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我国模具钢技术发展现状,与国外模具钢发展比较

时间:2011-02-28  浏览次数:791
本文摘要:如美国的412M-300日本的YA G英国的EA B瑞典的STA VA X-13等;2预硬化型塑料模具钢,   国外新型塑料模具钢的发展趋势

    

如美国的412M-300日本的YA G英国的EA B瑞典的STA VA X-13等;2预硬化型塑料模具钢,   国外新型塑料模具钢的发展趋势主要有以下几个方面:1易切削、抛光性好的塑料模具钢。如美国P20445日本的PDS德国MOVPEX-A 2312等;3整体淬硬型塑料模具钢,如美国A2D3和H13等;4耐腐蚀塑料模具钢,如国标ISO中的110CrMo17瑞典ASSA B公司的4Cr13等;5无磁塑料模具钢,如日本大同特殊钢公司的NA K301等。

世界各国的制造业为了降低产品本钱,模具是工业发展的基石。提高产品质量和生产效率,改善资料利用率,节约能源,广泛地采用各种模具成形:工艺代替保守的切削加工工艺。据国际模具及五金塑胶产业供应商协会负责人罗百辉介绍,目前机械制造、电子工业、轻工业等工业部门的产品约有60%~80%工件采用模具成型。很多产品的质量、尺寸精度、外表粗糙度、更新换代的速度和产品的本钱,很大水平上取决于模具的质量、使用寿命和制造周期。作为主要模具资料的模具钢则是模具制造的基础,随着模具工业的迅速发展,对模具钢的数量、质量、品种、规格、性能等各个方面、不时地提出更高、更新的要求。近年来,国内外模具钢的产量、生产技术、工艺装备、质量、品种等方面都取得了比较迅速的发展。

   1模具钢钢种的发展

领先于其他钢类,   国模具钢的产量早已位居世界的前列。近20年来模具钢的产量增长很快。模具钢的产量占合金工具钢的80%左右。随着模具工作条件的日益苛刻,各国在原有的冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类的基础上,又相继发展了不少适应新的要求的新钢种。

所发展的资料有:   冷作模具钢中。

增加了MoV合金数量,   1高韧性、高耐磨性模具钢这些钢CC含量低于保守的Crl2型模具钢。其耐磨性优于Crl2MolVl钢,韧性和抗回火软化能力则高于Crl2如美国钒合金钢公司早期发表的VascoDi8Cr8M02V2Si日本大同特殊钢公司的DC53CrSM02VSi国自行开发的则有7CrTM02V2SiLD钢)9CrW3M02V2GM钢)等,分别用于冷挤压模具,冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具。

Φ100mm工件可以空冷淬透、淬火变形小、工艺性好,   2低合金空淬微变形钢这类钢的特点是合金含量低(≤5%淬透性、淬硬性好。主要用于制造精密复杂模具。如美国ASTM规范钢号A4Mn2CrM-oA67Mn2CrMo日本大同特殊钢公司的G04国自行研制的Gr2Mn2SiWMoV和8Cr2MnMoWVS等钢种也属于低合金空淬微变形钢,后一种钢号还兼备优良的切削性。

淬透性好。由于火焰局部淬火的工艺简便、以缩短模具制造周期,   3火焰淬火模具钢这类钢的特点是淬火温度范围宽。降低制造费用等特点,已经广泛地用于制造剪切、下料、冲压、冷镦等冷作模具,特别是大型镶块模具,如东风汽车公司采用我国研制的7CrSiMiMoV火焰淬火钢制造汽车大型覆盖件镶块冲模刃口材料,取得了很好的使用效果。这类钢代表性的钢号有日本爱知公司的SX5Cr8MoV大同特殊钢公司的G05日本日立金属公司的HMDl

由于钢液雾化形成的微细钢粉凝固很快,   4粉末冶金冷作模具钢采用粉末冶金工艺生产的高碳高合金钢。可以完全防止一般工艺生产的高碳高合金冷作模具钢在浇注后缓慢凝固发生的粗大碳化物和偏析等缺陷。特点:磨削性好、韧性好、等向性好、热处置工艺性好。已发表的粉末冷冶金钢号有美国坩埚钢公司的CPM9VCPMl0V日本日立金属的HA P40等。

   热作模具钢中新发展的资料有:

以H134CrSMoSiVl为代表的中合金热作模具钢;以HIO3Cr3M03VSi钨系钼系热作模具钢。目前在国4CrSMoSiVl产量最高的热作模具钢。   1通用型热作模具钢1.5155NiCrMoV6为代表的低合金热作模具钢。

尺寸较大的模具心部可以获得均匀的性能。如IS04957规范中的40NiCrMoV法国NF-35-590规范中的dONCDl6国的4Cr2MoVNi3Cr2MoWVNi等。   2高淬透性特大型锻压模块用钢淬透性好。

