【正文】 。推薦的冷鐓模具用鋼見 表 17所列。對(duì)于要求使用壽命長(zhǎng)的冷鐓模具，則采用高合金模具鋼 (如 Cr12 , Cr12MoV, Cr5Mo1V等 )、高速鋼、粉末高速鋼等鋼結(jié)硬質(zhì)合金或鉆含量較高、韌性好的硬質(zhì)合金制造。用于生產(chǎn)工件批量不大的冷鐓模具，一般選擇碳素工具鋼或低合金冷作模具鋼，對(duì)模具型腔表面進(jìn)行局部淬火，使型腔表面硬度達(dá)到 60 HRC左右，而模具芯部硬度為 35~45 HRC左右。冷鐓模具承受劇烈的沖壓載荷，其凹模表面承受很高的壓應(yīng)力。對(duì)截面尺寸較大的模具，要選用合金元素含量較高、淬透性好的模具鋼 。批量較多時(shí)，可選用 CrWMn, 9CrWMn, 7CrSiMnMoV等低合金鋼，淬回火硬度為 62~64 HRC。當(dāng)薄板放在凸模、凹模之間進(jìn)行沖裁時(shí)，薄板在最初階段產(chǎn)生變形，隨著變形量的增加，薄板的下側(cè)表面因受到大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生開裂。另外，還必須從經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行綜合分析，考慮模具的制造費(fèi)用、工件的生產(chǎn)批量和分?jǐn)偟矫恳粋€(gè)工件上的模具費(fèi)用。因此，要求模具鋼的氧化、脫碳敏感性好。 ? 3)淬火溫度和熱處理變形 ? 為了便于生產(chǎn)，要求模具鋼淬火溫度范圍盡可能放寬一些，特別是當(dāng)模具采用火焰加熱局部淬火時(shí)，由于難以準(zhǔn)確地測(cè)量和控制溫度，就要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。淬硬性則主要取決于鋼中的碳含量。 ? 冷作模具鋼大多屬于過共析鋼和萊氏體鋼，熱加工和冷加工性能都不好，因此必須嚴(yán)格控制熱加工和冷加工的工藝參數(shù)，以避免產(chǎn)生缺陷和廢品。 表 15列出了幾種工模具鋼及其表面強(qiáng)化工藝的咬合臨界載荷。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 任務(wù)二 模具鋼的分類、性能及主要用途 ? (7)咬合抗力。也就是說，抗熱疲勞性能決定了疲勞裂紋萌生前的那部分壽命 。熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命，抗熱疲勞性能高的材料，萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)次數(shù)較多，機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率反映材料在熱疲勞裂紋萌生之后，在鍛壓力的作用下裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展時(shí)，每一應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展量 。 圖 13所示是用標(biāo)準(zhǔn)磨具進(jìn)行耐磨性試驗(yàn)的結(jié)果，較好地反映工模具鋼在磨粒磨損條件下的耐磨性水平。所以模具的工作條件對(duì)鋼的磨損有較大的影響。模具在工作中承受相當(dāng)大的壓應(yīng)力和摩擦力，要求模具能夠在強(qiáng)烈摩擦下仍保持其尺寸精度。但是很多工具是在不同工作條件下疲勞斷裂的，因此，常規(guī)的沖擊韌性不能全面地反映模具鋼的斷裂性能。特別是鋼的純凈度和熱加工變形情況對(duì)其橫向韌性的影響最為明顯。抗彎試驗(yàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 任務(wù)二 模具鋼的分類、性能及主要用途 應(yīng)變量的絕對(duì)值大，能較靈敏地反映出不同鋼種之間以及在不同熱處理和組織狀態(tài)下材料變形抗力的差別。鋼的紅硬性主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理工藝。因此，單純用硬度指標(biāo)不能充分反應(yīng)模具鋼的變形抗力。