丿色胚
范文一：日本铸造模具材料简介
SKD11=Cr12MoV (中国)，SKD11是一种高碳高铬合金工具钢，热处理后具有很高的硬度磨性，并具有淬透性强，尺寸稳定性好的特点，适宜制做高精度长寿命冷作模具及热固成型塑料模具。
S45C =Ck45，这个大家应该都知道的，就不介绍了。
FC 为铸铁代号。 FC ×××为铸铁牌号，×××表示抗拉强度最低值FCD 为球默铸铁代号， FCM 为可段铸铁代号，随后 B 、 W 和分别表示黑心、白心和珠光体。它们与两组成牌号，前组数字表示抗拉强度最低值（××× Mpa ），后组 3 ）数字表示断后伸长率最低值（×× % ）。
FCA 和 FCD 分别为片状石默型和球状石默型奥氏体铸铁的代号，后加不同国际化学元素及含量组成牌号。
所以FC300、FCD600相当于HT300，球墨铸铁600就可以！
ICD5是日本日亚的牌号，空冷钢贵重合金元素少，生产成本低。空冷钢（ICD5）焠火后硬度为：HBC50～65 。空冷钢是一种以铸代锻的高碳低合金钢，适用于冲压1.2毫米以下钢板材，广泛应用于汽车板金覆盖件、日用轻工五金板金冲压模具等，使用寿命达几万次。
SX105V是日本爱知的火焰淬火钢。相当于我国的低合金冷作模具钢类7CrSiMnMoV（简称CH）等。主要特点是工艺性好，淬火温度低，热处理变形小，强韧性好，并具有适当的耐磨性，常用于制做汽车等生产线上用的模具零件，火焰淬火时加热模具刃口切料面，硬化层下又有一个高韧性的基体做衬垫，从而使模具获得较高的使用寿命。
GM241是日本的合金铸铁的牌号，在汽车模具中一般用于拉延模制造材料。相当于中国的钼铬铸铁 MTMoCr，属于镍硬白口铸铁系中高铬白口铸铁的一种，由于其共晶组织由一种M7C3型碳化物和奥氏体其它转变物组成，其基体退火成马氏体后能表现出很高的耐磨性，同时其含有的钼，锰，铜等合金元素能够有效提高其淬透性，淬火后硬度HRC 50以上。
基于以上性能其很适合用于拉延凸模，压料圈（常用于内表件，外表件为合金QT600,见后详述）；翻边整形模压料板，整体铸造的大凸模（不带修边）等带型面切要求具备高耐磨性的地方，由于其铸造性好，铸造工艺成熟，材料对模具结构限制较少，且价格适中，热处理条件：退火+火焰表面淬火，硬度性能：HRC50-55。
HMD5是日本日立牌号的火焰淬火模具钢，具有较高的硬度，热处理变形小，可焊接，用于板金工模具。火焰淬火温度940~1100℃，理论硬度HRC≥61 。
美丽亚模具钢材（东莞）有限公司原母公司为富丽亚模具钢材经营部, 主要经营模具钢材、模具配件、塑料模胚、五金模座等系列产品。经数十多年来无声奋斗，勇于开拓，不断引进和
销售国际著名品牌的优质模具钢，其中包括“日本大同、日立，瑞典一胜百，德国撒斯特、布德鲁斯，奥地利百禄，美国芬可乐等知名品牌”；强劲发展历程令美丽亚模具钢跻身模具钢材最佳供货商之一。
公司拥有数台大型立式带锯，以及钢板精加工机械，主要有大型水磨床、大型龙门铣床、精铣机床等。为满足客户生产急需模具材料要求，公司的加工部与专业热处理部服务配套，能从钢材胚料、精光板加工到热处理一步到位，增加效率缩短生产周期。竭诚为中外企业，新老客户提供全方位、多元化的选择与服务.
