常用模具材料及其热处理工艺分析
摘要:常用模具材料的种类繁多,这不仅与其材料有关,而且与其热处理工艺有着密不可分的联系。社会的进步也促进了人们期望值的提高,不断探索新的模具材料和热处理工艺应当是我们永恒的追求。
关键词:模具材料 热处理工艺 合理选择
当今社会,是个工业极大发展的社会,大批量的生产,使模具也孕育而生。在工业中的广泛使用,大大地提高了产量,更好地满足了人们的需求。随着经济与社会的发展,模具在我们的生活中越来越被人们关注,尤其在工业生产中得到了最大程度的应用。在被广泛应用的过程中,模具自身得到了极大的发展,并且为经济的进步加大筹码。谈及模具,我们不得不联想到模具材料,模具材料是模具制造的基础。
对于模具材料的分类,根据模具服役条件大致可分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢三类。我们以冷作模具钢为例,冷作模具包括冷冲压模,冷挤压模、冷镦模和冷冲裁模等,在分离过程中模具切削刃的发热温度偏高,达200摄氏度,在加工过程中常受到拉伸、压缩、弯曲、冲击和摩擦等机械力的作用,因此,会出现断裂、变形、磨损等难题。所以,冷模具材料必须具备抗断裂、抗变形、抗弱化、抗咬和以及耐疲劳等良好的使用性能。由此可见,冷作模具钢其有利也有弊,其他两大类—— 热作模具钢、塑料模具钢亦然。
而生活中和工业中常见的模具材料有哪些呢？
1 碳素工具钢
碳素工具钢在我国被大量生产和使用。碳素工具钢的的优点是:可锻性好、退火易软化、切削加工性好,价格又便宜。不足之处:淬透性低,需要用水作冷却介质,所以,碳素工具钢更容易变形和断裂。根据碳素工具钢自身的优缺点,我们可以知道,对于大型的模具它相当不适合,制作尺寸不大、受力较小、形状简单以及变行要求不高的模具显得更为恰当,这样提高了资源的利用率。
2 高碳高铬模具钢
高碳高铬模具钢具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性,不易变形,为高耐磨微变形模具钢,承载能力比高速钢稍低。但碳化物偏析严重,必须进行反复镦拔、改锻,改变碳化物的不均匀性,方能提高使用性能。
3 高速钢
钼系高速钢因其自身的热塑性高,强韧性高等优势,而得到更广泛的使用,在冷作模具大批量和精度生产中占据着重要地位。
4 超硬高速钢
超硬高速钢是为了适应难切削材料的需要而发展起来的。主要为了进一步提高硬度和热硬度。但另一方面的难题也随之而出现。它加工困难、韧性差、抗弯曲能力差。超硬高速钢之所以硬度大,是由于其碳含量高。而碳含量一旦高了,就容易出现过烧现象,韧性差等缺陷。
5 基体钢
何为基体钢？先看看它的定义:在高速钢的基本成分上添加少量的其它成分,适当增减含碳量,以改善钢的性能,这样的钢种统称为基体钢。它是一种强韧性冷作模具钢,具有以上几种钢的全部优点,与此同时,其生产成本也低于高速钢,基体钢的出现,堪称是模具材料的一重大发现。
6 硬质合金和钢结硬质合金
硬质合金的硬度和耐磨性比其它任何种类的模具钢都高,但它的抗弯强度和韧性都比较差。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末做粘合剂以碳化钛或碳化钨为硬质相,用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢,可以切削、焊接、锻造和热处理。
以上六种均属冷作模具钢。热作模具钢主要用于制造使金属在高温下塑性成形的模具。
常见的塑料模具钢主要有渗碳钢、碳素结构钢、易切削顶硬钢、时效硬化钢、冷空微变形和耐腐蚀塑料模具钢。
7 热处理工艺
模具本身的制造成本高,尤其是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能,能够大幅度提高模具寿命,有显著的经济效益,我国常用的模具热处理工艺有以下几种。
7.1 真空热处理
模具钢经过真空热处理后有良好的表面状态,变形小。主要原因是在真空加热时,模具钢表面呈活性状态,不脱碳,不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热,使钢的表面有脱气效果,因而具有较高的力学性能,炉内真空度越高,抗弯强度越高。真空淬火后,钢的断裂韧性有一定的提高,模具寿命比常规工艺提高40%以上,冷作模具真空淬火技术已在实际中得到较为广泛的使用。
7.2 深冷处理
模具钢经深冷处理后,可以提高其力学性能,从而提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行,也可在淬火回火之后进行深冷处理。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深
