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上海金琪尔特殊钢有限公司优势特点:
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模具钢大致可分为:冷轧模具钢、热轧模具钢和塑料模具钢三类,用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同,工作条件复杂,因此对模具用钢,按其所制造模具的工作条件,应具有高的硬度、强度、耐磨性,足够的韧性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同,工作条件复杂,因此对模具用钢的性能要求也不同。
冷轧模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦模和冷挤压模等。冷作模具用钢,按其所制造具的工作条件,应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢,碳质量分数在0.80%以上,铬是这类钢的重要合金元素,其质量分数通常不大于5%。但对于一些耐磨性要求很高,淬火后变形很小模具用钢,*高铬质量分数可达13%,并且为了形成大量碳化物,钢中碳质量分数也很高,*高可达2.0%~2.3%。冷作模具钢的碳含量较高,其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢类有高碳低合金钢、高碳高铬钢、铬钼钢、中碳铬钨钏钢等。
热轧模具分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型,包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外,还要承受反复受热和冷却的作用,而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外,还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀性,此外还要求具有较高的淬透性,以保证整个截面具有一致的力学性能。对于压铸模用钢,还应具有表面层经反复受热和冷却不产生裂纹,以及经受液态金属流的冲击和侵蚀的性能。这类钢一般属于中碳合金钢,碳质量分数在0.30%~0.60%,属于亚共析钢,也有一部分钢由于加入较多的合金元素(如钨、钼、钒等)而成为共析或过共析钢。常用的钢类有铬锰钢、铬镍钢、铬钨钢等。
塑料模具包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有一定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。此外,还要求具有良好的工艺性,如热处理变形小、加工性能好、耐蚀性好、研磨和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好和工作条件尺寸和形状稳定等。一般情况下,注射成形或挤压成形模具可选用热作模具钢;热固性成形和要求高耐磨、高强度的模具可选用冷作模具钢。
1.冷作模具钢
(1)分为五组:W组、O组、A组、D组、S组。
◆ W组即水淬工具钢,有11个钢种,7个碳素工具钢,含碳量从0.7%-1.3%。
◆ O组即油淬冷作模具钢(俗称油钢),有4个钢种,含碳量在0.85%-1.55%,
◆ A组即空淬中合金冷作模具钢,有9个钢种,含碳量从0.5%-2.25%。
◆ D组即高碳高铬冷作模具钢,有7个钢种,含碳量0.9%-2.5%。
◆ S组即耐冲击工具钢,有7个钢种,含碳量0.4%-0.6%。
用于冷作模具还有高速钢(HSS组)和超高速钢(SHSS组),钴基硬质合金和钢结硬质合金(HA组),粉末钢和工程陶瓷(PIM组),碳钨工具钢(F组),特殊用途工具钢(L组)。
(2)冷作模具钢的选用
冷作模具钢的主系列是高硬冷作类,主要用于要求高抗压和耐磨为主的模具,硬度高于HRC60-62。对于要求耐冲击、韧性高的模具,硬度低于HRC60- 62,主要用S类和部份A类和*普通的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模,如汽车外型冲压件,主要用铸铁类。简易或寿命数量少的用锌基合金或高分子复合材料。
*高速钢和超高速钢在冷作模具中的应用迅速增长。德荣金属主要是有高的"抗压强度/硬度" 比值。且硬度可在HRC60-70之间选择。