本公司一向以忠诚的态度，诚信为本，服务更进、追求无止尽为服务宗旨。尽力适应市场的不同需求，最大限度的为客户提供更加完善的服务，以期实现全新的突破，愿您能接纳和分享我们的真诚服务。
主营有以下产品：
1.瑞典一胜百ASSAB：
S136,S136H,168,8402,8407,8416,635,635H,S-7重力模钢,618,718,718H, DF-2, DF-3,ORO90(铸铜合金用钢)XW-5,XW-160,XW-41,XW-42,HSP-41,KM2,V-4,V-10,ASP-23,ASP-30,ASP-60(粉末高速钢),ELMAX,4140(高拉力钢)
2.奥地利百禄BOHLER：
K110,K100,K107,K340,M238,M300,M310,M340,M201,M202,W302,W321,K460,S390PM,S590PM,S690PM
3.德国撒斯特SAARSTAHL：
GS-2711,GS-2738,GS-2638,GS-2688,GS-2316,GS-2316H,GS-2083,GS-2344EFS,GS-2344ESR,GS-2311,GS-2312GS-2379,GS-2510.,GS2767.
4.日本日立HITACHI：
SGT,SKD-11,SLD,SLD-8,HPM-7,HPM-50,HPM-38,DAC,FDAC
5.日本大同DAIDO:
GOA,DC-11,DC-53,PDS-5,PX-88,YK-30,NAK-55,NAK-80,PAK-90,SKH-9.DH2F.
6.国产模具钢材
S136、S136H、NAK-80、T10、T15、45#、皇牌钢、Cr12、Cr12Mov、D2、P20、H13、718、718H、A3等。
产品名称:日本模具钢材
产品描述:
产品简评：日本(大同):PXZ、PX4、PX5、NAK55、NAK80、S-STAR、G-STAR、YK30、 DC11、DC53、DHA1、DH21、DH31-S、DH2F、DH42、GFA、MH51、MH55、 、S50C、H3100 PX88、PAK90、QCM8、MH85 日本(日立):HPM1、HPM2、HPM7、HPM38、HPM50、HPM75、HPM77、 CENA1、DAC、SKD4、SKD5、SKD7、SKD8、SKT4、SK3、SK4、SK5、SKS3、 SKD11、YEM、YEM-K、DAC45、SKD61、SKD62、FDAC、DAC10、 产品介绍（日本模具钢材） SLD(SKD11) 特种冷冲模合金钢 SLD 日本日立高耐磨性合金冷作工具钢 主要成份(%) C碳：1.5；Mn錳：0.45；Cr铬12.0；Mo钼：1.0；V釩：0.35 出厂状态 退火，HB≤230 用 途 此钢易于车削，并宜制锋利刀口，剪刀，圆锯，冷或热作修整模，滚筒边，螺丝纹，线模，铣刀，衡啷模，圆型滚筒，制电力变压器心冲模，切割钢皮轧刀，钢管成型滚筒，首作飭匠滚筒，特殊成型滚筒，精密规，形状繁杂之冷压工具，锡作模，塑料模，螺钉打头模等。 DAC(SKD61) 优质热作铸模合金钢 DAC 日本日立优质热作工具钢 主要成份(%) C
碳：0.4；Si硅：1.0；Mn錳：0.4；Cr铬：5.3；Mo钼：1.5；V釩：1.1 出厂状态 退火，HB≤250 用 途 此钢含有钨成份之耐高温高级合金钢，适用于热作，铝、镁、锌、銅合金压铸模，切槽刀，剪刀及热锻动作，塑胶型模，热作铰刀，轧刀，一般热作锻模，热螺栓模，热间各种工具等。 FDAC特种压铸模合金钢 日立牌特种压铸模合金钢 主要成份(%) C碳：0.33-0.42；Si硅：0.80－1.20；Mn錳0.55－0.75；Cr铬：4.80－5.50；Mo钼：1.20－1.60；V釩：0.30－0.80；P磷：0.030以下；S硫：0.10－0.15以下；快削性元素：若干 钢材特性 FDAC系DAC（JIS SKD 61）为基本成份，另添加快削性合金，配合特殊溶解法制造之快削性已淬硬热压铸模钢。 