模具钢与热处理

STL淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线051786299999网址WWWSTLEPCOM模具材料及热处理技术模具钢与热处理康爱军，马党参1抚顺特殊钢股份有限公司技术中心辽宁抚顺1130012钢铁研元总院北京100081IIXXJLABSTRACT】THISPAPERHASDISCUSSEDAB0UTTHEDEVELOPMENTOFDOMESTICMOLDSTEELINRECENTL芸IYEARSANDPUTFORWARDITSDEVELOPMENTORIENTATIONINFUTURETHISPAPERHASALSOINTRODUCEDTHEIIHEATTREATMENTPROCESSANDHEATTREATMENTDEFECTSOFMOLDSTEEL，ASWELLASTHEHEATTREATMENTIIIPROCESSADOPTEDBYMOLDSTEELMANUFACTURINGENTERPRISES1C3IIILL一EII为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，也是一80。ILI一个国家的工业产品保持国际竞争力的重要保证之草一I一I一。所以作为基础材料的模具钢的发展及其合适的L一I热处理来保证高水平的模具就是至关重要的。2模具钢21模具钢的发展基础2OO020002001200220032004200520062007200820092010辱份模具钢是模具产业最重要的技术和物质基础，其图120002O10年来我国模具产值72模具制造2012年第12期CEPC一中国LH网址WWWSTLJTCOM8O7O6O营50譬。3。2O1O02000200120022003200420052006200720082009200年份图220002010年我国主要钢厂模具钢的产量必须指出，在二十多年前，中国的模具在世界上默默无闻，而如今已是世人瞩目，图3是历年来我国进出口模具贸易额的变化。显然，自2008年开始，我国进出口模具贸易额已趋于平衡，而2010年开始由逆差变为顺差；2011年进口总金额为2235亿美元，而出口总金额达3O05亿美元，即出口顺差为77亿美元，按当年出口冲压模具平均每吨价格为10，263美元估算，需应用30万吨的钢材。出口模具金额迅速的增加，是我国模具钢生产厂很值得注意的市场发展动向，它既增加模具钢的需求量，又将促进国产模具钢质量的提高。进口金额厂出口金额一厂一一一年份图319842011年我国进出口模具贸易额的变化近十几年来，为适应我国模具工业的发展，生产高档模具钢产品，我国生产模具钢的骨干企业如东北特钢，宝钢特钢，长城特钢和大冶钢厂等均做了大量的技术装备改造工作，引进了具有国际先进水平的模具钢生产设备和技术。如今，这些企业在冶炼、热加工等主机设备方面与国际一流的模具钢专业生产厂如瑞典的乌德霍姆、日本ET立等已经不相上下，他们还投资建立模具钢热处理生产线和加工中心，为生产高品质模具钢产品提供了可靠的硬件条件。22模具钢的发展方向根据对国内外模具钢的对比研究发现，国外模具钢的品质主要体现在纯净、均匀、组织细小、尺寸精确。纯净系指硫、磷及夹杂物含量低，较我国精品系的优质钢还低一个数量级。均匀系指高的横纵冲击韧性比，模块内外硬度差小于3HRC。组织细小系指碳化物细小、圆整。尺寸精确系指所供模块或材料的尺寸精确均以精品级的模具钢供货。上述诸方面的差距造成我国冷作模具钢在与进口钢同样强度下韧性不足，耐磨性低下；而热作模具钢的高温强度和热疲劳性能都低，使国产模具钢的模具寿命较进口钢的模具寿命明显的低。所以在现有基础条件下，我国模具钢发展应注重在以下几个方面。221发展高纯净度模具钢钢的纯净度提高到一定水平，不但可以改进钢的原有性能，而且可以赋予钢新的性能。