冷处理不仅用于冷作模具,也可用于热作模具以及硬质合金。
7.3 模具的高温淬火和降温淬火
有些热作模具钢采用了高于常规淬火的温度加热淬火,可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态等,淬火后,延长了模具使用寿命。
7.4 化学热处理
化学热处理能提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能。大多数的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。采用高温回火的合金钢模具,均可在回火的同时进行表面渗氮或氮碳共渗。渗氮工艺目前多采用离子渗氮、高频渗氮等工艺。离子渗氮可缩短渗氮时间,并可获得高质量的渗层。离子渗氮可提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳性等性能。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后可提高其热疲劳性能。氮碳共渗对冷镦模、冷挤压模、冷冲模等均有较好的应用效果。
7.5 渗硼和渗金属
渗硼,应用最多的是固体渗硼,固体渗硼后,表层的硬度很大,耐磨性高,耐腐蚀性和抗氧化性能都较好。渗硼工艺常用于各种冷作模具上,由于耐磨性的提高,模具寿命可提高数倍或十余倍。采用中碳钢渗硼有时可取代高合金钢制作模具。渗硼也可应用于热作模具,如热挤压模等。
7.6 高能束热处理
高能束热处理的热源通常是指激光、电子束等。它们的共同特点是:加热速度快,加热面积可根据需要选择,工件变形小,不需要冷却介质,处理环境清洁,可控性能好,便于实现自动化处理。在提高模具寿命方面获得了广泛应用。
8 结语
我国模具热处理的研究开发,使一些新的模具热处理技术在不同程度上得到推广和应用。随着科学技术的进步,我国的模具热处理工艺也将会越来越精湛。
参考文献
[1] 赵昌盛,居建村．模具材料的选用与使用寿命[J]．模具制造,2003(7):52～5.
[2] 蔡美良,丁惠麟．孟沪龙,等．新编工模具钢金相热处理
[M]．北京:机械工业出版社,2000,2:75．
[3] 蔡美良,等．新编工模具钢金相热处理[M]．机械工业出版社,2001．
[4] 李大鑫,张秀棉．模具技术现状与发展趋势综述阴[J]．模具制造,2005(2):1～4.
常用模具材料及其热处理工艺分析
摘要:常用模具材料的种类繁多,这不仅与其材料有关,而且与其热处理工艺有着密不可分的联系。社会的进步也促进了人们期望值的提高,不断探索新的模具材料和热处理工艺应当是我们永恒的追求。
关键词:模具材料 热处理工艺 合理选择
当今社会,是个工业极大发展的社会,大批量的生产,使模具也孕育而生。在工业中的广泛使用,大大地提高了产量,更好地满足了人们的需求。随着经济与社会的发展,模具在我们的生活中越来越被人们关注,尤其在工业生产中得到了最大程度的应用。在被广泛应用的过程中,模具自身得到了极大的发展,并且为经济的进步加大筹码。谈及模具,我们不得不联想到模具材料,模具材料是模具制造的基础。
对于模具材料的分类,根据模具服役条件大致可分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢三类。我们以冷作模具钢为例,冷作模具包括冷冲压模,冷挤压模、冷镦模和冷冲裁模等,在分离过程中模具切削刃的发热温度偏高,达200摄氏度,在加工过程中常受到拉伸、压缩、弯曲、冲击和摩擦等机械力的作用,因此,会出现断裂、变形、磨损等难题。所以,冷模具材料必须具备抗断裂、抗变形、抗弱化、抗咬和以及耐疲劳等良好的使用性能。由此可见,冷作模具钢其有利也有弊,其他两大类—— 热作模具钢、塑料模具钢亦然。
而生活中和工业中常见的模具材料有哪些呢？
1 碳素工具钢
碳素工具钢在我国被大量生产和使用。碳素工具钢的的优点是:可锻性好、退火易软化、切削加工性好,价格又便宜。不足之处:淬透性低,需要用水作冷却介质,所以,碳素工具钢更容易变形和断裂。根据碳素工具钢自身的优缺点,我们可以知道,对于大型的模具它相当不适合,制作尺寸不大、受力较小、形状简单以及变行要求不高的模具显得更为恰当,这样提高了资源的利用率。
2 高碳高铬模具钢
高碳高铬模具钢具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性,不易变形,为高耐磨微变形模具钢,承载能力比高速钢稍低。但碳化物偏析严重,必须进行反复镦拔、改锻,改变碳化物的不均匀性,方能提高使用性能。
3 高速钢
钼系高速钢因其自身的热塑性高,强韧性高等优势,而得到更广泛的使用,在冷作模具大批量和精度生产中占据着重要地位。
4 超硬高速钢
