常见工模具钢分类及热处理工艺

工模具钢是模具制造业的基础,它的选择对模具加工行业中的模具设计和制造有着至关重要的作用。工模具钢广泛应用于汽车、航空航天、无线电仪表等行业,且随着模具加工行业的进步和模具钢的大范围应用,研究工模具钢的性能就显得十分重要。热处理工艺是将模具钢应用于实际中的重要一环,合理的热处理工艺可以改善模具钢的强度性能和工艺性能。目前,在试验研究和实际生产领域已有多种热处理工艺,并且研究人员仍在致力于更加高效、更加绿色的新工艺开发。主要概述了一些常见的工模具钢热处理工艺,并对其发展趋势做出展望。

模具钢在汽车模具加工中的应用

近年来,随着科学技术及汽车模具加工技术的不断发展,汽车模具钢材质日渐丰富,多种模具钢适用于汽车模具加工制造,可极大地提升汽车模具加工效果。模具生产是汽车加工的重要流程,有利于保障汽车加工质量。同时,模具钢作为一种重要材料,加强对其在汽车模具加工中的应用研究十分重要。该文对模具钢进行概述,包括特征及优势、分类、常用材质及发展前景,探讨模具钢在汽车模具加工中的具体应用,从而更好地提升汽车模具加工质量。

国内外模具钢发展现状

简要分析了过去、现在乃至今后国内外模具钢(冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢)发展的基本指导思想及在此指导思想下研发的各种新型模具钢。最后对我国模具钢发展和生产中存在的问题进行了分析并提出了建议。

中国模具钢现状及发展(Ⅰ)

综述了中国模具钢的发展状况 ,分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三类 ,可以认为中国已建立了较完整的模具钢钢种系列 ,其中一些钢的性能达到国际先进水平。

4Cr5MoSiV1热作模具钢循环渗氮及热疲劳行为研究

针对4Cr5MoSiV1热作模具钢在使用过程中经受熔融铝液及冷却液的循环冲击,在热应力作用下容易产生热疲劳失效的问题。采用可控循环气体渗氮的方法分别在回火态和热疲劳态模具钢表面制备无铁氮化合物和有化合物的渗层,进行热疲劳性能测试。结果表明:循环渗氮制备的无化合物的渗层可以有效延缓热疲劳裂纹的萌生,抗热疲劳性能优于有化合物的渗层。同时,在裂纹产生前进行二次渗氮可以补充氮原子,重置压应力并增加硬度,进一步提升热疲劳抗性。

模具钢的市场和发展

阐述了模具钢的涵义、性能、现状及与发达国家的差距 ,根据各行各业及国民经济“十五”规划的要求 ,提出了发展模具钢的一些基本想法和对策建议。

LB/M复相热处理工艺对冷作模具钢DC53组织和力学性能的影响

本文研究了不同预淬火温度的QTA(Quenching-Tempering-Austempering)复相热处理工艺(Q为1030℃,30 min;T为520℃,2 h;A为250℃,3 h)对冷作模具钢DC53的微观组织和力学性能及摩擦磨损性能的影响,并与常规淬火-回火(Quenching-Tempering,QT)热处理工艺(Q为1030℃,30 min;T为520℃,2 h)进行对比。结果表明,QT工艺得到的组织以回火马氏体为主;QTA工艺可以得到下贝氏体/马氏体(Lower Bainite/Martensite,LB/M)为主的复相组织,这些复相对原奥氏体晶粒的分割产生的细晶强化作用部分抵消了LB和残余奥氏体(A_(R))的弱化作用,并且,这些复杂的微观组织极大提升了DC53钢的冲击韧性;当QTA的预淬温度为100℃时,其硬度仅比QT工艺低1.4HRC,但是冲击吸收能量却是QT工艺的2.44倍。因此,优化的QTA工艺可以得到较高的强韧综合性能。