特 点 1.已调质使用上最适合硬度HRC40-44 2.被削性非常良好，加工容易，减短作模时间 3.不需要加工后之淬硬，免尤淬火变形龟裂，伸缩等 4.使用有害不纯物成份非常低微YSS海绵织为原料之优良特殊热压缩铸模合金钢 5.耐抗热龟裂性高，在高温之强度优，钢模寿命长用 途 适用于热作、锌、铝、镁、铝合金压铸模及塑料模并具有加工后不需要淬火及不变形之特点，宜制精密铸模或紧急时后短时间内能制模之优点。 SLD8i￠;;DC53特种冷冲模合金钢 ★ DC53日本“大同制钢”韧性铬钢 特 点 1.热处理后硬度高于SKD11 高温（520－530℃）回火后可达62－63HRC高硬度，在强度和耐磨性方面超过SKD11。 2.韧性度是SKD11的两倍 DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出，因此，用DC53制造的很少出现裂纹和崩裂，大大提高了使用寿命。 3.线切割加工后的残余应力较小。 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。 4.切削性和研磨性超过SDK11 DC53的切割性和研磨性优于SDK11。因此，使用DC53可增加模具寿命和减少加工工序。用 途 1.精密冲压模 线切割加工的精密冲裁及各种用途冲压模； 2.难加工材料的塑性变形用具冷锻，深拉和搓丝用模； 3.其他，高速冲裁冲头，不锈钢板冲头 HPM50(NAK80)预加硬优质塑胶模钢 HPM-50日本日立高硬度抛光镜面塑胶模具钢 HPM50相当于NAK80 主要成份 专利申请中 出场状态 时效硬化，HRC37-41 钢材特点 1.预硬化钢，不需任何热处理 2.最适用于镜面抛光加工的预硬化钢 3.放电加工特性佳。 ⑴经处理后的表面非常良好，可取代蝕花加工 ⑵在进行放电（电火花）加工时，表面硬度不会增高，可简化其后的加工工序 4.组织均匀，最适用于精密蚀花加工 5.焊接性佳，表屑不会硬化，可使其后过程简化 6.韧性优良。机械特性卓越，减少担心破裂等问题 用 途 1.镜面抛光模具，防尘盖，电视机滤光板，化
妆品盒； 2.精密波纹加工模具，办公自动化设备，汽车零件； 3.放电加工模具 SKH-9 特种优质高速钢 SKH-9 日本日立牌“YXM1”高速度钢 主要成份(%) C碳：0.85；Si硅：0.45；Mn錳：0.45；Cr铬：4.00；W钨：5.80；Mo钼：4.80；V釩：1.80；P磷：0.03；S硫：0.01 硬 度 HRC63℃以上用 途 此钢为钨钢高速度钢，宜于制造强力切割用耐磨，耐冲撀各种工具，高级冲模，螺丝模，较需韧性及形状复杂工具，铣刀，钻头等。 Sk3(YK30) 高级碳素工具钢 YK30 高级炭素工具钢 化学成份 C碳：1.05；Si硅：0.35；Mn錳：0.80；P磷≤0.025；S硫≤0.010；Cr铬：0.40 出场状态 退火至212HB 钢材特性 ⑴YK30系在SK3成份中添加少许的Gr（铬），以改善通常炭素工具钢易碎裂的性质，而达到延长工具的寿命。 ⑵少量生产用碳素工具钢。油淬火用，热处理容易。用 途 适用于冲模，夹具，工具等。 SGT(SKS3)耐磨不变形合金工具钢 SKS3 耐磨不变形合金工具钢 化学成份(%) C碳：0.95；Si硅：0.25；Mn錳：0.75；Cr铬：0.75；W钨：0.75；P磷＜0.025；S硫＜0.010 钢材特性 此钢为錳－铬－钨合金钢，是高品质不变形的冷作工具钢。硬 度 HRC60℃以上 用 途 可适合广泛使用在切削，冷冲压和成形工具，如剪刀模，冷冲压模，各种量规，铝刀铰刀，工模轴压和塑胶小模件等。 HPM38抗腐蚀镜面模钢 HPM38 抗腐蚀镜面模钢 主要成份(%) 专利 13 铭钼不锈钢 交货状态 预硬至 29-33HRC 淬火过火后硬度可达 50-55HRC 钢材特性 HPM38是13铬系含钼不锈钢，经过特殊溶解制造而成的，因此最适合于硬度高且对耐腐蚀镜面性要求高的塑料模具。 