模具鋼材的基本性能及工藝性能

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模具鋼材的基本性能及工藝性能
㈠模具鋼材的基本性能
進(jìn)行模具鋼材選擇時(shí),，必須首先考慮模具鋼材的某些基本性能必須能適應(yīng)所制造的模具的需要，在一般情況下,，其中三種性能是主要的，即鋼的耐磨性、韌性,、硬度和紅硬性。這三種性能可以比較全面地反映模具鋼材的綜合性能,，應(yīng)可以在一定程度上決定其應(yīng)用范圍,。當(dāng)然對(duì)于一種模具的要求來說，可能其中的一種或兩種是主要的,，而另外的一種或兩種是次要的,。
⒈模具鋼材的耐磨性
! f! L1 e$ D; V$ `9 W6 k模具工作時(shí)，表面往往要與工件產(chǎn)生多次強(qiáng)烈的摩擦,，模具必須在此情況下仍能保持其尺寸精度和表面粗糙度,，不致于早期失效。要求模具鋼材既能承受機(jī)械磨損,，而且在承受重載和高速摩擦?xí)r,，模具被摩擦表面能夠形成薄而致密附著的氧化模，保持潤滑作用，防止模具和被加工工件的表面之間產(chǎn)生粘附,、焊接招致工件表面擦傷,，又能減少模具表面進(jìn)一步氧化造成的損傷。為了改善模具鋼材的耐磨性,，就要采取合理的生產(chǎn)工藝和處理工藝,，使模具鋼材既具有高硬度又使模具鋼中的碳化物等硬化相的組成、形貌和分布合理,，當(dāng)然模具工作過程中的潤滑情況和模具鋼材的表面處理,，也對(duì)改善模具的耐磨性能有良好的影響。
⒉模具鋼材的韌性
! o" L* g: K2 Q/ u- Q; |6 p" {對(duì)于受強(qiáng)烈沖擊載荷的模具,，如冷作模具的沖頭,，錘用熱鍛模具、冷鐓模具,、熱鐓鍛模具等,，模具鋼材的韌性是十分重要的考慮因素，對(duì)于在高溫下工作的模具,，還必須考慮其在工作溫度下的高溫韌性,。對(duì)于多向受沖擊載荷的模具，還必須考慮其等向性,。模具鋼材的化學(xué)成分,、晶粒度、碳化物,、夾雜物的組成數(shù)量,、形貌、尺寸和分布情況：金相組織,、微觀偏析等,，都會(huì)對(duì)模具鋼材的韌性帶來影響,。鋼的純凈度,、鍛軋變形的方向會(huì)對(duì)橫向性能產(chǎn)生很大的影響。模具材料的韌性往往和耐磨性,、硬度是互相矛盾的,。因之根據(jù)模具的具體工作情況，選擇合理的模具材料,，并采用合理的精煉,、熱加工和熱處理、表面處理工藝使模具鋼材得到耐磨性和韌性等綜合性能的最佳配合,，以適應(yīng)模具的需要,，是模具鋼材的重要發(fā)展的途徑。
⒊硬度和紅硬性
硬度是模具鋼材的主要技術(shù)性能指標(biāo),，模具在工作時(shí)必須具有高的硬度和強(qiáng)度,，才能保持其原來的形狀和尺寸,，一般冷作模具鋼，要求其淬回火硬度為HRC60左右,，而熱作模具鋼為HRC45~50左右,，并且要求熱作模具鋼材在其工作溫度下仍保持一定的硬度。紅硬性是指模具鋼材在一定溫度下保持其硬度和組織穩(wěn)定性抗軟化的能力,，對(duì)于熱作模具鋼和部分重載荷冷作模具鋼,，是重要的性能指標(biāo)。另外,，還要根據(jù)不同模具的實(shí)際工作條件,，分別考慮其實(shí)際要求的性能，如對(duì)熱作模具鋼要考慮其抗冷熱疲勞性能,，對(duì)壓鑄模具應(yīng)考慮其耐融熔金屬的沖蝕性能,；對(duì)于重載荷型腔模具應(yīng)注意其等向性；對(duì)于高溫工作的熱作模具應(yīng)考慮其在工作溫度下的抗氧化性能,；對(duì)于在腐蝕介質(zhì)工作的模具,，應(yīng)注意其抗腐蝕性能；對(duì)在高載荷下工作的模具應(yīng)考慮其抗壓強(qiáng)度,、抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度,、疲勞強(qiáng)度及斷裂韌度等。
