我国模具材料的应用发展

!!" !
钢结硬质合金已用于制造冷镦模) 挤压模) 拉伸 模)冲裁模)拉丝模)热镦模等%使用寿命比模具钢模具 寿命提高几倍到几十倍$
4 热作模具钢的应用及发展 我 国 通 用 型 热 用 模 具 钢 原 来 主 要 是 7&’9/)*)
7&’)>)* 钢和 4&’!38+ 钢 4 个钢号$ 7&’9/)* 钢主要 用于做大中型锻模%其淬透性不够高%其性能也不能满 足大截面锻模对性能的要求$ 4&’!38+ 钢广泛用于制 造黑色和非铁金属热挤压模及 &B)<= 合金的压铸模% 这种钢的热稳定性高%使用温度达 27"C%但钨系热作 模具钢导热性低)冷热疲劳性差$
但这类钢在热加工后应严格控制冷却速度( 并需 要采用适当的热处理(否则容易形成网状碳化物)
近年来( 我国又研制了一些新型低合金冷作模具 钢(这类钢的主要特点是工艺性好*淬火温度低*热处 理畸变小* 强韧性好( 并且有适当的耐磨性( 如 )< $’0134=;356:;% 钢 *)> .$ $/01:;34356% 钢 *<: $’01=;2356%钢等))< 钢中加入了少量 =;*:;(既强化 了基体又提高了低温回火抗力(35 和 6 的加入可细化 晶粒( 用于制造易崩刃* 断裂的模具有较高的使用寿 命) 0>.$ 钢的成分与日本的 :?$9&6 钢相同(是一种 火焰淬火钢( 常用于制造汽车等生产线上用的模具零 件(火焰淬火时(加热模具刃口切料面(硬化层下有一 个高韧性的基体做衬垫( 从而使模具获得较高的使用 寿命) <: 钢是一种抗冲击冷作模具钢(其中韧性显著 优于常用的高韧性刀片用工具钢)
为了改善这类钢的强韧性( 除了在工艺上进行改 进外(我国又开发了一些新的冷作模具钢)
$$%低合金冷作模具钢) 在中小工厂(简单模具可选择高碳钢如 ,78*,$98 钢等(但高碳钢淬透性差*淬火变形大*耐磨性低*强韧 性和回火稳定性都较差(因此(不能制造形状复杂*精
"模具制造#!""# 年第 $$ 期
为了改善&’(!型冷作模具钢的碳化物偏析% 提高 其韧性%并进一步提高钢的耐磨性%我国冶金工业者做 了 大 量 的 研 究 工 作 % 开 发 了 不 少 新 的 钢 种 % 如 ,% &-&’-)*!./’ 钢 )0) &1&’234)*!+!’ 钢 和 567 &&’8)*3+4./’钢等$ 在这些钢中适当降低了碳和铬的 含量以改善碳化和偏析%增加了钨)钼和钒的含量以增 加二次硬化的能力和提高耐磨性$ 与&’(!型模具钢相 比%这类钢的碳化物偏析有所改善%有较高的韧性%这 类钢比&’(!型冷作模具钢有更好的耐磨性% 因而制造 的冷作模具有更高的寿命% 更适合于高速冲床和多工 位冲床上使用$
"模具制造#!""# 年第 $$ 期
!!模具材料及热处理技术!
硬度和热稳定性$良好的耐磨性和抗氧化性能$较高的 抗热疲劳性能和断裂韧度%
传统的热作模具钢 %&’!()* 钢&其中钨的含量在 )+左 右 & 辅 以 适 当 的 钒 & 具 有 明 显 的 二 次 硬 化 效 果 &热 硬性$热强性$回火稳定性都较高% 钢中低的含碳量能 够保证模具具有一定的韧性和良好的导热性能& 适当 的含碳量能够保证钢的淬透性& 提高模具表面的抗氧 化性能而不致于形成太多的碳化物&能在 ,""-.,/0长期服役&因此&国内较长时期在热作模具生产中得到 了广泛的应用%
&4’基体钢$ 基体钢一般指其成分与高速钢) 淬火组织中基体 化学成分相同的钢$ 我国研制了一些基体钢% 如279: &27&’#34)*!+9:’ 钢 );(!<= &7&’#)*4./)>+<=’ 钢 ) &0?!&2&’#)*49/!3+’钢),)(&2738&’#+@/’钢 ),)! &27&’7)*43!+./@/’ 钢 )7&’#)*!3!./+ 钢 )6)! &7&’#37)*!+’钢 等 $ 这 些 基 体 钢 的 主 要 特 点 是 其 含 碳 量稍高于高速钢基体的含碳量% 以增加一次碳化量和 提高耐磨性% 一些钢还加入少量的强碳化物形成元素 铌和钛%以形成比较稳定的碳化物%阻止淬火加热时晶 粒的长大并改善钢的工艺性能$ 这类钢淬火后过剩碳 化物数量少)细小均匀$ 使钢的韧性和抗冷热疲劳性能 进一步得到改善$ 这类基体钢已广泛地应用于制造冷挤压) 厚板冷 冲)冷镦等模具%特别适于制造难变形材料用的大型复 杂模具)还可以用作黑色金属的热挤压模具%是一种冷 热兼用的较好的模具钢$ &#’钢结硬质合金$ 我 国 于 !" 世 纪 2" 年 代 已 开 始 研 究 钢 结 硬 质 合 金%钢结硬质合金由于具有优良的耐磨性%已经在较大 范围内用于高耐磨的冷作模具% 钢结硬质合金代表性 的 牌 号 有 以 @/& 为 硬 质 相 的 0@47)67)%()@( 等 和 以 3& 为硬质相的 @,)37")037")0A37" 等$ 钢结硬质合金与硬质合金比较% 具有可以切削加 工)可以锻造)焊接)热处理%韧性和综合力学性能较 好%成本较低等特点$