日本大同特殊钢公司把SKD614CR5MOSIV1钢中硫、磷的质量分数从003降到001以下，冲击韧性提高1倍以上；日立金属公司把SKD61钢中的磷的质量分数从003降到0001，钢的冲击韧性从40JERA提高到130JCM；德国蒂森把23444CR5MOSIV1电渣钢中的磷的质量分数降低到40003且细晶化，钢的疲劳L生能明显提高。将钢中的氧的质量分数降低，也可以显著改善钢的韧性，国外有些特殊钢厂将模具钢的氧的质量分数规定为15X10一。为了提高模具钢的纯净度，国外普遍采用二次精炼工艺，主要用真空炉外精炼、电渣重熔、真空白耗等手段生产模具钢，以提高钢的纯净度，降低钢中有害夹杂物含量。由于钢中非金属夹杂物含量降低，尤其是脆性非金属夹杂物含量降低，有效地提高钢的抛光性能和改善表面粗糙度，这对于高档的塑料模具更重要。222发展高等向性能模具钢模具大部分是多向受力，因此提高钢的等向性能，改善钢的横向韧性和塑性，使其与纵向性能接近，就可以大幅度提高模具的使用寿命。近20年来，国外不少特殊钢厂都采用不同的工艺措施致力于开发高等向性能的模具钢，并且各自命名一些商业牌号。要获得高等向性能的模具钢，目前国外采用真空炉外精炼或电渣重熔、高温扩散退火和大锻造比的等向锻造工艺结合，减少了大截面模块表面和心部横向模具制造2012年第12期73OOOO0OO，0000000OO0OOOO00000O05O5O5O5332211、鼯口丑STL淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线051786299999网址WWWSTLEPCOM和纵向性能的差异。223加速发展塑料模具钢系列半个世纪以来，塑料工业发展迅速，产量急增，1960年，世界塑料总产量仅670万T，到2001年已达到16，450万T，如今，塑料已经和钢铁、木材、水泥一起构成现代社会的四大基础材料，是农业、工业、交通运输业、能源、信息产业、宇宙空间和海洋开发等领域不可缺少的重要的材料之一。我国塑料模具钢的研制和开发起步较晚，在GBT12992000标准中，合金塑料模具钢只有2个钢号。即3CR2MOP20和3CR2MNNIMO718，在品种方面是不能满足生产需要。从模具技术发展而言，我国塑料模具是模具行业中发展速度最快，市场化程度最高以及技术水平与国外最接近的模具种类。所以，塑料模具钢是个值得注意、有发展前途的模具钢新领域，其中，预硬型、耐蚀型和时效硬化型塑料模具钢的发展更值得注意。近几年来，我国出口模具的产品中，塑料橡胶模具所占的比例最大，约占出口总量的65，以2012年为例，进出口模具平均单价比为481，而国产冲压模具进出口模具平均单价比为1991，这说明塑料模具钢的品种、质量有待进一步提高，以缩短与国际先进水平的差距，提高在国际市场的竞争能力。224开发和推广高性能模具钢新品种当前国产模具钢生产基本上停留在国内外十几个通用的钢号，近二十多年来，国内对优质、高寿命模具新钢种的开发和推广工作基本上处于停滞状态，即使是2O世纪7080年代，面对模具钢市场对高性能模具钢的迫切需求，国内也开发和引进不少适合国情的新钢种，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要求，解决了模具使用中的一些难题，大幅度地提高模具使用寿命；但由于推广不力，技术指导不够或使用不当，新钢种没有得到广泛的应用，年用量仅相当于国内模具钢总量的2O25。综观国外著名模具钢生产企业，它们除了生产国际通用的模具钢牌号之外，还推出自己企业的王牌产品，每年或者隔几年就向市场推出它们独特的新钢种、新牌号，这是我国要创造模具钢的民族品牌值得借鉴的经验。225关于修订合金工模具钢技术标准问题产品标准既是产品制造过程的工作依据，也是客户验收产品的依据，标准本身的水平象征产品的水平，也是企业参与市场竞争的有力砝码。半个多世纪以来，我国模具钢标准先后进行了6次修订，每次修订对国产模具钢的生产水平、质量提高和使用水平的提高都上了一个新台阶。