而且它热处理变形极小，所以也适合于精密热处理。此外，浸蚀性好，对模具的保养十分有利。 镜面加工性十分优良， 拥有比SUS420J2更好的耐磨蚀性，无需镀铬。 热处理畸形变小，最适合于精密模。 交货时为预硬状态，因此可以立即使用。用 途 用于耐磨腐蚀及镜面加工精密塑料模具钢 透明品成型模具、透镜、化妆品盒等 阻燃树脂成型模具、家电、办公用具、通信器材零件 无电镀产品：食品窗帘容器， 医疗器械。热处理 淬火 1000-1050 空冷 回火 200-500 空冷
我国模具材料与模具热处理的研究进展
五十年代，我国模具用钢全部因袭国外钢号。进入六十年代，为了节约原材料和提高毛坯精度，少无切削工艺和精密成形技术有了迅速的发展，为了提高生产效率，采用了许多高效压力加工设备，锻锤逐渐被压力机替代。原用模具钢的性能常不能满足服役条件对性能的高要求，影响了模具的使用寿命和压力加工新工艺新设备的推广应用。七十年代末，精密及大型工程塑料制品的使用日益广泛，对塑料模具
用钢的需求量急剧增加，对塑料模具钢的性能也提出了新的要求，而我国当时尚无塑料模具专用钢。
六十年代以来，在国家有关部委的支持下，中国科技工作者结合国情，开发出不少新模具钢，其中一些使用性能优异、工艺性能也比较好的新钢种受到模具制造和使用单位的欢迎。在此期间也引进了一些国外通用的钢号，其中有些钢号通过生产试用，取得良好的效果。对一些使用效果较好的冷作模具钢和热作模具钢，有关部门还分别组织了性能对比试验研究，提出了选择和应用的建议。为满足高耐磨、长寿命模具的需要，五十年代末，我国硬质合金有了迅速的发展，同时也开发了多种钢结硬质合金，用做模具取得良好的效果。
本文分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢、硬质合金和钢结硬质合金、模具热处理、展望和建议六部份论述。
冷作模具钢
目前我国常用的冷作模具钢仍是低合金工具钢CrWMn和高碳高铬工具钢Cr12MoV及Cr12这些老的钢号。CrWMn钢有适当的淬透性和耐磨性，热处理变形小，但CrWMn钢锻后需较严格地控制冷速，并采用适当的热处理，使碳化物呈均匀细小的粒状，分布于基体上，否则易形成网状碳化物，导致模具在使用中的崩刃和开裂。高碳高铬工具钢有高的耐磨性，但其碳化物偏析较严重，导致变形的方向性和强韧性的降低。通过反复镦拨可在一定程度上改善其偏析程度。
1981年，我国引入国际通用的高碳高铬工具钢D2(Cr12Mo1V1)。和Cr12MoV钢相比，D2钢的碳化物偏析较之Cr12MoV略有改善，强度与韧性稍有提高，D2钢制作的模具，其使用寿命亦有不同程度的提高。高速钢(主要是W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V)有更高的耐磨性和强度，常用于制作模具，但其韧性不能满足复杂大型和受冲击负荷大的模具的需要。
为了改善这类钢的强韧性，我国开发了一些新的冷作模具钢，如：
1、低合金冷作模具钢
这类钢的主要特点是工艺性好，淬火温度低，热处理变形小，强韧性好，并具有适当的耐磨性。如GD(6CrMnNiMoVSi)、7CrSiMnMoV(简称CH)、DS钢等。GD钢用于制作易崩刃、断裂的冷冲模具有高的使用寿命。CH钢的成分与日本的SX105V钢相同，是一种火焰淬火钢，常用于制做汽车等生产线上用的模具零件，火焰淬火时加热模具刃口切料面，硬化层下又有一个高韧性的基体做衬垫，从而使模具获得较高的使用寿命。DS钢是一种冲击冷作模具钢，其冲击韧性显著优于常用的高韧性刀片用工具钢6CrW2Si。
2、基体钢
基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体化学成分相同的钢。美国、日本在七十年代初即