表面圆形凹坑微织构对DC53模具钢的摩擦学性能影响

为了探究微织构对DC53冷作模具钢表面摩擦学性能的影响,基于有限元法研究了模具钢表面圆形凹坑微织构的最优深度,采用飞秒激光加工了不同面密度的圆形凹坑微织构模具钢试样,并通过开展摩擦磨损实验研究了不同润滑状态下面密度对模具钢摩擦学性能的影响规律。结果表明,DC53冷作模具钢表面的圆形凹坑微织构在直径为Φ140μm,织构深度为50μm时表现出最大油膜承载力与最小摩擦因数;随着圆形凹坑微织构面密度的增加,充分润滑时模具钢表面的摩擦因数先减小后增大,面密度为20%时平均摩擦因数最小,相较于无织构模具钢降低了51.35%;少油润滑与干摩擦时,模具钢表面摩擦因数随着面密度的增加逐渐降低;面密度为30%时,模具钢表面平均摩擦因数最小,较无织构模具钢分别降低了35.84%与15.02%。微织构的存在提升了模具钢表面不同润滑状态下的减摩性能;充分润滑时效果最好,干摩擦时也明显改善了模具钢表面的黏着磨损。

P20模具钢的表面粗糙度预测模型

为改进P20模具钢高速铣削加工时表面质量,提高加工效率,选取影响粗糙度的切削参数作为试验因子进行正交实验,确定了进给量ƒ、切削速度v和切削深度a_(p)对表面粗糙度的影响.基于TiAlN涂层刀具铣削P20模具钢的试验结果,建立表面粗糙度多元线性回归数学模型,并对回归方程和回归系数进行显著性检验;最后将模型预测值与实验数据进行对比验证.结果表明,粗糙度平均误差为3.3%,具有较高的可信度.该模型能为高速、高效干切削P20模具钢提供数据和理论支持.

3Cr2W8V热作模具钢的稀土合金处理

采用15 t EAF冶炼,25 t LF精炼,740 kg铸锭锻制成Φ110 mm的3Cr2W8V钢材.在LF精炼后期,钢中氧含量为29×10-6,加入0.048%RE合金(%:21～24RE,44Si,3Mn,5Ca,3Ti,余Fe)进行稀土合金处理,稀土元素的回收率为30.78%.检验结果表明,进行稀土处理能够有效地改善3Cr2W8V模具钢共晶碳化物偏析,并显著减少P、Pb、Sn、As、Sb等有害元素在晶界的偏析.

多元低合金化铸造热锻模具钢(JCD钢)组织与性能的研究

试验研究了多元低合金化铸造热锻模具钢（ＪＣＤ钢）的组织与性能。结果表明，ＪＣＤ钢的淬火＋回火组织为低碳马氏体＋贝氏体＋少量碳化物及残余奥氏体。ＪＣＤ钢与５ＣｒＭｎＭｏ钢相比，具有好的回火稳定性、热稳定性、抗冷热疲劳性，且成本低、寿命长、应用前景广阔。

热作模具钢磨损性能的研究现状

磨损是热作模具的主要失效形式之一,了解材料磨损机理和开发改善材料磨损性能的方法对提高模具寿命具有重要意义。本文对热作模具钢磨损性能的研究现状进行了阐述,对影响磨损性能的因素和改善磨损性能的方法进行了探讨和总结,并对热作模具钢磨损性能的研究趋势进行了展望。

La处理对H13热作模具钢中夹杂物的影响

采用真空感应炉熔炼H13模具钢,在氩气保护下加入稀土镧处理钢液并浇铸成钢锭,研究了La处理对H13钢中夹杂物转变的影响。结果表明,La对H13钢中夹杂物具有很好的改性效果,随La含量的提高,夹杂物的数量呈上升趋势,夹杂物的平均尺寸先减小后增大。不添加稀土时,H13钢中夹杂物主要为Al_(2)O_(3)和MnS;当H13钢中w[La]为0.016%时,钢中夹杂物以La_(2)O_(2)S为主;当w[La]为0.045%和0.073%时,钢中夹杂物主要为LaP和La_(2)O_(2)S。热力学计算表明,在1600℃下钢液中,La处理后夹杂物的转变过程为Al_(2)O_(3)→LaAlO_(3)→La_(2)O_(2)S。在凝固过程中,钢液中首先析出La_(2)S_(3),当温度继续降低,LaP开始在La_(2)S_(3)和La_(2)O_(2)S表面析出,最终形成复合夹杂物La_(2)O_(2)S-LaP和La_(2)S_(3)-LaP。