近2O多年来，我国模具工业迅速发展，为国产模具钢的发展提供一个很好、很大的平台，但是我国模具钢的品种、规格、质量、性能等与市场的需求还是有一定的差距。2011年11月，由东北特钢集团抚顺特殊钢股份有限公司、钢铁研究总院及冶金信息标准研究院共同组成工作组对GBT12992000标准进行修订，此次GBT1299标准的修改是很有必要，也是很及时的。对于模具行业而言，这是一件大事，有关企业必须充分重视和支持。必须指出，在国外工业发达国家的企业，只是把国际标准作为最低的标准，而在这些企业真正贯彻或执行的是比国际标准更高的“企业标准”或“内控标准”。因此我国模具钢的国家标准应尽量向国际标准靠拢，同时，模具钢主要生产厂应制订比国标更高的“企业标准”或“内控标准”，只有这样，才能促进我国模具钢水平进一步提高，改变国产模具钢质量较低和不稳定的现象。3热处理热处理是模具材料获得优良使用性能的重要手段之一，热处理质量直接影响各种模具产品的性能和使用寿命及安全。影响模具使用寿命的因素有设计结构、成形及制造工艺、模具材料的选用、热处工艺及表面强化、润滑及使用维护等。在模具失效诸多的因素中，由于模具用材不当和热处理过失而引起的失效，约占70。由此可见，正确的用材及其热处理在提高模具寿命的重要作用。31模具热处理模具热处理一般分为3大部分预备热处理、最终热处理和表面强化。模具预备热处理工艺在不断的改革和发展。循环退火工艺、正火处理工艺、消除链状碳化物的工艺、高温双重热处理工艺、快速匀细退火工艺、以调质代替退火工艺、快速软化退火工艺等，都在模具预备热处理中发挥了重要的作用。模具最终热处理有常规热处理、低温淬火、高温淬火、真空热处理等。淬火后的回火规范也是形式多样的。低温淬火是在比常规淬火加热温度低5010074模具制造2O12年第12期CTPC一中国LTH网址WWWSTTJTCORN或更低的温度下淬火。高速钢模具、高合金钢模具低温淬火工艺比较成熟，已成功应用，但低温淬火工艺不适合在易磨损和镦粗的模具上应用。高温淬火是在比常规淬火加热温度高3080的热处理工艺。3CR2W8V、5CRNIMO、5CRMNMO等热作模具高温淬火在某些领域获得了重大成果，解决了不少产品寿命低的关键问题。真空热处理具有高质量、低能耗、无氧化、无污染等优点，在模具热处理中得到了广泛地运用。多年的实践证明，采用高压气淬比真空油淬更具有优越性。精湛的热处理技术再加上合适的表面强化技术，将更能发挥材料潜能，提高模具寿命。表面强化技术分3个方面化学热处理表面强化、表面沉积覆层强化及其他表面强化法。32热处理缺陷及分类日热处理是通过适当的加热和冷却，使模具获得适应工作条件需要的使用性能，如果出现热处理缺陷，就无法达到预期的目的，使模具成为不合格品或废品，造成经济损失。由于热处理是通过改变材料内部微观组织结构达到模具宏观性能要求的特种工艺，所以热处理缺陷大部分是微观的，也有一部分宏观缺陷，热处理缺陷是危害性极大的缺陷，应大力防治缺陷的产生。热处理缺陷包括热处理生产过程中产生的使模具失去使用价值或不符合技术条件要求的各种不足，以及会使热处理以后的工序工艺性能变坏或降低使用性能的热处理隐患。热处理缺陷一般按缺陷性质分类，主要包括热处理裂纹、变形、残留应力、组织不合格、性能不合格、脆性及其它缺陷等7大类。热处理缺陷中最危险的是裂纹，一般称之为第一类热处理缺陷。热处理裂纹主要是在淬火过程中产生的淬火裂纹，其次是由于加热不当产生的各种加热裂纹，还有淬火后各工序不当产生的延迟裂纹、冷处理裂纹、回火裂纹、时效裂纹、磨削裂纹和电镀裂纹等。热处理裂纹属于不可挽救的缺陷，一般只能将裂纹零件报废处理热处理变形是最常见的热处理缺陷，淬火变形占淬火缺陷的4050，一般称之为第二类热处理缺陷。热处理变形包括尺寸变形和形状变形。由于热处理过程中存在相变和热应力，热处理变形总是存在的，一定量微小变形是允许的。总变形超过限度就成为热处理缺陷。虽然热处理变形一般可用校正法修复，但耗时费工，经济损失严重，所以热处理生产中，要认真研究变形规律，尽量设法减少或避免变形。