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      模具材料

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          塑膠模具鋼以P來(lái)表示為主,共分為五類(lèi)。滲碳型塑料模具鋼:P1,P2,P3,P4,P5,P6。這類(lèi)鋼含碳量很低,主要是美國早期及用擠壓成型制模法,要求冷塑性好,有高的擠壓性能,成型后表面滲碳淬火提高表面硬度,使用壽命長(cháng)。芯調質(zhì)型塑料模具:P20,P21。目前塑料模具中P20的用量很大,已成為主體,大多數在預硬狀態(tài)時(shí)使用。中碳合金工具鋼用于熱固性塑料模。鋼號有H13,而L2和S7,O1和A2也有應用。不銹鋼用于耐蝕性要求高的塑料模,主要鋼號有420,414L,440,416。

          ◆時(shí)效鋼是經(jīng)過(guò)時(shí)效處理而獲得高的使用性能。

          1 冷作模具鋼的工作條件及性能要求   

          冷作模具鋼在工作時(shí).由于被加工材料的變形抗力比較大,模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力及摩擦力。因此,冷作模具的正常報廢原因一般是磨損.也有因斷裂、崩力和變形超差而提前失效的。   

          冷作模具鋼與刃具鋼相比.有許多共同點(diǎn)。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強度和足夠的韌性,以保證沖壓過(guò)程的順利進(jìn)行、其不同之處在于模具形狀及加I工藝復雜.而且摩擦面積大.磨損可能性大.所以修磨起來(lái)困難。因此要求具有更高的耐磨化模具工作時(shí)承受沖壓力大.又由于形狀復雜易于產(chǎn)生應力集中,所以要求具有較高的韌性;模具尺寸大、形狀復雜.所以要求較高的淬透性、較小的變形及開(kāi)裂傾向性??傊?,冷作模具鋼在淬透性、耐磨性與韌性等方面的要求要較刃具鋼高一些.而在紅硬性方面卻要求較低或基本上沒(méi)要求(因為是冷態(tài)成形),所以也相應形成了一些適于做冷作模具用的鋼種,例如,發(fā)展了高耐磨、微變形冷作模具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結合有關(guān)鋼種選用進(jìn)一步說(shuō)明。

          2 鋼種選擇   通常接冷作模具的使用條件,可以將鋼種選擇分為以下四種情況:  

          (1)尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、輕負荷的冷作模具。例如.小沖頭,剪落鋼板的剪刀等可選用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具鋼制造。這類(lèi)鋼的優(yōu)點(diǎn)是;可加工性好、價(jià)格便宜、來(lái)源容易。但其缺點(diǎn)是:淬透性低、耐磨性差、淬火變形大。因此,只適于制造一些尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、輕負荷的工具以及要求硬化層不深并保持高韌性的冷像模等。     (2)尺寸大、形狀復雜、輕負荷的冷作模具。常用的鋼種有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具鋼。這些鋼在油中的淬透直徑大體上可達40mm以上。其中9Mn2V鋼是我國近年來(lái)發(fā)展的一種不含Cr的冷作模具用鋼.可代替或部分代替含Cr的鋼。   

          9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開(kāi)裂傾向性比CrWMn鋼小、脫碳傾向性比9SiCr鋼小,而淬透性比碳素工具鋼大.其價(jià)格只比后者高約30%因此是一個(gè)值得推廣使用的鋼種。   但9Mn2V鋼也存在一些缺點(diǎn)如沖擊韌性不高,在生產(chǎn)使用中發(fā)現有碎裂現象.另外回火穩定性較差,回火溫度一般不超過(guò)180℃在200℃回火時(shí)抗彎強度及韌性開(kāi)始出現低值。   

          9Mn2V鋼可在硝鹽、熱油等冷卻能力較為緩和的淬火介質(zhì)中淬火。對于一些變形要求嚴格而硬度要求又不很高的模具,可采用奧氏體等溫淬火。   3)尺寸大、形狀復雜重負荷的冷作模具。須采用中合金或高合金鋼.如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WVCr4W2MoV等,另外也有選用高速鋼的。   近年來(lái)用高速鋼做冷作模具的傾向巴日趨增大、但應指出,此時(shí)已不再是利用高速鋼所特有的紅硬性長(cháng)處.而用它的高淬透性和高耐磨性。為此.在熱處理工藝上也應有所區別。   選用高速鋼做冷模具時(shí).應采用低溫淬火.以提高韌性。例如W18Cr4V鋼做刃具時(shí)常用的淬火溫度為1280-1290℃。而做冷作模具時(shí),則應采用1190℃的低溫淬火。又如W6Mo5Cr4V2鋼.采用低溫淬火后可使壽命大大提高、特別是顯著(zhù)減少了折損率。    

