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教你如何选购模具钢选材?

模具钢材的加工性能主要包括被切削加工性和冷热塑性变形两种,它取决于钢的化学成分、热处理后的组织和冶金生产的内部质量,近些年来,为了改善钢的可加工性,在一些钢中加入易切削元素或改变钢中的夹杂物的分布状态,从而提高模具钢材的表面质量和减少模具的磨损。在热加工时,对一些高碳高合金的模具钢材,特别是改善碳化物的形态和分布、晶粒大小和奥氏体合金化程度十分重要,在模具的制造过程中,模具的使用寿命和制成的精度、质量、表面性能,除与模具的设计、制造精度以及机床和操作等条件外,模具钢材及热处理工艺也有密切的关系。据有关的统计表明,模具的早期失效因模具钢材选择不当和内部缺陷引起的约占10%左右,由热处理不当引起的约占50%左右,因此正确选择具有优良质量的模具钢材并进行正确的热处理,具有十分重要意义。模具钢的特性主要包括使用性能、工艺性能等六个方面。

①模具钢材的硬度要求

模具在工作时受力状态是复杂的,如热作模具通常在交换的温度场下承受交变应力作用,因此它应具有良好的抗软化或塑性变形状态的能力,在长期工作环境下仍能保持模具的形状和尺寸精度。硬度是模具钢的生要性能之一。对冷作模具的硬度一般选择在56HRC-62HRC以上,而热作模具尤其是要求高的抗热疲劳性能的模具,通常硬度在45HRC-52HRC左右。对普通使用的塑料模具,一般硬度要求在28HRC-32HRC左右。

②模具钢的强度与韧性要求

零件在成形使模具承受着巨大的的冲击、扭曲等负荷,尤其是现代高速冲压、高速精密锻造和液态成形等技术以及一次成形技术的发展,模具承受着更大的负荷,往往由于钢材的强度和韧度不够,造成型腔边缘或局部塌陷、崩刃或断裂而早期失效,因此模具热处理后应具有较高的硬度和韧度。

③模具钢的耐磨性要求

模具零件成形时模具钢材与模具型腔表面发生相对运动,使型腔表面产生了磨损,从而使模具的尺寸精度、形状和表面的粗糙度发生变化而失效。磨损是一种复杂的过程,影响因素很多,除取决于作用于模具的外界条件外,还在很大程度上取决于采用钢材的化学成分不均匀性、组织状态、力学性能等。

④模具钢材的疲劳性能要求

模具工作时承受着机械冲击和热冲击的交变应力,热作模具在工作的过程中,热交变应力更明显地导致模具热裂。受应力和温度梯度的影响而引起裂纹,往往是在型腔表面形成浅而细的裂纹迅速传播和扩展导致模具失效。另外,钢的化学成分及组织的不均匀,钢中存在的冶金缺陷如非金属夹杂物,气孔、显微裂纹等均可导致钢的疲劳强度降低,因为在交变应力的作用下,首先在这些薄弱地区产生疲劳裂纹并发展为疲劳破坏。

⑤模具钢材的粘着性要求

模具零件的表面由于两金属原子相互摭用或单相扩散的作用,往往会有一些被加工金属粘附着,尤其是一些切削、剪切工具和冲压工具的表面会产生粘附或结疤现象,这会影响刃口的锋利程度和局部组织、化学成分的改变,使刃口部分崩裂或粘附金属的脱落划伤模具,使工件表面粗糙。因此良好的抗粘着性也是很重要的。

⑥模具钢材的抛光和蚀刻性能要求

特别是塑料模具的广泛使用,低的表面粗糙度值(有时甚至是镜面的程度)已经十分性必要,低的表面粗糙度值影响到模具的寿命和生产效率及制品的质量。高的表面质量可以减轻腐蚀(特别是局部点状腐蚀);减小开裂的危险,抛光钢材的化学成分、组织结构、硬度及碳化物分布必须均匀。大碳化物尤其是他们偏析并成带状时,对表面抛光性极为有害。特别重要的是,钢中不能含有没有发生变形的大的氧化物夹杂或偏析,因而必须严格控制冶炼和脱氧工艺。真空电弧重熔、电渣重熔效果良好,这种工艺目前已成为高级塑料模具钢的主要生产方式。即使是简单的真空脱气也有助于消除大的氧化物夹杂,这些冶炼工艺不仅能降低氧化物的含量,而且能使氧化物更细小、均匀,同时控制冶炼和脱氧过程,还可以改变夹杂物类型,使之软化并具有较好的塑韧性而提高抛光性能钢材中任何未闭合的空洞都会影响其抛光性能,因而热加工中压合疏松等冶金缺陷并保持组织的致密是十分必要的,这可以通过现代化的成形加工技术来实现。例如反复镦拔技术、旋转锻造技术、高温等静压制等可细化原始铸态组织,树枝晶内空隙。电渣重熔、真空电弧重熔精炼工艺,对钢材均匀性也十分有利。由热处理或表面硬化而引起的缺陷,应尽量避免导致硬度不均匀的脱碳。这些措施加上合理的成分设计及控制,就能生产出镜面加工性优异的模具钢材,此外,还应根据模具的工作条件和环境的差异,考虑所用模具钢材应具有良好的热导性、抗腐蚀性、抗氧化性和导磁性等。


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