研究过牌号为Vasco MA、Vasco Matrix I和MOD2的基体钢，相当于M2和M36高速钢的基体，但未得到广泛的使用。我国研制了一些基体钢，如65Cr4W3Mo2VNb(简称65Nb)、65W8Cr4VTi(简称LM1)65Cr5Mo3W2VSiTi(简称LM2)钢等。这些基体钢的主要特点是其含碳量稍高于基体的含碳量，以增加一次碳化物量和提高耐磨性，还加入少量的强碳化物形成元素铌或钛，以形成比较稳定的碳化物，阻止淬火加热时晶粒的长大并改善钢的工艺性能。这类基体钢已较广泛地用于制作冷挤压、厚板冷冲、冷镦等模具，特别适于难变形材料用的大型复杂模具，还可用做黑色金属的温热挤压模具。
3、韧性较高的耐磨冷作模具钢
为了改善Cr12型冷作模具钢的碳化物偏析，提高其韧性，并进一步增加钢的耐磨性，我国做了大量的研究工作，开发出不少新的钢种，如LD、ER5和GM钢等。在这些钢中，适当降低了铬含量以改善碳化物偏析，增加钨、钼和钒的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性。与Cr12型冷作模具钢比较，这类钢的碳化物偏析有所改善，有较高的韧性。这类钢比Cr12型冷作模具钢有更好的耐磨性，因而制做的模具有更高的寿命，更适于高速冲床和多工位冲床的使用。
热作模具钢
我国常用的热作模具钢为5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8V钢。
5CrNiMo钢主要用做大中型锻模。但其淬透性不够高，回火稳定性也不高，其性能不能满足大截面锻模对性能的要求。3Cr2W8V钢广泛用做黑色和有色金属热挤压模和Cu、Al合金的压铸模。这种钢的热稳定性高，使用温度达650℃，但钨系热作模具钢的导热性低、冷热疲劳性差。
我国在八十年代初引进国外通用的铬系热作模具钢H13 (4Cr5MoSiV1)，H13钢有良好的冷热疲劳性，在使用温度不超过600℃时，代替3Cr2W8V钢，模具寿命有大幅度提高，因此H13钢迅速得到推广应用，其产量已超过3Cr2W8V钢。
为适应压力加工新工艺、新设备对模具钢在强韧性和热稳定性方面更高的要求，我国研制了不少的新热作模具钢，主要有：
1、热锻模具钢
国内在八十年代，针对5CrNiMo钢的淬透性不能满足大截面锤锻模的需要和使用温度不超过500℃的问题，对国内外用钢做过大量的分析对比和研究。研究工作表明，国外同类钢5CrNiMoV中的Cr、Ni、Mo含量均高于国产5CrNiMo钢，并含有少量的V，因而其淬透性和回火稳定性均高于国产5CrNiMo钢，并建议选用5CrNiMoV钢，用于制做大型、复杂的重载荷锤锻模。
国内还开发了大截面热锻模具钢5Cr2NiMoVSi和45Cr2NiMoVSi钢，已获得较广泛的应用。与5CrNiMo钢相比，这些钢中的碳含量稍低，提高了Cr和Mo的含量并加入
适当的V和Si，因之有高的淬透性和热稳定性。45Cr2NiMoVSi钢中的碳和硅，较之5Cr2NiMoVSi钢，稍有降低，更适宜于做锤锻模。这种钢用于制造4000t以上机械压力机锻模和3t以上锻锤模，使用寿命较5CrNiMo和5CrNiMoV提高0.5~1.5倍。3Cr2MoWVNi钢也是我国开发的一种热锻模用钢，有高的使用寿命。
2、热挤压用模具钢
H13已是国内外广泛使用的热作模具钢，在使用温度不超过600?C时，有良好的冷热疲劳性能，用做热挤压模和铝合金压铸模，有比较高的使用寿命。但H13钢有较大的尺寸效应，国外采用炉外精练、高温扩散退火、等向锻造等工艺，以改善其尺寸效应，减小Cr和Mo的成分偏析，国内多采用电渣重熔等工艺。
我国研制了许多强韧性好、热稳定性高的热挤压用热作模具钢。一些钢是在国外钼系3Cr3Mo3V钢和铬系H13钢的基础上发展起来，并在合金化方面有一定特色，如HMI(3Cr3Mo3W2V)、TM(4Cr3Mo2WMnVNb)、Y4(4Cr3Mo2MnVB)、Y10(4Cr5Mo2SiV1)、HD2(4Cr3Mo2VNiNbB)、012Al(5Cr4Mo3SiMnVAl)等钢。这些钢在保持较好的强韧性条件下，具有高的其热稳定性，分别用于制做热挤压模、精锻模、有色金属压铸模等，有良好的使用效果。