          〔4)受沖擊負荷且刀間單薄的冷作模具。如上所述.前三類(lèi)冷作模具用鋼的使用性能要求均以高耐磨性為主為此均采用高碳過(guò)共析鋼乃至榮氏體鋼。而對有的冷作模具加切邊樓、沖裁模等.其對口單?。褂脮r(shí)又受沖擊負荷作用則應以要求高的沖擊韌性為主。為了解決這一矛盾.可采取以下措施.

          ①降低合碳量.采用亞共折鋼.以避免由于一次及二次碳化物而引起鋼的韌性下降;

          ②加入Si.、Cr等合金元素.以提高鋼的回火穩定性和回火溫度(240一270℃回火)這樣有利于充分消除淬火應力使嘰提高.而又不致降低硬度;②加入W等形成難熔碳化物的元素以細化晶粒、提高韌性。常用的高韌性冷作模具用鋼有6SiCr、4CrW2Si;、5CrW2Si等。   

          3 冷作模具鋼性能  

          在用Cr12型鋼或高速鋼做冷作模具時(shí),一個(gè)很突出的問(wèn)題是鋼的脆性大.使用中易開(kāi)裂。為此,必須用充分鍛打的方法細化碳化物.除此之外應發(fā)展新鋼種。發(fā)展新鋼種的著(zhù)眼點(diǎn),應是降低鋼的含碳量及碳化物形成元素的數量。近年來(lái)國內研制并推廣以下幾種新鋼種、如表4.11所示。   Cr4W2MoV鋼具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等優(yōu)點(diǎn).并具有較好的回火穩定性及綜合力學(xué)性能.用干制造硅鋼片沖模等.可使壽命比Cr12MoV鋼提高1~3倍以上但此鋼鍛造溫區范圍較窄,鍛造河縣開(kāi)裂.應嚴格控制鍛造溫度和操作規認Cr2Mn2SiWMoV鋼淬火溫度低、淬火變形小、淬透性高.有空淬微變形模具鋼之稱(chēng)7W7Cr4MoV鋼可代W18Cr4V和Cr12MoV鋼.其特點(diǎn)是鋼的碳化物不均勻性和韌性得到很大的改善。 

          4 冷作模具鋼的壽命    

          ⒈夾雜物的含量增加   

          鋼中的夾雜物是工模具內部產(chǎn)生裂紋的起源。尤其是脆性氧化物和硅酸鹽等夾雜物,在熱加工是不發(fā)生塑性變形,從而引起脆性的碎裂而形成微裂紋,在進(jìn)一步的熱處理和使用中,該裂紋進(jìn)一步引起模具的開(kāi)裂。例如。Cr4W2MoV鋼制造的沖壓手表零件用的冷沖模,其沖頭經(jīng)粗加工、熱處理并磨削加工后,發(fā)現頭部中心有許多小孔洞,致使一批沖頭全部報廢,經(jīng)分析發(fā)出鋼中含有大量的呈鏈狀分布的硅酸鹽夾雜物,經(jīng)機加工后剝落而造成小孔洞。   

          ⒉碳化物分布不均勻引起的失效   

          Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1等萊氏體型模具鋼,具有大量共晶碳化物,當鍛造比小或澆注溫度控制不適當時(shí),在鋼材中易呈帶狀或網(wǎng)狀碳化物的偏析,使模具零件在淬火時(shí)常常出現沿著(zhù)帶狀或網(wǎng)狀碳化物嚴重的部位裂紋,或在使用過(guò)程中內部裂紋進(jìn)一步擴展而引起失效。例如,采用Φ50mm的共晶碳化物不均勻度超過(guò)4級的鋼材制造沖頭在使用過(guò)程中易發(fā)生斷裂。

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