㈡模具鋼材的工藝性能
在模具總的制造成本中,，特別是對(duì)于小型精密復(fù)雜模具,，模具材料費(fèi)往往只占總成本的10%～20%，有時(shí)甚至低于10%,；而機(jī)械加工,、熱處理、表面處理,、裝配,、管理等費(fèi)用要占成本的80%以上。所以模具材料的工藝性能就成為影響模具成本的一個(gè)重要因素,，改善模具的工藝性能,，不僅可以使模具生產(chǎn)工藝簡單，易于制造,，而且可以有效地降低模具制造費(fèi)用,。模具材料的工藝性能，經(jīng)常要考慮的有以下幾種,。
⒈可加工性
模具材料的可加工性包括冷加工性能,，如切削、磨削、拋光,、冷擠壓,、冷拉工藝性，熱加工性能包括熱塑性和熱加溫度范圍等,。模具鋼主要屬于過共析鋼和萊氏體鋼,，冷加工和熱加工性能一般都不太好，在生產(chǎn)過程中,，必須嚴(yán)格地控制熱加工和冷加工的工藝參數(shù),，以避免產(chǎn)生缺陷和廢品，另一方面還必須通過改善鋼的純凈度,，減少有害的雜質(zhì),，改善鋼的組織狀態(tài)，并采取一些措施,，以改善鋼的工藝性能,，降低模具的制造費(fèi)用。為了改善模具鋼的切削性和磨削性,，從20世紀(jì)30年代開始,，研究向鋼中加入適量的硫、鉛,、鈣,、稀土金屬等元素或?qū)е履＞咪撝刑嫉氖�墨化的元素，發(fā)展了各種易切削模具鋼,。以后發(fā)現(xiàn)有些易切削元素加入以后,，會(huì)在模具鋼中生產(chǎn)一些有害的夾雜物（如硫化鐵等），會(huì)使鋼的力學(xué)性能,，特別是橫向的塑性,、韌性下降，于是又在精煉后期對(duì)鋼水進(jìn)行變性處理,，通過加入變性劑（如SiCa,，稀土元素等），形成富鈣硫化物或稀土硫化物使硫化物球化,，抑制了硫?qū)︿摰牧�學(xué)性能的不利影響,，保留和發(fā)揮了其對(duì)鋼的可加工性和磨削性的有利作用,，使易切削模具鋼得到進(jìn)一步地發(fā)展,。有些模具材料，如高釩高速鋼,、高釩高合金模具鋼的磨削性很差,、磨削比很低，不便于磨削加工，近年來改用粉末冶金生產(chǎn),，可以使鋼中的碳化物細(xì)小,、均勻，完全消除了普通工藝生產(chǎn)的高釩模具鋼中的大顆粒碳化物,，不但使這類鋼的磨削性大為改善,，而且改善了鋼的塑性、韌性等性能,，使之能在模具制造中推廣應(yīng)用,。有些模具對(duì)表面粗糙度要求很低，如要求鏡面拋光的塑料模具和一些冷作模具,。就要采用拋光性能很好的模具材料,，這類鋼種往往要采用電渣重熔或真空電弧重熔等工藝進(jìn)行精煉，得到高純凈度的鋼材,，以適應(yīng)鏡面拋光的要求,。
& M/ V2 W( G+ M, U3 _⑴皮紋加工性：有些塑料制品要求制造有皮紋、裝飾性圖案或文字花樣的表面,，為了生產(chǎn)這些制品,，就要求在壓制這些制品的模具表面加工出相應(yīng)的清晰的花紋、圖案來,。而加工這些圖案,、皮紋一般是采用化學(xué)蝕刻工藝，要求模具材料要能適應(yīng)這種化學(xué)蝕刻工藝,，蝕刻以后,，能夠在模具表面得到圖案清晰、紋理清楚的皮紋和圖案,。