*粉末模具钢有优良的耐磨寿命,硬度不大高HRC60-62,应用相当多。
*碳素工具钢在寿命10万件的冲头或软材料冲压模仍有一定的应用范围。
DC53
DC53是日本大同特殊钢对SKD11进行改良的新型冷作模具钢,其技术规范载于日本工业标准(JIS)G4404。它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点,将在通用及精密模具领域全面取代SKD11的高强韧性通用冷作模具钢
在热处理适当的情况下强度、韧性都很优秀,高温回火硬度可达到62~63HRC。
DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出,用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂,大大提高了使用寿命。
线切割加工后的残余应力,经高温回火减少了残余应力。因此,大型模具和要求精密之模具在线切割加工后的裂纹和变形得到抑制。
实用特性:
在线切割加工上之优点
1.冲裁模具、冷作成型模具、冷拉模具
2.成型轧辊、冲头
●精密冲压模 。
●线切割加工的精密冲裁模及各种用途冲压模 。
●难加工材料的塑性变形用工具 。
●冷锻、深拉和搓丝用模 。
其他
●高速冲裁冲头、不锈钢板冲头 。
●出厂状态:HB255
碳 C :1.00
硅 Si:0.91
锰 Mn:0.32
铬 Cr:8.00
钼 Mo:2.00
钒 V:0.28
磷 p:0.007
DC53常规热处理条件下,残余奥氏体几乎全部分解,一般可省略深冷处理,在较强硬度下仍可保持较高的韧性。
一
DC53经1040℃ 淬火和520~530℃高温回火后,硬度HRC可达62~63,是目前常用的冷作模具钢中*高的,且切削性、磨削性较好,电加工变质层残余应力小,残余奥氏体极少,碳化物细小并分布均匀。
因模具受力情况较复杂,有些模具工作零件需具备一些特殊的力学性能,若按标准的热处理工艺往往无法达到理想的工作性能要求,需通过热处理对硬度、韧性和耐磨性等基本特性作适当调整,以达到模具*佳工作状态.淬火温度和回火温度则是热处理的主要工艺参数,本文着重研究DC53的回火特性。
二
实验中,对DC53热处理规范略作一些变化,适当调整了淬火温度,回火温度取6档,即100℃ ,200℃ ,300℃ ,400℃ ,500℃ ,600℃。100℃回火选用101-2型干燥箱进行加热,其余采用SX-25-12型箱式电阻炉加热,每个回火温度取两个试样。
硬度测试选用金属洛氏硬度试验,在常温下进行,采用HBRVU-187.5型布洛维光学硬度计。
冲击试验采用10mm×10mm×55mm无缺口试样,在JB30B冲击试验机上进行,冲击能量为0.3 KN.m或0.15 KN.m。
⒈硬度值
对每个试样各取3个不同位置点测硬度,得出各回火温度下的硬度值,综合各试样的硬度值,DC53在100~500℃回火时,硬度值变化并不大;在400℃中温回火时硬度略高,标准热处理回火后的硬度峰值一般在520℃左右;在600℃ 高温回火后,硬度大幅下降,平均HRC硬度值仅为52.4,故回火温度不宜太高。
⒉冲击韧性
回火后,磨去试样表面的氧化脱碳层,测出不同回火温度下各试样的冲击值,综合各试样的冲击值,DC53在200℃回火时,平均冲击值达到60 J/cm2以上.在500℃回火时,冲击韧性较差,表现出一定的高温回火性.600℃以上回火冲击韧性很好,但硬度大为下降,达不到使用要求.
实验结果表明,DC53总体回火稳定性较好,在一定回火温度范围内,硬度和冲击值变化不大;在400~500℃回火时韧性大幅度下降,出现回火脆性现象;在600℃回火时,试样的韧性很高,冲击值达到85 J/cm2,但硬度大幅下降.在生产中,对于一些硬度、耐磨性要求不太高而韧性要求较高的冷作模具可采用高温回火;对硬度要求较高,同时又要具有较高韧性的冷作模具,宜采用200℃左右的低温回火.其他回火温度下的硬度和冲击值可采用合适的计算方法(如插值法、函数逼近等)预测,再用实验验证.淬火态试样中碳化物呈断续细带状分布,200℃回火后碳化物呈均匀分布,且组织内几乎不存在大块状碳化物,故韧性较好.从断口形貌看,200℃回火组织断口的解理台阶远少于淬火态试样,5000倍金相中的断口有一些小而浅的韧窝,显示其有一定的韧性.回火后,残余奥氏体转变较充分,碳化物细小并分布均匀,使韧性增加.
⒈适当调整淬火温度后,DC53在200℃回火时硬度和冲击韧性都较高;在400~500℃ 回火时硬度较高,韧性大幅度下降;在600℃ 回火时冲击韧性很高,硬度显著下降.