硬度是模具鋼的主要技術(shù)指標(biāo)，模具在高應(yīng)力作用下欲保持其形狀尺寸不變，必須具有足夠高的硬度。由于不同類型的塑料制品對(duì)模具鋼的性能要求有差異，因此在不少國(guó)家已經(jīng)形成范圍很廣的專用塑料模具用鋼系列，包括碳素結(jié)構(gòu)鋼，滲碳型塑料模具鋼，預(yù)硬型塑料模具鋼，時(shí)效硬化型、耐蝕型、易切削型、馬氏體時(shí)效型塑料模具鋼以及適應(yīng)低表面粗糙度塑料制品模具用的鏡面拋光型塑料模具用鋼。一般為0. 3%~0. 5%，添加提高高溫性能的 W,Mo,Cr,V等合金元素，又可以分為鍛造模塊用鋼、鉻鑰系熱作模具鋼、鉻鎢系熱作模具鋼、奧氏體高溫?zé)嶙髂＞咪摰?。常用鋼?hào)及化學(xué)成分見 表 12所列。 上一頁(yè) 返回 任務(wù)二 模具鋼的分類、性能及主要用途 ? 一、分類 ? 由于各種模具的工作條件差別很大，所以從化學(xué)成分來看，模具鋼的范圍很廣，有從一般的碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、高速工具鋼，到滿足特殊模具要求的奧氏體無磁模具鋼、耐蝕模具鋼、馬氏體時(shí)效鋼、高溫合金、難熔合金、硬質(zhì)合金及一些采用粉末冶金工藝生產(chǎn)的專用高合金模具材料等。為此，應(yīng)建設(shè)幾個(gè)具有世界先進(jìn)水平的模具鋼專業(yè)生產(chǎn)廠。但由于發(fā)展歷史短，很多方面處于初創(chuàng)階段，還需要一定的時(shí)間進(jìn)行配套、掌握、適應(yīng)和完善。但是鋼材的品種單一， 90%左右是黑皮圓棒材，精料和制品的比例很低。世界上用量較大、綜合性能較好的 A2(Cr5Mo1V)鋼，雖然已納人國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但產(chǎn)量很少，高耐磨的 D2(Cr12Mo1V1)鋼，用量也不高。但是在鋼種系列，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方面還存在著一些問題，主要有 : ? (1)鋼種系列有待進(jìn)一步完善，如用量很大的塑料模具鋼，在 GB/T 1299 2023中只納人了 3Gr2Mo(相當(dāng)于美國(guó)鋼號(hào) P20)和3Gr2NiMnMo(相當(dāng)于瑞典 ASSAB718)兩個(gè)鋼號(hào)，顯然不能滿足各種不同類型的塑料模具的要求。絕大部分國(guó)外的標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)和在科研試制中的模具鋼號(hào)，我國(guó)基本上均開展生產(chǎn)和研制工作。 ? (3)生產(chǎn)高性能模具鋼必須采用新工藝、新技術(shù)和新裝備。近 20年來，國(guó)外不少特殊鋼廠都采用不同的工藝措施致力于開發(fā)高等向性模具鋼，并且各自命名了一些商業(yè)品牌，如奧地利百樂鋼廠首先命名的 ISODISC。德國(guó)蒂森把 2344EFS鋼中 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 任務(wù)一 概述 ? 降低到 0. 003%以下，且細(xì)化晶粒，鋼的抗疲勞性能明顯提高。 ? ? 近 20年，為提高模具的質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家把提高模具材料的質(zhì)量和性能放在重要的位置。 ? (3)制品化。 ? (2)精料化。 ? (1)品種規(guī)格多樣化。為適應(yīng)特大型鍛模模塊用鋼的需要，在5CrNiMo鋼的基礎(chǔ)上增加 Ni,Cr,Mo等合金元素的含量，改善鋼的淬透性、熱強(qiáng)性和韌性，如 ISO 49751980E標(biāo)準(zhǔn)中的 40NiCrMoV4，法國(guó) N F35590標(biāo)準(zhǔn)中的 40NCDA16 (40Ni4Cr2Mo)等。但是這類鋼的導(dǎo)熱性差、線 (膨 )脹系數(shù)大、熱疲勞性差，不宜制作激冷激熱條件下工作的高溫模具，如日本的5Mn15Cr10V2,5Mn15Ni5Cr8Mo2V2等。降至 0. 3%~0. 