我国在 !; 世纪 8; 年代初引进了国外通用的铬系 热 作 模 具 钢 D$4&#&’7)*./+$’钢 %D$4 钢 有 良 好 的 冷 热 疲 劳 性 % 在 使 用 温 度 不 超 过 2;;C 时 代 替 了 4&’!38+ 钢%模 具 使 用 寿 命 有 大 幅 度 提 高 %因 此 %D$4 钢迅速得到推广使用%其产量超过了 4&’!38+ 钢$
近年来(随着模具工业的发展(我国自行开发了一 些新型模具材料( 同时在模具钢的生产技术* 品种质 量*工艺装备*科技开发及材料应用等方面都取得了较 大的发展)
现将 % 类模具钢钢种的发展状况简述如下+
! 冷作模具钢的应用及发展
目前我国常用的冷作模具钢仍是低合金钢 $01234%和 高 碳 高 铬 工 具 钢 $01(!*01(!356% 这 些 老 的钢号) 01234 钢有适当的淬透性和耐磨性(但在热 加工和热处理仍存在一些问题) 高碳*高铬工具钢虽然 有较高的硬度和较高的耐磨性( 但其碳化物偏析较严 重(导致变形的方向性和强韧性的降低(如果碳化物偏 析过于严重易造成模具热处理后断裂)
$!%韧性较高的高碳高合金耐磨冷作模具钢) 高 碳 高 合 金 耐 磨 冷 作 模 具 钢 常 用 的 有 01$!* 01$!356 钢等(它们都是莱氏体钢(其组织中有大量共 晶碳化物( 淬火后有大量残余奥氏体( 热处理后变形 小*耐磨性高*承载力大(长期以来在国内大*中型冷作 模具中得到广泛应用) 虽然 01$!*01$!356 钢耐磨性好(但其韧性差(并
度要求高*承载力较大的工模具) 为适应工模具性能需要而发展起来的高碳低合金
钢是在碳素工具钢的基础上加入适当的合金元素如铬* 镍*锰*钼*钛*钨*钢*硅等元素冶炼而成的(常用的模具 钢有01234*-:;01*-35!6*)01(&等(合金元素的加入提 高了钢的淬透性(油冷代替水冷降低了模具的变形和开 裂的倾向(马氏体在回火时不易分解(分解后析出的碳 化物也不易聚集长大*低温回火后有较高的强韧性和耐 磨性(模具使用寿命较碳素工具钢有了较大的提高)
! !"!
!!模具材料及热处理技术!
且常常因碳化物偏析易引起热处理后断裂$ 为了克服 这种缺点%国内进行了大量的研究工作$ 一方面引进国 际通用的高碳高铬工具钢 %!&&’(!)*(+(’钢%%! 钢的 碳化物偏析较 &’(!)*+ 钢略有改善%强度和韧性略有 提高(另一方面又不断研究开发新的钢种$
!!"
!!"
!!模具材料及热处理技术!
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
模具材料及热处理技术
我国模具材料的应用发展
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"
温州热处理厂$浙江温州 %!&’""% 温州市骏马标准件厂
赵昌盛 朱邦全
&摘要’简述了我国模具材料的应用状况(并对今后的发展进行了展望) 关键词 模具材料 应用及发展 冷作模具钢 热作模具钢
( 引言
我国的模具生产发展较快( 在一定程度上满足了 对模具的需要(逐渐发展成为国民经济的基础工业(最 近国家把模具制造列为机电工业发展序列的第二位( 这对振兴模具工业创造了较好的条件)
模具制造的首要问题是模具材料( 建国以来我国 模具钢生产技术发展较快(从无到有(从仿制到自己开 发(目前我国模具钢的产量已跃居世界前列) 经过几次 钢种整顿的标准修证( 在 )* + ,(!--.!""" "合金工具 钢#标准中包含了 %/ 个钢种 (基本上形成了我国特色 的模具钢系列)
但是&高钨钢有脱碳倾向&模具磨损较快&粘模严 重&易出现模具早期疲劳裂纹&再加上炼钢时的不慎$ %&’!()* 钢中元素偏析严重&共晶碳化物数量增加&易 造成模具脆裂报废%
新工艺的发展使一些热作模具钢的工作温度不断 提高&工作条件日益苛刻&传统 的 钢 号 %&’!()* 型 高 合金热作模具钢已不能适应要求&因此&根据模具不同 用途引进和研发了新的热作模具钢种%
为了适应压力加工新工艺) 新设备对模具钢在强 韧性和热稳定性方面更高的要求% 我国研制了不少新 型热作模具钢%主要有*