残留应力、组织不合格、性能不合格、脆性及其它缺陷，从发生频率及严重性来讲，相对裂纹和变形，属于第三位，一般通称为第三类热处理缺陷。这类缺陷的特点是一般需用专门仪器和方法检测，漏检可能性较大，对使用带来较大的潜在危害，所以在热处理生产中要特别重视全面质量控制，加强检验，减少这类缺陷，严防漏检。热处理缺陷产生的原因是多方面的，概括起来可分为热处理前、热处理中、热处理后3个方面的原因。热处理前，可能因为设计不良、原材料或毛坯缺陷等原因，热处理时产生或扩展成热处理缺陷，其责任不在热处理。模具设计中可能因选材不当、热处理技术要求不当、截面急剧变化、锐角过渡、打标记处应力集中等不合理设计，导致热处理缺陷。原材料各种缺陷及热处理前各种加工工序缺陷，在热处理时也可导致热处理缺陷。可能导致热处理缺陷的原材料缺陷有化学成分波动和不均匀、杂质元素偏多、严重偏析、非金属夹杂物、疏松、带状组织、折叠、发纹、白点、微裂纹、氧化脱碳、划痕等；可能导致热处理缺陷的铸造、锻造、焊接、机械加工的缺陷，主要有裂纹、组织不良、外观缺陷等。热处理后，因后续加工工序不当或使用不当，还可能产生与热处理有联系的缺陷，这些缺陷责任不完全在热处理。后续加工工序不当可能产生的与热处理有关的缺陷有磨削裂纹、磨削烧伤、磨削淬火、电火花加工裂纹、电镀或酸洗脆性等；使用不当可能产生与热处理有关的缺陷有应力集中过大产生裂纹、使用温度过高产生热裂或变形、修补裂纹等。热处理中，产生缺陷的原因可能有工艺不当、操作不当、设备和环境条件不合适等33模具钢生产企业的热处理模具钢生产企业的热处理工艺以软化退火为主，也就是说冶金生产厂的退火是作为模具钢的最终热处理，使模具钢获得合适的硬度、具备良好的加工性能，为下步加工制造做好组织准备。近年来，随着加工刀具的不断进步，模具钢在制造模具前进行热处理，使其硬度达到模具使用需求，模具加工企业对材料直接进行刻模加工后，不再进行常规热处理，这样不仅减少了加工工序，而且可以有效避免模具加工后热处理带来的尺寸变化。这样的模具制造2012年第L2期75STL淮安仕泰隆国际工业博览城全球招商热线051786299999网址WWWSTLEPCOM冲压模表面强化处理技术和应用张先龙，高盛戴莫尔金属制品南京有限公司江苏南京210038【摘要】模具通过表面的强化处理能够大幅增加模具的表面硬度、耐磨损性能，从而大大延长模具的使用寿命。本文通过对典型的模具表面强化处理工艺TD、DLC、TIN等几种工艺原理、性能特点，选择原则等介绍，为选择合适的表面处理方法提供了参考。关键词模具；表面处理；DLC；TD；TIN；TICN中图分类号TG3852；TG168文献标识码BTHESURFACETREATMENTTECHNOLOGYANDAPPLIANCESOFSTAMPINGDIE【ABSTRACT】THESTAMPINGDIETHROUGHTHESURFACESTRENGTHENINGTREATMENTCANSUBSTANTIALLYINCREASETHEMOLDSURFACEHARDNESS，ABRASIONRESISTANCE，INCREASETHESERVICELIFEOFDIEBASEDONTHESEVERALTYPICALDIESURFACESTRENGTHENINGTREATMENTPROCESSESOFTD，DLC，TINETC，THEARTICLEINTRODUCETHETECHNOLOGICALPRINCIPLE，CHARACTERISTICS，SELECTIONPRINCIPLEETC，ITISTOCHOOSEASUITABLESURFACETREATMENTMETHODPROVIDESREFERENCEKEYWORDSSTAMPINGDIE；SURFACETREATMENT；DLC；TD；TIN；TICN1引言模具表面强化处理按照原理可以分为4种第1种是改变表面化学成分组成的化学强化处理方法，如渗碳、渗氮、渗铬和渗硼以及硼砂盐浴铬钒共渗TD等多元