模具钢与热处理

文章出处：网责任编辑：作者：人气：-发表时间：2024-04-07 15:05:00

模具钢  与  热处理

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

21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2235亿美元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。

22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。

221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o03降到o01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o03降到

oo01钢的冲击韧性从4凹cm’提高到130Jcm’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。

222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。

223  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GBr 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48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。

224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2o—

25o

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。

225  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r12g—2枷标准进行修订

此次GBr1299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。

31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50—1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。

32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

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、t作不当、设备和环境条件不合适等

33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迟火是作为模具

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使其度达到模具

使用需求模具加工企业对材料直接进行到模加工后不再进行常规热理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