我国有关部门曾组织一些研究单位和使用单位，选择了27种国内外应用和新研制成功的热作模具钢，对其基本力学性能、工艺性能和使用性能进行测试和对比，并提出了各类热作模具的选材准则。
塑料模具钢
塑料成形用模具产值已在模具工业总产值中占首位。中国过去无专用塑料模具用钢。近年在引进国外塑料模具用钢的同时，自行研制和开发出一些新的塑料模具专用钢。
1、预硬型塑料模具钢
这类钢在钢厂经过充分锻打后制成模块，预先热处理至要求的硬度(一般预硬至30~35RHC)后，供使用单位制模。P20(即3Cr2Mo)是国外使用最广泛的预硬塑料模具钢，已列入我国合金工具钢标准，八十年代以来已在我国一些工厂广泛采用。718是瑞典生产的改型P20钢，较P20有更高的淬透性，调质后可在大截面尺寸保持硬度均匀一致，亦在我国得到较广泛地使用。
2、易切削预硬钢
为了改善预硬塑料模具钢的被切削性能，可加入易切削元素。美国、日本、德国都发展了一些易切削预硬钢。国外易切削预硬钢主要是S系，也有S-Se系、Ca系。但Se价格较贵。S系易切削钢的各向异性较大，在截面增大时，硫化物的偏析比较严重。
我国研制了一些含硫易切削预硬塑料模具钢，如8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)和S-Ca复合易切削塑料模具钢5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)。5NiSCa钢采用了S-Ca复合易切削系和喷射冶金技术，改善了硫化物的形态、分布和钢的各向异
性,在大截面中硫化物的分布仍比较均匀。5NiSCa钢有高的淬透性和镜面抛光性，模具硬度为35~45HRC时，可顺利进行各种加工。
3、非调质塑料模具钢
这种钢不经调度处理，锻、轧后可达到预硬硬度，有利于节约能源、降低成本、缩短生产周期。我国开发的这类钢有：中碳锰硼系空冷贝氏体钢、可用于制作塑料模和橡胶模；非调质塑料模具钢2Mn2CrVTiSCaRe(FT),钢中加入S、Ca、Re做为易切削元素，比S-Ca复合系易切削钢有更好的切削性能；低碳MnMoVB系非调质贝氏体型大截面塑料模具钢(B30)，钢中加入S、Ca作为易切削元素，工业试生产表明400mm厚板坯热轧后空冷，硬度沿截面分布较均匀。
4、时效硬化钢
我国开发了几种低镍时效硬化钢，这些钢经调质后进行机械加工，再经时效，通过析出金属间化合物提高硬度，热处理后变形很小。时效硬化钢适于制作高精度塑料模具、透明塑料用模具等。
这类钢有25CrNi3MoAl、10Ni3Mn2AlCu(PMS)和06Ni6CrMoVTiAl等钢。这些钢经调质后，硬度为20~30HRC，可进行机械加工，再经时效，硬度可达38~42HRC、。
5、耐蚀塑料模具钢
塑料制品在以化学性腐蚀塑料为原料时，模具需具有防腐蚀性能，一般采用耐蚀钢制造模具，此时还要求有较好的耐磨性。常用的钢种为4Cr13(420)、9Cr18、17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我国开发的一种耐蚀塑料模具钢，有较好的综合力学性能良好的抗蚀性。
硬质合金和钢结硬质合金
硬质合金是用粉末冶金方法制造的一类复合材料。硬质合金的硬度很高、耐磨性好，有高的弹性模量和高的使用工作温度。用于制作某些模具，模具使用寿命可提高数倍、数十倍以上。但硬质合金较脆，抗弯强度和韧性较差，且不能进行机械加工。硬质合金作为模具材料，主要用于拉丝模具、受冲击力不大的冷挤和冷冲模具等。目前,我国已可生产各类牌号的硬质合金，基本上可以满足国内市场的需要。