6%得到，這樣可以減少其共晶碳化物的數(shù)量，既保持較高的紅硬性，又改善鋼的韌性和熱疲勞性能。為適應(yīng)一些熱作模具的特殊要求，研制了一些新型高性能熱作模具鋼，主要有以下幾種 : ? (1)基體鋼。粉末冶金方法可生產(chǎn)常規(guī)工藝難以生產(chǎn)的超高碳、高合金 (尤其是高釩含量 )、高耐磨性的模具鋼和鋼基碳化欽，如德國(guó)的 X320(CrVMo135) ,碳含量超過 3%，含釩量超過 5%，細(xì)小、彌散分布的碳化物面積達(dá) 50%,制造特種陶瓷模具的壽命高于硬質(zhì)合金模具。 ? (2)火焰淬火冷作模具鋼。除此之外，處于開發(fā)研制階段的還包括如下幾種新型冷作模具鋼 : ? (1)高韌性、高耐磨性冷作模具鋼。 ? (8)鏡面拋光模具鋼 (超高純度鋼 )，制造鏡片、鏡頭等塑料制品。 ? (4)時(shí)效鋼和馬氏體時(shí)效鋼用于制造復(fù)雜、精密、高鏡面模具，模具 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 任務(wù)一 概述 ? 在固溶態(tài)加工，時(shí)效后使用，該鋼具有高強(qiáng)度、高韌性、高硬度、熱處理變形小等特點(diǎn)。日本大同特殊鋼株式會(huì)社有 13個(gè)塑料模具鋼號(hào)。 1985年對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，頒發(fā)了 GB/T 12991985,1999年進(jìn)行再次修訂，頒發(fā)了 GB/T 12992023，從而建立了具有我國(guó)特色的、接近世界先進(jìn)水平的，包括冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼和無磁模具鋼的模具鋼種系列，以適應(yīng)使用部門和生產(chǎn)部門的需要。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 任務(wù)一 概述 ? 自新中國(guó)成立 60年來，我國(guó)通過引進(jìn)和自己研制開發(fā)，逐漸形成了我國(guó)的模具鋼鋼種系列。 ? 17世紀(jì)以來，通過產(chǎn)業(yè)革命，歐洲的鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)得到迅速發(fā)展。在河北興隆縣和河南新鄭縣，先后出土了大量戰(zhàn)國(guó)時(shí)代的鐵范。其生產(chǎn)工藝是先將鐵礦石固態(tài)還原成海綿鐵，然后進(jìn)行滲碳，再經(jīng)反復(fù)折疊鍛打，最后鍛打成具有多層結(jié)構(gòu)的鋼制工具。 ? 我國(guó)是世界文明古國(guó)之一，鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)始于公元前 5世紀(jì)的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，到西漢逐漸興盛起來。從70年代以來，為了簡(jiǎn)化熱處理工藝、節(jié)省能源，發(fā)展了一批火焰淬火模具鋼 。 ? (3)適用于制造壓鑄模具的熱作模具鋼。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 任務(wù)一 概述 ? 在此期間低合金工具鋼也取得了很多成就， 1895年卡本特(Carpenter)鋼公司生產(chǎn)成分為 1. 00%C,2. 50%Cr的工具鋼。 1893年布魯斯林 ()向米德沃(Midvale)公司提出的兩個(gè)鉻鎢工具鋼樣品的化學(xué)成分，如 表 11所示。但是，早期的工具鋼屬于簡(jiǎn)單普通碳素鋼。人類從鐵器時(shí)代開始，就采用鋼鐵材料制造手工工具。世界各國(guó)都把模具鋼產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)到合金工具鋼中，其產(chǎn)量約占合金 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 任務(wù)一 概述 ? 工具鋼產(chǎn)量的 70%~80%。