⑵鑄造工藝性能：為了簡化生產(chǎn)工藝,，國內(nèi)外近年來致力于發(fā)展采用鑄造工藝直接生產(chǎn)出接近成品模具形狀的鑄造毛坯。如我國已經(jīng)研究采用鑄造工藝生產(chǎn)一部分冷作模具,、熱作模具和玻璃成形模具,。相應(yīng)地發(fā)展了一些鑄造模具用鋼，對(duì)這類材料要求具有良好的鑄造工藝性能,，如流動(dòng)性,、收縮率等。
) x7 @8 [- y$ X4 X% i3 h⑶焊接性：有些模具要求在工作條件最苛刻的部分堆焊接特種耐磨或耐蝕材料,，有些模具希望在使用過程中采用堆焊工藝進(jìn)行修復(fù)后重新使用,。對(duì)這類模具就要求選用焊接性好的模具材料，以簡化焊接工藝,，可以避免或簡化焊前預(yù)熱和焊后處理工藝,，更好地適應(yīng)焊接工藝的需要,，相尖地發(fā)展了一批焊接性良好的模具材料。
⑷冷變形性：為了簡化工藝,，提高模具的制造效率,，對(duì)批量生產(chǎn)的型腔模具，有些采用冷擠壓工藝壓制型腔,，用淬硬的凸模將模具的型腔直接壓制出來,，要求模具材料具有良好的冷變形性能，如塑料模具鋼中的低碳低硅鋼就具有良好的冷變形性能,。
⒉淬火溫度和淬火變形
0 i1 f( `& t8 `7 ]; u+ ?$ |為了便于生產(chǎn),，希望模具材料的淬火溫度范圍要寬一些，特別是有些模具要求采用火焰加熱局部淬火時(shí),，難以精確地測(cè)量和控制溫度,，就要求模具鋼能適應(yīng)較寬的淬火溫度范圍，模具在熱處理時(shí),，要求其變形程度要小,，特別是一些形狀復(fù)雜的精密模具，淬硬以后難以修整,，就對(duì)淬回火的變形程度要求更為嚴(yán)格,，應(yīng)該選用微變形模具鋼制造。
0 P# m; w" D- r: h8 H8 a: F, S⒊淬透性和淬硬性
  h3 v4 H- P" ?/ W5 g  z淬硬性主要取決于鋼的碳含量,，淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分,、合金元素含量和淬火前的組織狀態(tài)。對(duì)于大部分要求高硬度的冷作模具,，對(duì)淬硬性要求較高,；對(duì)于大部分熱作模具和塑料模具，對(duì)于硬度的要求不太高,，往往更多地考慮其淬透性,；特別是對(duì)于一些大截面深型腔模具，為了使模具的心部也能得到良好的組織和均勻的硬度,，就要求選用淬透性好的模具鋼,。另外對(duì)于形狀復(fù)雜、要求精度高又容易產(chǎn)生熱處理變形的模具,，為了減少其熱處理變形,，往往盡可能采用冷卻能力弱的淬火介質(zhì)（如油冷、空冷,、加壓淬火或鹽浴淬火）,，就需要采用淬透性較好的模具材料，以得到滿意的淬火硬度和淬硬層深度,。
⒋氧化脫碳敏感性
模具在加熱過程中,，如果產(chǎn)生氧化,、脫碳現(xiàn)象,，就會(huì)改變模具的形狀和性能,，影響模具的硬度、耐磨性和使用壽命,，招致模具早期失效,。有些鉬含量高的模具鋼，由于容易氧化,、脫碳,，有一段時(shí)間限制了其推廣應(yīng)用，直到熱處理工藝裝備發(fā)展以后,，采用特種熱處理工藝（如真空熱處理,，可控氣氛熱處理、鹽浴熱處理等）以后,，能夠避免氧化,、脫碳，這類模具鋼,，才順利得到推廣應(yīng)用,。鉬基合金雖然具有極為優(yōu)秀的高溫性能，但是由于在高溫下極易氧化,，嚴(yán)重地限制了其應(yīng)用范圍,。
信息來源:http://www.hongchao-dg.cn  http://www.xinhongmouldsteel.com.cn

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很好的基礎(chǔ)知識(shí)，更全面些就更好