为了满足制造集成电路板钻孔用的微型钻头、计算机用的点阵打印针、精密工模具等的需要，近年来，各国都研制出一些微晶(WC晶粒小于1微米)和超细晶粒硬质合金(WC晶粒小于0.6微米),传统的硬质合金中，WC晶粒尺寸为1.3～1.5微米。超细晶粒硬质合金弥补了常规硬质合金的许多不足，扩大了其应用范围，在制造耐磨耐冲击工模等方面取得了良好的效果。我国一些研究单位和硬质合金厂已研制出多种牌号的微晶硬质合金和超细晶粒硬质合金。开发高性能超细晶粒硬质合金目前仍是硬质合金研究的热点。
钢结硬质合金是以碳化物为硬质相，钢作粘接相形成的复合材料。钢结硬
质合金有良好的耐磨性，其强度和韧性一般高于硬质合金，并具有可热处理性、可切削加工性、可锻性和可焊性这样一些工艺性能。模具是钢结硬质合金的主要应用领域。我国于60年代开始研制这种材料，已研制成多种牌号的钢结硬质合金，用作模具的钢结硬质合金，硬质相主要用TiC和WC，钢的基体主要采用低合金铬钼钢、中高合金工具钢或高速钢，如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。钢结硬质合金已用于制作冷镦模、挤压模、拉伸模、冲裁摸、拉丝模、热镦模等。
粉末冶金技术的发展和热等静压的应用，导致七十年代无偏析粉末高速钢的生产和使用，其主要特点是强韧性、可磨削性、等向性、热处理工艺性都优于一般高速钢，并有比较高的使用寿命。以后用此技术生产常规工艺无法生产的高碳高钒高耐磨冷模具钢，这类钢有较好的切削加工性和磨削性能，并有较好的韧性，制成的模具使用寿命与一些硬质合金相近。国外已生产多种牌号的粉末冶金高耐磨冷模具钢，国内尚少研究。
模具热处理
模具制造的成本高，特别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，可以大幅度提高模具寿命，有显著的经济效益，我国模具技术工作者十分重视模具热处理技术的发展。
1、真空热处理
模具钢经真空热处理后有良好的表面状态，变形小。与大气下的淬火比较，真空油淬后模具表面硬化比较均匀，而且略高一些，主要原因是真空加热时，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，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，钢的断裂韧性有所提高，模具寿命比常规工艺普遍提高40%~400%，甚至更高。冷作模具真空淬火技术已得到较广泛的使用。
2、深冷处理
近年来的研究工作表明，模具钢经深冷处理(-196℃)，可以提高其力学性能，一些模具经深冷处理后显著提高了使用寿命。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。如果在淬火、回火后钢中仍保留有残余奥氏体，则在深冷处理后仍需要再进行一次回火。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，也可用于热作模具和硬质合金。深冷处理技术已越来越受到模具热处理工作者的关注，已开发出专用深冷处理设备。不同钢种在深冷过程中的组织变化及其微观机制及其对力学性能的影响，尚需进一步研究。
3、模具的高温淬火和降温淬火
一些热作模具钢，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常规淬火温度加热淬火，可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态和分布，使固溶于奥氏体中碳的分布均匀化，淬火后可在钢中获得更多的板条马氏体，提高其断裂韧性和冷热疲劳抗力，从而延长模具使用寿命。例如3Cr2W8V钢制的一种热挤压模具，常规淬火温度为1080~1120℃，回火温度为560~580℃。当淬火温度提高至1200℃，回火温度为680℃(2次)，模具寿命提高了数倍。
W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速钢和Cr12MoV等高合金冷作模具钢，可适当降低其淬火温度，以改善其塑韧性，减少脆性开裂倾向，从而提高模具寿命。例如W6Mo5Cr4V2的淬火温度可选用1140~1160℃。