所以國(guó)外有人宣稱“模具是工業(yè)發(fā)展的基石”“模具是促進(jìn)社會(huì)繁榮的動(dòng)力”，這充分說明工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)模具生產(chǎn)的重視，因此其模具工業(yè)發(fā)展迅速，并成為一種新興的行業(yè)。例如，一種中型載重汽車的改型，需要模具4000多套，重達(dá) 2023多噸 。模具已成為其主要的成形工具，家用電器行業(yè)約 80%的零部件、機(jī)電行業(yè)約 70%的零部件均采用模具成形，塑料、橡膠、陶瓷、建材、耐火材料制品大部分也依靠模具成形。因此，工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的改善、生產(chǎn)率的提高、成本的降低、產(chǎn)品更新?lián)Q代的 下一頁(yè) 返回 任務(wù)一 概述 ? 速度，在很大程度上取決于模具的制造精度和質(zhì)量、制造周期、生產(chǎn)成本、使用壽命等因素。模具鋼是模具工業(yè)最重要的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)，近年來，隨著模具工業(yè)的迅速發(fā)展，模具鋼發(fā)展也極為迅速。 ? 二、發(fā)展簡(jiǎn)史 ? 模具是從錘、斧、鑿等手工工具逐步發(fā)展而來的。公元前 350年，印度人制成了烏茲鋼 (Wootz Steel),它是先將鐵礦固態(tài)還原制成海綿鐵，然后與木炭混合、密封、加熱，通過滲碳而制成的。 ? 19世紀(jì) 90年代，通過研究，將上述錳含量達(dá) 2%的穆施特鋼中的錳用鉻代替，變成鉻鎢鋼。 1910年又將 提高到 0. 7 %，成為當(dāng)代 W18Cr4V型高速鋼的雛形。 ? (2) 1%C,5%Cr并加人鑰的中合金空淬冷作模具鋼。 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 任務(wù)一 概述 ? 為了進(jìn)一步改善低合金冷作模具鋼的淬透性，減少淬火變形，從 20世紀(jì) 40 ~80年代，各國(guó)陸續(xù)發(fā)展了一批低合金微變形冷作模具鋼。 ? 20世紀(jì) 50年代以后，隨著石化工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料迅速成為一種重要的工業(yè)材料，為了滿足塑料制品成形模具的需要，各國(guó)迅速發(fā)展了 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 任務(wù)一 概述 ? 一批不同類型的專用塑料模具鋼，目前在不少先進(jìn)工業(yè)國(guó)家已經(jīng)形成專用的鋼種系列，如滲碳型、預(yù)硬型、整體淬硬型、耐蝕型、時(shí)效硬化型等塑料模具用鋼。 ? 我國(guó)在春秋晚期已經(jīng)發(fā)明了塊煉滲碳鋼技術(shù)，如長(zhǎng)沙楊家山出土的春秋晚期的鋼劍，就是 為 %的中碳鋼。在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，就率先使用生鐵制造鑄造用的模具 (鐵范 )，用來澆鑄鑄鐵的斧、鑿、鐮等工具。說明當(dāng)時(shí)已經(jīng)采用鋼制的冷拉模具生產(chǎn)針用鋼絲。 ? 新中國(guó)成立后，我國(guó)模具鋼的生產(chǎn)技術(shù)取得了迅速發(fā)展，在 1997年，僅冶金系統(tǒng)幾個(gè)主要特殊鋼廠的合金模具鋼產(chǎn)量已達(dá) 11萬(wàn)噸，居于世界前列，國(guó)產(chǎn)模具鋼基本上能滿足國(guó)內(nèi)模具行業(yè)的需要，而且還有部分出口。到 1977年，在整頓原來的鋼種系列的基礎(chǔ)上，吸收我國(guó)歷年來科研開發(fā)工作的經(jīng)驗(yàn)，制定了我國(guó)第一個(gè)合金工具鋼國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB 12991977。美國(guó)現(xiàn)行的 ASTM A681標(biāo)準(zhǔn)中，塑料模具鋼為 P系列，包括 7個(gè)鋼號(hào) 。 ? (3)為改進(jìn)切削性