鋼錠在軋制時易產生裂紋,而且會大大降低鋼的力學性能。日本的松田幸紀等研究了S、P含量對含W(Cr)5%熱作模具鋼(H13)的韌性和熱疲勞性能影響結果表明,如將W(S、P)的含量從0.025%和0.010%降到W(P)0.005%和W(S)0.001%時,其熱疲勞裂紋的長度和數量將減少一半。日立金屬公司將SKD61鋼中的W(P)含量從0.03%降到0.001%時,可使鋼45HRC時的沖擊韌度由39.2J/cm2提高到127.5 J/cm2。此外,降低鋼中的S、P含量還可以有效地提高鋼的等向性。
③鋼中的非金屬夾雜物
質量良好的鋼材不僅化學成分要符合技術標準的規定,並且鋼中的非金屬夾雜物的含量要盡可能地少,因為非金屬夾雜物在鋼中所佔的體積雖然很小,但對鋼材的性能影響卻很大。減少鋼中的非金屬夾雜物是煉鋼的主要任務之一。通常所指的鋼中的非金屬夾雜物,主要是指鐵及其他合金元素與氧、硫、氮等作用所形成的化合物,如FeO、MnO、Al2O3、SiO2、FeS、MnS、AlN、VN等,以及在煉鋼和澆注時帶入的耐火材料,後者的成分也主要是Si、Al、Fe、Cr、Ca、Mg等的氧化物。鋼中的非金屬夾雜物就其來源,可以分為內在夾雜物和外來夾雜物,仙在的夾雜物是鋼在液態及凝固過程中形成的化合物。
鋼中的非金屬夾雜物在基本種意義上呆以看成是一定尺寸的裂紋,它破壞了金屬的連續性,引起應力集中,在外界應力的作用下,裂紋延伸很容易發展擴大而導致性能降低。塑性夾雜物的存在,隨著鍛軋過程延展變形,致使鋼材產生各向異性。同時夾雜物拋光過程中的剝落,提高了模具的表面粗糙度。因此,對於大型和重要的模具來說,提高鋼的純凈度是十分重要的。
4、白點
白點是熱軋鋼坯和大型鍛件中比較常見的缺陷,是鋼的內部破裂的一種。白點的存在對鋼的性能有極為不利的影響,這種影響主要表現在使鋼的力學性能降低,熱處理時使鍛件淬火開裂,或使用時發展成更為嚴重的破壞事故,所以在任何情況下,都不能使用有白點的鍛件。不同的鋼對白點的敏感程度是不同的,一般認為容易發生白點的鋼有鉻鋼、鉻鉬鋼、錳鋼、錳鉬鋼、鉻鎳鉬鋼、鉻鎢鋼等。其中以含W(C)大於0.30%、W(Cr)大於1%、W(Ni)大地2.5%的馬氏體鉻鎳鋼及鉻鎳鉬鋼等對白點的敏感性最大。白點的形成原因是鋼中的氫的脫溶析出聚集,在鋼的縱斷面上形成的銀亮白色粗晶狀的圓形或橢圓形的斑點。它往往使鍛件和坯材的內部產生裂紋。模具鋼5CrNiMo、5CrMnMo等最容易發生白點,若增加碳化物元素Cr、Mo和V後可以降低白點的敏感性。這類鋼在生產中一定要注意脫氣和加強大鍛件的鍛後緩冷或去氫退火。
5、氧含量
對模具鋼一般都未規定鋼中的允許的氣體含量。隨著氧含量的增加,氧化物的顆粒和數量都隨之增加,鋼的疲勞性能降低,熱裂紋也容易產生。有人曾對4Cr5MoSiV1鋼進行過試驗,氧含量最好不超過1.5*10-5,哪日本山陽特殊鋼公司規定高純凈度鋼氧含量不大於1.0*10-5。因此,近年來,為了提高模具的製造質量。國內外的模具鋼逐漸在向低氧含量的方向發展。
6、碳化物的不均勻度
碳化物是絕大多數模具鋼的必需組分,除可溶於奧氏體的碳化物外,還會有部分不能溶於奧氏體的殘留碳化物。碳化物的尺寸、形態、分布對模具鋼的使用性能等有十分重要的影響。關於碳化物的尺寸、形狀和分布是與鋼的冶煉方法、鋼錠的凝固條件以及熱加工變形條件等有關。過共析鋼的碳化物可能在晶界形成風狀碳化物或是在加工變形中碳化物被拉長而形成帶狀碳化物或者二者兼有,萊氏體模具鋼中,存在一次碳化物和二次碳化物,在熱變形的過程中,網狀的共晶碳化物大多可以破碎,碳化物先沿變形方向延伸,產生帶狀,隨著變形程度的增加,碳化物變得均勻、細小。碳化物的不均勻性對淬火變形、開裂、鋼材的力學性能的影響較大。
7、偏析
偏析即鋼的成分與組織不均勻性的表現,這是在模具鋼的低倍組織的檢驗中常存在的一種缺陷。是鋼錠在凝固過程中形成的,與鋼的化學成分和澆注溫度等有關。一般分為樹枝狀的偏析、方形偏析、點狀偏析等。由於樹枝狀的偏析的存在,使負然各個不同的方向的力學性能表現出明顯的差異。方形偏析是由於鑄錠結晶時,在柱狀晶的末端與錠心等軸晶區間,聚集了較多的雜質和孔隙而形成的。嚴重的方形偏析,對鋼材的質量的影響是顯著的,特別是切削加工量很大的零件或心部受力的模具零件。偏析除了影響模具鋼力學性能的等向性外,對模具的拋光性能也有一定的影響。因此,國外相關的標准中有嚴格的規定。
8、疏鬆
疏鬆是鋼的不緻密性的表現。疏鬆多數出現在鋼錠的上部及中部,在這些地方因為集中了較多的雜質和氣體造成的。由於疏鬆缺陷的存在,降低了鋼的強度和韌性,也嚴重地影響了加工後的表面的粗糙度,在一般的模具鋼中的影響不是特別大,但如冷軋輥、大型的模塊、沖頭和塑料成形模具零件等都有較嚴格的要求。如深型腔的鍛模和沖頭要求疏鬆不超過1級或2級,用於表盤或透光件等的塑料模具用鋼,要求疏鬆不超過1級。