模具钢 与 热处理.doc

模具钢 与 热处理本文来源：铆钉机 1 概述 随着工业技术的迅速发展，国内外的制造业逐渐用无切削、少切削加工工艺代替传统的切削加工工艺，从而使模具成为主要的成形(型)工Al”。由于使用模具批量生产制件具有高生产效率、高一致性、低的耗能耗材，以及有较高的精度和复杂程度，因此已越来越被国民经济各工业生产部门所重视，被广泛用于机械、电子、汽车、信息、航空、航天、轻工、军工、交通、建材、医疗、生物、能源等制造领域，在我国经济发展、国防现代化和高端服务中起到了十分重要的支撑作用，也为我国经济运行中的节能降耗作出了重要贡献。工业要发展，模具须先行，没有高水平的模具就没有高水平的工业产品。现在，模具工业水平已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，也是一个国家的工业产品保持国际竞争力的重要保证之一。所以作为基础材料的模具钢的发展及其合适的2 模具钢21模具钢的发展基础 模具钢是模具产业最重要的技术和物质基础，其品种、规格、性能、质量对模具的性能、使用寿命、制造周期以及工业产品的更新换代速度和产品向高级化、多样化、个性化、再附加值化方向发展有着重要意义，因而模具钢的水平和发展一直受到各国的重视。 近十几年来国产模具产值每年平均递增15，高于我国cDP的增长速度。由于模具制造业的迅速发展，拉动了国产模具钢的消费，使国产模具钢市场始终处于供需两旺的状态，形势喜人。图1是历年来我国模具产值自2005年以来，我国模具产值已居世界第三位，图2是我国主要钢厂模具钢的产量，显然国产模具钢的产量也是逐年增加(不包括民营企业产量)o 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20阳年开始，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30贴亿美元，即出口顺差为7。7亿美元按当年出口冲压模具平均每吨价格为1q263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。 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、日本日立等已经不相上下，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。纯净系指梳、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。均匀系指高的横风冲击韧性比，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肋6l(4c幅Mos5v1)钢中硫、磷的质量分数从o03降到o01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o03降到oo01，钢的冲击韧性从4凹cm提高到130Jcm；德国蒂森把2344(4C占MoSiVl)电渣钢中的磷的质量分数降低到60肥轮且细晶化，钢的疲劳性能明显提高。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名15Ml04。 为了提高模具钢的纯净度，国外普通采用二次精炼工艺，主要用真空炉外精炼、电渣重熔、真空自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度，这对于高档的塑料棋具更重要。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和纵向性能的差异。223 加速发展塑料援具钢系列 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，到删1年已达到16450万t，如今，塑料已经和钢铁、木材、水泥一起构成现代社会的四太基础材料，是农业、工业、交通运输业、能源、信息产业、宇宙空间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GBr 1299帅标准中，合金塑料模具钢只有2个钢号。 即3cr2Mo(删)和3Cr2MnNiMo(718)，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员快，市场化程度最高以及技术水平与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48：1，而国产冲压模具进出口模具平均单价比为1四：1，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开发和推广高性能援具钢新品种 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，即使是刃世纪70。80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旦的2o25o 综观国外著名模具饲生产企业，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 关于修订合全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法码。 半个多世纪以来，我国棋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阮近20多年来，我国模具工业迅速发展，为国产棋具钢的发展提供一个很好、很大的平台，但是我国模具的品种、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哪r12g2枷标准进行修订，此次GBr1299标准的修改影院必要，也斟限时的。对邢叫祉而民这是件大事，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腿高的“企业标准”或“内按标准”。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，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、以调质代替迟火工艺、快速软化退火工艺等，都在模具预备邦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501叨或更低的温度下淬火。高速钢模具、高合金钢模具温淬火工艺比较成熟，已成功应用，但低温淬火工不适合在易磨损和微租的模具上应用。 高温淬火是在比常规淬火加热温度高30。80YJ热处理工艺o 3cr2W8v、5CrNtMo、5crMnM。等效作具高温淬火在某些领域获得了重大成果，解决了不：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、无用等优点，在模具热处理中得到了广泛地运用。多钢实践证明，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7f将更能发挥材料潜能，提高模具寿命。表面强化技；分3个方面：化学热处理表面强化、表面沉积覆层强及其他表面强化法。32热处理缺陷及分类” 热处理是通过适当的加热和冷却，使模具获得应工作条件需要的使用性能，如果出现热处理缺陷，5无法达到预期的目的，使模具成为不合格品或废品，成经济损失。由于热处理是通过改变材料内部微观织结构达到模具宏观性能要求的特种工艺，所以热理缺陷大部分是微观的，也有一部分宏观缺陷，热处3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1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4用性能的热处理隐患。热处理缺陷一般按缺陷性6分类，主要包括热处理裂纹、变形、残留应力、组织合格、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，一般称之为第类热处理缺陷。热处理裂纹主要是在淬火过程中生的淬火裂纹，其次是由于加热不当产生的各种加裂纹，还有淬火后各工序不当产生的延迟裂纹、冷理裂纹、回火裂纹、时效裂纹、磨削裂纹和电镀裂自等。热处理裂纹属于不可挽救的缺陷，一般只能将目纹零件报废处理 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4帆。50，一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、胜性及其它缺陷，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，热处理时产生成扩展成热处理缺陷，其责任不在热处理。模具设计中可能围选材不当、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成分波动和不均匀、杂质元素偏多、严重偏析、非刽夹杂物、疏松、攒鹏职、折叠、发纹、白点、溯效、铡脱碳、划痕等；可能导致热处理缺陷的铸造、锻造、焊接6V肋旺的缺陷，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，5可能产生与热处理有联系的缺陷，这些缺陷责任两全在热处理。后续加工工序不当可能产生的与热i理有关的缺陷有：磨削裂纹、磨削烧伤、磨削淬火、s火花加工裂纹、电镀或政洗阴性等；使用不当可能Z生与热处理有关