⒉形状复杂的精密冲模、修整模、冷轧辊轮等工模具宜采用低温回火工艺,以使模具工作零件获得高硬度、高韧性、耐磨性好、强度高,可有效延长模具寿命,防止过度磨损、变形、开裂等早期失效现象.
⒊受冲击载荷较大的复杂模具可采用低淬高回工艺,以得到较高的冲击韧性,防止模具产生脆性断裂现象
硬度 :退火,255~210HB,淬火,≥62HRC
(1)被切削性,被研磨性良好。 被切削性,被研磨性皆比SKD11优秀,所以加工工具寿命较长,加工工时数较省。
(2)在热处理上之优点 淬火硬化能比SKD11高,所以可改善真空热处理时硬度不足之缺陷。
(3)在线切割加工上之优点 藉高温回火可减轻残留应力及消除残留沃斯田铁,能防止线切割加工产生龟裂、变形之困扰。
(4)在表面硬化处理上之优点 表面硬化处理后表面硬度比SKD11高,因此可提高模具性能。
(5)在修补焊接作业上之优点 由于预热及后热温度均比SKD11低,所以修补焊接作业较简便。 特点:通用冷作模具钢,高硬度,高韧性DC53模具钢
高温回火后可达HRC63,有利于线切割加工的精密冲裁模及各种用途冲压模 。
难加工材料的塑性变形用工具 。
冷锻、深拉和搓丝用模 。
高速冲裁冲头、不锈钢板冲头
2.热作模具钢
美国热作模具钢分二大类:
(1)热作模具钢和超级热强合金。 热作模具由于在有温度的条件下工作,要求材料具有热强性和热耐磨性,为了保证模具的使用寿命模具要冷却,热冷交替模具会出现龟裂,即热疲劳裂纹,所以材料又要求有抗裂纹能力和抗热疲劳性能。
(2)按热强性排列的主系列进行选材: 低合金调质模具钢(6G,6F2,6F3)→中铬热作模具钢(H11、H12、H13)→钨热作模具钢(H21,H22)。
非标准的热作模具钢:例如热镦锻模具用时效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时,可以选择6H1,6H2。
当要求模具以热作耐磨性为主时,可以选择D2,D4→M2,M4→粉末钢。钢结硬质合金、钴基硬质合金的高温耐磨性是很高的,但其热疲劳性(即冷热抗疲劳裂纹)很差,不能在急 模具钢冷急热状态下使用。
3.塑料模具钢
美国是*早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家,以P来表示为主,共分为五类。
◆ 渗碳型塑料模具钢:P1,P2,P3,P4,P5,P6。这类钢含碳量很低,主要是美国早期及用挤压成型制模法,要求冷塑性好,有高的挤压性能,成型后表面渗碳淬火提高表面硬度,使用寿命长。芯部超低碳可使淬火时变形量*小。
◆调质型塑料模具:P20,P21。目前塑料模具中P20的用量很大,已成为主体,大多数在预硬状态时使用。
◆ 中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13,而L2和S7,O1和A2也有应用。这一类的特点是:
(1)基本属二次硬化金钢,500-600oC时的热强性好。
(2)含铬较高,大气腐蚀性好。
(3)淬透性极好,适用于大模块。
◆ 不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模,主要钢号有420,414L,440,416。
◆ 时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。互益金属有两种,一种是P21低碳Ni-A1时效钢;另一类是18Ni马氏体时效钢。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。
塑料模具钢的选用
*薄壁的塑料箱体,生产批量在小于10万件时,用P20,P21预硬态(HB250~300),腐蚀性较强时用414L。
*高寿命的普通塑料模,用P6或P20,经渗碳一淬火后硬度在HRC54-58;塑料件不太大时,可用O1,S7。腐蚀性较强时用420。
*非高温的热固性模用P6,P20经渗碳淬火后使用。腐蚀性强用420。
*高温热固性塑料模用H13和S7或渗碳钢P4。这些含铬较高有好的抗回火性和抗高温氧化性
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