   3高热强性模具钢又可分为以下四类。

一般是3Cr3M03Si-VH10和4CrSMoSiVlHB钢的基础上增加WMoCoNb等元素,   a.中合金高热强性模具钢。提高其高温性能。如美国ASTM规范钢号H10A 国开发的3Cr3M03W2V等。

这类钢的含碳量较低,   b.沉淀硬化型热作模具钢。一般在2%左右。含有一些沉淀硬化的合金元素如VNbNiAlMo等,模具淬火后,采用较低温度回火(≈400℃)硬度为40HRC左右,由于含碳量低,中温回火后的组织为板条状低碳马氏体,具有良好的韧性,而且具有良好的切削性,可以进行型腔加工。模具在使用过程中,与高温工件接触的工作外表被工件加热到钢的沉淀硬化温度(500~600℃)由于合金碳化物和金属间化合物的析出,工作外表的硬度可上升到45~48HRC提高了型腔表面的耐磨性模具心部仍保留原有的组织和高韧性,从而提高了模具的使用寿命。如日本日立金属公司的YHD3大同特殊钢公司的DH76等。

但是其韧性和抗冷热疲劳性能较差。低碳高速钢是将高速钢的碳含量由 1%左右降至0.3%-0.6%牺牲局部红硬性和耐磨性的情况下,提高韧性和抗冷热疲劳性能,如美国ASTM规范钢号H42国标准钢号 6W6MoSCr4V基体钢的化学成分相当于淬火后的高速钢基体组织成分,所以淬火后过剩碳化物的数量少,细小均匀,使钢的韧性和抗冷热疲劳性能进一步得到改善。如美国钒合金铁公司的VasooMA 5Gr4W3Mo2V,   c.低碳高速钢和基体钢高速工具钢具有良好的抗回火软化性能和高温硬度。国的6Cr4Mo3W2VNb这种钢由于综合性能较好,即可以用于热作模具钢,也可以用于制造高性能的冷作模具。

这类钢经固熔时效处置后,   d.奥氏体型热作模具钢。700-800℃仍保持较好的强度,如日本日立金属公司的5Mnl8CrlOV2国的7Mnl0Cr8Nil0M03V2等。

   塑料模具钢由原国标中的3Crl2MoP20一个钢号发展成由有以下七大类构成的塑料模具用钢系列:

技术要求不太严格制品模具。如2045等碳素结构钢和T8T10等碳素工具钢。   1非合金塑料模具钢主要用于制造生产通用型热塑性塑料生产工件批量不大。

   2预硬型塑料模具钢采用中碳合金钢预先经过淬火和高温回火状态下(硬度为30~40HRC交货:代表性的钢号如美国的P20瑞典ASSA B公司的7183Cr2MnNiMo日本大同特殊钢公司的PDS5国的3Cr2Mo等。

变形小,   3时效硬化型塑料模具钢由于时效温度低。而且有规律,适用于制造形状复杂,尺寸精度要求高的模具,如美国ASTM规范钢号P21日本大同特殊钢公司的NA K552Ni2A 1CuMoSNA K80国的25CrNi3MoA l等。

以保证钢在常温下具有高塑性和很低的变形抗力,   4渗碳型塑料模具钢一般为CSi含量很低的低碳钢或低碳合金钢。以便进行型腔的冷挤压,挤压成型腔后进行渗碳淬火、回火,使模具外表具有高硬度和抗磨损性能,一般用于制造要求耐磨性较高的热固性塑料模具和增强塑料模具。如美国ASTM规范钢号 P210CrMoP310CrNi国的20Cr12CrNi2等。

   5整体淬硬型模具钢一般都是借用高耐磨性冷作模具钢及热作模具钢。如Cr5M01VA2和Crl2MolVlD2等冷作模具钢和4Cr5MoSiVl等热作模具钢。

因此,   6耐蚀塑料模具钢有些塑料制品如聚氯乙烯氟化塑料、阴燃塑料等在压制过程中对模具有腐蚀作用。对此类塑料模具一般采用马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢,如瑞典ASSA B公司的STVA X4Crl3国的研制的PCROCrl6Ni4Cu3Nb等。

国内外发展了一些无磁塑料模具钢,   7无磁塑料模具钢为了适应磁性塑料制品的生产。将奥氏体型模具钢通过时效硬化处置得到要求的硬度强度和低的导磁率,如日本日立金属公司的HPM7国的7Mnl5Cr2A 13V2WMo等。

为了适应塑料模具制造过程中的一些对钢的工艺性能的特殊要求,   此外。发展了以下四类专用的特种塑料模具钢种。

材质均匀性好,   1镜面磨削用塑料模具钢纯净度、致密度高。且淬回火硬度较高。适用于制做光学仪器、电子设备的透明制品。如瑞典材料S136日本大同特殊钢公司的S-STA R等。

