模具材料的現(xiàn)狀及展望

摘 要本文介紹了冷作模具材料、熱作模具材料、塑料模具材料3類模具材料的發(fā)展及應(yīng)用，并對(duì)模具材料今后的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞模具材料;冷作模具;熱作模具;塑料模具;展望

中圖分類號(hào)TB31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào)1673-9671-(2009)111-0076-01

0前 言

隨著工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率和材料利用率，國(guó)內(nèi)外的機(jī)械制造業(yè)廣泛地采用各種模具成型工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切削加工工藝。模具材料是模具制造業(yè)的基礎(chǔ)，隨著模具工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和新材料的不斷出現(xiàn)，對(duì)模具材料的性能、質(zhì)量、品種等方面的要求也越來(lái)越高，因此，世界各國(guó)近年來(lái)都積極地開(kāi)發(fā)了具有各種特性、適應(yīng)不同要求的新型模具材料。

1模具材料鋼種的發(fā)展

模具材料主要是模具鋼，模具鋼按用途一般可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三大類，現(xiàn)從這三類模具鋼種來(lái)論述模具材料的發(fā)展。

1.1 冷作模具材料

冷作模具材料是應(yīng)用比較廣泛的一類模具鋼，主要用于制造沖壓、輥壓、冷擠壓等模具，目前通用的代表性鋼種有低合金冷作模具鋼如:CrWMn和9Mn2V，中合金冷作模具鋼如:Cr5Mo1V和高碳、高鉻型冷作模具鋼如:Cr12和Crl2Mo1V1三類。為了滿足冷作模具的特殊要求，各國(guó)有針對(duì)性地發(fā)展了一些新型模具鋼，主要有:

1.1.1 高強(qiáng)韌性的冷作模具鋼—基體鋼

基體鋼是指成分與高速鋼淬火后的基體成分大致相同、性能有所改善的一類鋼，這類鋼具有高的強(qiáng)韌性和良好的耐磨性，其含碳量稍高于高速鋼基體的含碳量，淬火后過(guò)剩碳化物減少、分布均勻，從而提高了鋼的韌性和抗冷熱疲勞性，是一類冷熱兼用的模具鋼。

比較有代表性的鋼號(hào)有65Cr4W3M02VNb(65Nb)和5Cr4M03SiMnVAl鋼(012Al)等，65Cr4W3M02VNb可代替Crl2MoV、W18Cr4V和3Cr2W8V鋼，用于制造強(qiáng)韌性要求較高的冷擠壓模具及冷鐓模具，5Cr4M03SiMnVAl鋼是一種可代替Crl2MoV和3Cr2W8V鋼的冷熱模兼用鋼，多用于制造冷沖頭[2]。

1.1.2 低合金微變形空淬鋼

這類鋼的合金含量低，淬透性、淬硬性好，淬火時(shí)可用冷卻速度緩和的淬火介質(zhì)使工件達(dá)到達(dá)到微變形，且工藝性能良好，主要用于制造精密復(fù)雜模具。

代表性的鋼號(hào)有:美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)A4、A6，日本大同公司的G04，我國(guó)自行研制的Cr2Mn2SiWMoV和CrMnMoVS。

1.1.3 高耐磨高強(qiáng)韌性冷作模具鋼

以磨損為主要失效形式的模具，應(yīng)使用高耐磨高強(qiáng)韌性冷作模具鋼，如:LD(7Cr7Mo2V2Si)鋼、GM(9Cr6W3Mo2V2)鋼、ERS(Cr8MoWV3Si)鋼等。這些鋼中適當(dāng)降低了C和Cr的含量以改善碳化物分布，增加W、Mo和V的含量，以增加二次硬化的能力和提高耐磨性，同時(shí)，碳化物偏析有所改善，提高了韌性，更適合在高速?zèng)_床和多工位沖床上使用[2]。

1.2 熱作模具材料

熱作模具鋼主要用于制造金屬材料熱加工(如:鍛壓、熱擠壓等)用的模具鋼。目前通用的代表性鋼種有低合金熱作模具鋼如:5CrMnMo和5CrNiMo，中合金熱作模具鋼如:H13(4Cr5MoSiV1 )、H11(4Cr5MoSiV)和H10 (4Cr3Mo3SiV)和高合金熱作模具鋼如:3Cr2W8V三類[1]。為了適應(yīng)熱作模具鋼的發(fā)展需要，國(guó)內(nèi)外研制了具有較高的熱強(qiáng)性、高的熱疲勞性和良好的韌性的新型熱作模具鋼，主要包括以下幾種類型:

1.2.1 中合金高熱強(qiáng)性熱作模具鋼

如:3Cr3Mo3W2V(HM1)和3Cr3Mo3VNb(HM3)鋼，其含碳量較低，熱加工性能良好，易鍛造及退火，具有較高的熱強(qiáng)性、熱疲勞性能，良好的耐磨性和耐回火性能，是綜合性能優(yōu)良的高強(qiáng)韌性熱作模具鋼。適于制造高速、高負(fù)荷的壓力機(jī)成型模、輥鍛模、小型錘鍛模等熱作模具。

12.2.2 沉淀硬化型熱作模具鋼

如:日本日立金屬公司的YHD13，由于加人了V，Nb，Ni，AI等，工作中模具表面由于合金碳化物和金屬間化合物的析出，工作表面的硬度可上升到45～48HRC，模具的心部仍保留原有的組織和高韌性，從而提高了模具的壽命。

1.2.3 低碳高速鋼

如:我國(guó)的6WMo5Cr4V，將高速鋼的碳含量降至0.3%～0.6%，在犧牲部分紅硬性和耐磨性的情況下，改善其韌性和抗冷熱疲勞性能。

1.2.4 奧氏體型熱作模具

奧氏體型熱作模具鋼通常通過(guò)固溶處理使合金元素溶入奧氏體基體，為時(shí)效硬化處理做組織準(zhǔn)備，同時(shí)也有改善切削性能的作用。這類鋼具有更高的熱穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度，如:日本大同公司的5Mnl5Ni5Cr8Mo2Vo。

1.3 塑料模具材料

目前國(guó)內(nèi)塑料模具用鋼尚未形成系列，近年來(lái)在引進(jìn)國(guó)外塑料模具用鋼的同時(shí)，我國(guó)自行研制和開(kāi)發(fā)了一些新的塑料模具專用鋼，國(guó)內(nèi)外新型塑料模具鋼的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面:

1.3.1 易切削、拋光性好的塑料模具鋼

國(guó)外易切削預(yù)硬鋼主要是S系，也有S-Se系、Ca系。但Se價(jià)格較貴。這類鋼的雜質(zhì)少、組織均勻、無(wú)纖維方向性，制模后，型面的表面質(zhì)量高。

1.3.2 預(yù)硬化型塑料模具鋼

這類鋼的含碳量為0.3%～0.55%，常用合金元素有Cr、Ni、Mn、V等，為了改善其切削性，加入S、Ca等元素。

1.3.3 時(shí)效硬化型塑料模具鋼

這類鋼含碳量低、合金度較高，通過(guò)固溶處理、機(jī)械成形加工和時(shí)效處理，使模具獲得使用狀態(tài)的強(qiáng)度和硬度，有效地保證模具的最終尺寸和形狀的精度，適宜于制造形狀復(fù)雜、精度高、超鏡面、大型塑料模具。

1.3.4 無(wú)磁性塑料模具鋼

為了適用磁性塑料制品的生產(chǎn)，國(guó)外發(fā)展了一些無(wú)磁性塑料鋼，將奧氏體型模具鋼通過(guò)時(shí)效硬化處理得到要求的硬度、強(qiáng)度和低的導(dǎo)磁率。代表性的鋼號(hào)有日本大同特殊鋼公司的NAK301和日本日立金屬公司的HPM75鋼等。

2展望

為了提高模具制造業(yè)的生產(chǎn)效率和材料利用率，縮短模具制造周期，配合模具工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，模具材料技術(shù)的發(fā)展應(yīng)重視以下幾個(gè)方面:改善冶金質(zhì)量，增加品種規(guī)格、產(chǎn)品精品化;研制應(yīng)用新鋼種，挖掘老鋼種性能潛力;做好模具材料的系列化工作;建立模具材料服務(wù)系統(tǒng);模具鋼的生產(chǎn)從分散化生產(chǎn)向集中生產(chǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]康俊遠(yuǎn).模具材料及表面處理[M].北京:北京理工大學(xué)出版社，2008.

[2]于波.我國(guó)模具材料的發(fā)展概況及其選用[J]，熱處理技術(shù)與裝備，[3] 牟紅霞.模具材料的發(fā)展與動(dòng)向[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2006，4:83-84.

[4]于影霞，何柏林，國(guó)內(nèi)外模具材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]，材料熱處理技術(shù)，2009，1:44-48.