国内热作模具钢发展概况

本文分低合金热作模具钢、中合金热作模具钢和高合金热作模具钢叙述主要钢种、成分、热处理工 艺、性能和用途,另外,介绍我国近年发展的热作模具用钢。

新型Cr-Mo-V热作模具钢的高温断裂机制

通过高温拉伸试验研究了新型Cr-Mo-V钢的高温断裂行为,探究不同拉伸温度(25~700℃)下试验钢的热力耦合区(断裂区)和热应力区(夹持区)的组织演变和碳化物分布特征,揭示钢中碳化物的种类、分布及尺寸与高温断裂行为之间的关系,阐明新型Cr-Mo-V热作模具钢在高温变形过程中裂纹附近显微组织的演化机制。结果表明:随着拉伸温度的升高,试验钢的抗拉强度和屈服强度降低,伸长率和断面收缩率升高,断裂方式由脆性断裂向韧性断裂转变,脆性断裂向韧性断裂的转变温度约为400℃;在高温变形过程中,试验钢的位错密度降低,回火马氏体发生分解、回复、再结晶及晶粒长大,M_(7)C_(3)和M23C6碳化物沿晶界析出长大,少量的细小颗粒状MC碳化物在晶内弥散分布;由于外力作用对变形区做功将导致变形区温度高于拉伸温度,这为断口附近细小碳化物回溶、大尺寸碳化物的长大提供热力学条件,导致热力耦合区小尺寸碳化物减少,大尺寸碳化物增多。

SLD-MAGIC冷作模具钢的微观组织及切削性能

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和能谱仪、透射电子显微镜以及铣削试验,研究了新型SLD-MAGIC冷作模具钢的微观组织及切削性能。结果表明:相较于DC53钢,SLD-MAGIC钢的切削性能更优异;SLD-MAGIC钢回火析出了(Fe,Cr)_(7)C_(3)和Fe_(7)C_(3)型二次碳化物,其中,小尺寸碳化物数量是DC53钢的1.2倍,而DC53钢中大尺寸及超大尺寸碳化物数量是SLD-MAGIC钢的1.35倍;此外,SLD-MAGIC钢中还含有大量硫化锰夹杂。大量细小碳化物及硫化锰夹杂有利于SLD-MAGIC钢获得优异的切削性能。

H13热作模具钢热处理工艺研究

采用金相显微镜、扫描电镜、显微硬度仪及拉伸试验等设备研究了不同淬火温度和回火温度对H13热作模具钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明:通过进行二次回火处理,并适当降低回火温度,可以有效地析出更多细小、弥散分布的碳化物,并充分释放淬火应力。H13热作模具钢的硬度和强韧性得到了显著提升。在淬火温度为1 000℃、回火温度为520℃进行二次回火时的力学性能较好,回火马氏体尺寸较小,组织分布更均匀。此条件下的硬度为487 HV,抗拉强度可达到1 779 MPa,伸长率为11.5%。通过拉伸断口形貌的分析可看出,经过回火工艺处理后的样品断口呈现出大量的韧窝,其断裂特征表现为典型的韧性断裂。此外,还对H13钢在520~600℃回火过程中的软化行为进行了动力学建模。

世界模具钢生产的现状和进展

本文比较详细地叙述了法国的ArcelorGroup,Aubert&Dural,德国的K ind&Co,Edelstahl和日本的大同(Daido Steel Co.,Ltd.),日立(H itachiMetals,Ltd.),高周波(N ippon Koshuha Steel Co.,Ltd.)及山阳(Sanyo Special Steel Co.,Ltd.)八个模具钢厂生产的模具钢的现状和发展。

国内模具钢的研究与开发状况

根据国内模具市场的需求,介绍了模具钢市场的发展概况、生产与技术状况,并对我国模具钢的研究、开发提出一些建议。

国内外模具钢的现状及发展趋势

本文分塑料模具钢、冷作模具钢和热作模具钢，系统地介绍了国内外模具钢的现状及发展趋势，并指出国内外模具钢近些年来新材料的发展和模具钢质量性能高级化的措施。