一般为30-40HRC如我国的3Cr2MnMo-VS钢等。   2非调质型预硬塑料模具钢锻(轧)后直接得到要求的硬度。

可以防止或简化焊前预热或焊后处理工艺,   3高焊接性塑料模具钢此类钢焊接性能很好。以便模具的堆焊修复工作。如日本大同特殊钢公司开发的PXZPX5及NA K55等。

又同时加入了Ca等变性剂,   4易切削塑料模具钢此类钢由于既加人了S等易切元素。所以既改善了钢的切削性能,又抑制了硫对钢的力学性能和热加工性能的有利影响。如日本大同特殊钢公司的NA K55DHA 2F国的5NiCaS等。

对模具材料的质量水平,   模具的工作条件日益苛刻。特别是模具钢的纯真度,等向性的水平,提出了更高的要求,由于模具的加工费用昂贵,要求提高钢材的尺寸精度,减少加工公差,改善其切削性能,以降低模具的生产本钱,罗百辉指出,当前我国模具制造业日益向通用化、规范化、系列化、高效率、短制造周期发展,为适应这些发展的需要,作为使用最频繁的模具资料的模具钢也在日益向多品种、精料化、制品化的方向迅速发展。如新型扁钢连轧机的不时投入和宽厚板轧机的技术改造的日益完善,模具钢的品种规格越来越多样化。国内外特殊钢企业针对以上要求,模具钢的生产工艺装备上相应地做了大量的工作,取得了显著成果。

   具体体现在以下几方面:

   1.不时改善冶炼工艺和装备;采用电炉+炉外精炼生产纯真度较高的模具钢。

提高钢材成材率。   2.选用更合理的热合工工艺;采用先进的轧制、锻造工艺。

   3.采用可进一步细化钢材组织的热处理方法;提高钢材的均匀性和等向性。

   4.配备可生产高附加值模具钢的深度加工工艺装备;加工出高附加值的模板、模块、模架和模具规范件。

便于形成规模大、功能全的模具钢生产基地。   5.将模具钢的生产从分散趋于集中。

   2模具钢技术发展现状

国模具钢生产技术发展很快,   建国以来。从无到有,从仿制到自己开发,目前我国模具钢的产量已跃居世界前列。绝大部分国外的规范钢号和试制的钢号,国也都进行了生产或试制工作,通过几次钢种整顿和规范修订初步形成了国的模具钢系列,模具钢的生产技术,品种质量,工艺装备科研开发及资料应用等方面都取得了很多进展。但是由于我国模具钢发展历史短,与国外相比还存在着不少问题和差距。

有的钢种(如粉末冶金高合金模具钢)尚属空白。   1钢种系列不够空虚完整。

很多模具钢仍沿用传统的几种老牌号,   2钢种的产品结构和选用不合理。不能满足日益增长的模具产品的需求,导致模具使用寿命不高,产品精度低,粗糙度差。

目前国内市场上的模具钢产品仍以黑皮圆棒材为主。品种比较单一,   3钢材品种规格少。精料和制品的比例很低。由于原料加工余量大,资料利用率低,拉长了模具的制造周期。

   4生产工艺和装备方面。

缺乏热处置深度加工和在线质量检验设备。缺少生产高性能粉末冶金模具钢的设备。缺乏专业化生产的工模具钢生产线和模具钢开发中心。   特殊钢的质量控制、检测手段落后。

   国外模具钢发展比较分析

对模具钢从冶金质量、数量、性能上要求不时提高,   目前随着模具制造业的不时发展。国外出现高合金、高质、优化、低级资料强化及扩充资料领域等趋向,模具资料由低级向高级发展,发展的趋向是碳素工具钢→低合金工具钢→高合金工具钢,相继出现一系列新型模具资料,模具规范钢号的合金化水平也日趋提高,例如美国,15种热作模具钢合金元素全部大于5%而合金元素大于10%有10种,用量占80%

如国际标准ISO中的40NiCrMoV7法国NF规范中的40NCD16等;2高热强性模具钢,   国外相继开发的新型热作模具钢包括:1高淬透性特大型锻压模具钢。如美国H10A 日本日立金属公司的YHD3以及特殊钢公司的5Mn15Ni5Cr8Mo2V2钢等;3高温热作模具钢,如美国T2MT2C日本的Nimow等。

各国发展的新型冷作模具钢有:1高韧性、高耐磨性模具钢,   为了满足冷作模具的特殊要求。如美国钒合金钢公司的VascoDi8Cr8Mo2Vsi钢,日本大同特殊钢公司的DC53钢等;2低合金空淬微变形钢,如美国ASTM规范钢号A14A16日本的G04和ACD37等;3火焰淬火模具钢,如日本爱知SX5SX105V日本日立HMD1HMD5等钢;4粉末冶金冷作模具钢,如美国 CPM10V德国320CrVMo13.5等。

   
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