超硬高速钢是为了适应难切削材料的需要而发展起来的。主要为了进一步提高硬度和热硬度。但另一方面的难题也随之而出现。它加工困难、韧性差、抗弯曲能力差。超硬高速钢之所以硬度大,是由于其碳含量高。而碳含量一旦高了,就容易出现过烧现象,韧性差等缺陷。
5 基体钢
何为基体钢？先看看它的定义:在高速钢的基本成分上添加少量的其它成分,适当增减含碳量,以改善钢的性能,这样的钢种统称为基体钢。它是一种强韧性冷作模具钢,具有以上几种钢的全部优点,与此同时,其生产成本也低于高速钢,基体钢的出现,堪称是模具材料的一重大发现。
6 硬质合金和钢结硬质合金
硬质合金的硬度和耐磨性比其它任何种类的模具钢都高,但它的抗弯强度和韧性都比较差。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末做粘合剂以碳化钛或碳化钨为硬质相,用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢,可以切削、焊接、锻造和热处理。
以上六种均属冷作模具钢。热作模具钢主要用于制造使金属在高温下塑性成形的模具。
常见的塑料模具钢主要有渗碳钢、碳素结构钢、易切削顶硬钢、时效硬化钢、冷空微变形和耐腐蚀塑料模具钢。
7 热处理工艺
模具本身的制造成本高,尤其是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能,能够大幅度提高模具寿命,有显著的经济效益,我国常用的模具热处理工艺有以下几种。
7.1 真空热处理
模具钢经过真空热处理后有良好的表面状态,变形小。主要原因是在真空加热时,模具钢表面呈活性状态,不脱碳,不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热,使钢的表面有脱气效果,因而具有较高的力学性能,炉内真空度越高,抗弯强度越高。真空淬火后,钢的断裂韧性有一定的提高,模具寿命比常规工艺提高40%以上,冷作模具真空淬火技术已在实际中得到较为广泛的使用。
7.2 深冷处理
模具钢经深冷处理后,可以提高其力学性能,从而提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行,也可在淬火回火之后进行深冷处理。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深
冷处理不仅用于冷作模具,也可用于热作模具以及硬质合金。
7.3 模具的高温淬火和降温淬火
有些热作模具钢采用了高于常规淬火的温度加热淬火,可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态等,淬火后,延长了模具使用寿命。
7.4 化学热处理
化学热处理能提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能。大多数的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。采用高温回火的合金钢模具,均可在回火的同时进行表面渗氮或氮碳共渗。渗氮工艺目前多采用离子渗氮、高频渗氮等工艺。离子渗氮可缩短渗氮时间,并可获得高质量的渗层。离子渗氮可提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳性等性能。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后可提高其热疲劳性能。氮碳共渗对冷镦模、冷挤压模、冷冲模等均有较好的应用效果。
7.5 渗硼和渗金属
渗硼,应用最多的是固体渗硼,固体渗硼后,表层的硬度很大,耐磨性高,耐腐蚀性和抗氧化性能都较好。渗硼工艺常用于各种冷作模具上,由于耐磨性的提高,模具寿命可提高数倍或十余倍。采用中碳钢渗硼有时可取代高合金钢制作模具。渗硼也可应用于热作模具,如热挤压模等。
7.6 高能束热处理
高能束热处理的热源通常是指激光、电子束等。它们的共同特点是:加热速度快,加热面积可根据需要选择,工件变形小,不需要冷却介质,处理环境清洁,可控性能好,便于实现自动化处理。在提高模具寿命方面获得了广泛应用。
8 结语
我国模具热处理的研究开发,使一些新的模具热处理技术在不同程度上得到推广和应用。随着科学技术的进步,我国的模具热处理工艺也将会越来越精湛。
参考文献
[1] 赵昌盛,居建村．模具材料的选用与使用寿命[J]．模具制造,2003(7):52～5.
[2] 蔡美良,丁惠麟．孟沪龙,等．新编工模具钢金相热处理
[M]．北京:机械工业出版社,2000,2:75．
[3] 蔡美良,等．新编工模具钢金相热处理[M]．机械工业出版社,2001．
[4] 李大鑫,张秀棉．模具技术现状与发展趋势综述阴[J]．模具制造,2005(2):1～4.