4、化学热处理
化学热处理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎所有的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。
研究工作表明，高碳及低合金工具钢和中高碳高合金钢均可进行渗碳或碳氮共渗。高碳低合金钢渗碳或碳氮共渗时，应尽可能选取较低的加热温度和较短的保温时间，此时可保证表层有较多的未溶碳化物核心，渗碳和碳氮共渗后，表层碳化物呈颗粒状，碳化物总体积也有明显增加，可以增加钢的耐磨性。W6Mo5Cr4V2和65Nb钢制模具进行渗碳以及65Nb钢制模具真空渗碳后，模具的寿命均有显著提高。
采用500~650℃高温回火的合金钢模具，均可在低于回火温度的范围内或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。离子渗氮可以缩短渗氮时间，并可获得高质量的渗层。离子渗氮可以提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳性和抗粘附性能。
氮碳共渗可在气体介质或液体介质中进行，渗层脆性小，共渗时间比渗氮时间大为缩短。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后可显著提高其热疲劳性能。氮碳共渗对冷镦模、冷挤压模、冷冲模、拉伸模等均有很好的应用效果。
冷作模具和热作模具还可以进行硫氮或硫氮碳共渗。近年许多研究工作都表明稀土有明显的催渗效果，从而发展了稀土氮共渗、稀土氮碳共渗等新工艺。
5、渗硼和渗金属
渗硼可以是固体渗硼、液体渗硼和膏剂渗硼等，应用最多的是固体渗硼，市场上已有固体渗硼剂供应。固体渗硼后，表层的硬度高达1400`2800HV，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。
渗硼层较脆，扩散层比较薄，对渗层的支撑力弱，为此，可采用硼氮共渗或硼碳氮共渗，以加强过渡区，使其硬度变化平缓。为改善渗硼层脆性，可采用硼钒、硼铝共渗。
渗金属包括渗铬、渗钒、渗钛等工艺均可用于处理冷作和热作模具，其中TD法(熔盐渗金属)已得到一些应用，可使模具寿命提高几倍乃至十几倍。
6、气相沉积
气相沉积按形成的基本原理，分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。
PVD分为真空蒸镀、溅射镀和离子镀。离子镀是蒸镀和溅射镀相结合的技术，离子镀膜具有粘着力强、均镀能力好、被镀基体材料和镀层材料可以广泛搭配等优点，因而获得较广泛的应用。近年来多弧离子镀受到人们的重视。目前在模具上应用较多的是离子镀TiN，这种膜不仅硬度高而且膜的韧性好、结合力强、耐高温。在TiN基础上发展起来的多元膜，如(TiAl)N、(TiCr)N等，性能优于TiN，是一类更有前途的新型薄膜。
CVD是用化学方法使反应气体在基础材料表面发生化学反应形成覆盖层(TiC、TiN)的方法。CVD有多种方法。通常，CVD的反应温度在900℃以上，覆层硬度达到2000HV以上，但高的温度容易使工件变形，沉积层界面易发生反应。发展趋势是降低温度，开发新的涂层成分。例如，金属有机化合物CVD(MOCVD)，激光CVD(LCVD)，等离子CVD(PCVD)等。
7、高能束热处理
高能束热处理的热源通常是指激光、电子束、离子束等。它们共同的特征是：供给材料表面功率密度至少103W/㎝2。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。国内外对高能束热处理的原理、工艺等均投入较多的研究，比较成熟的是激光相变硬化、小尺寸电子束处理和中等功率的离子注入，并在提高模具寿命方面获得了应用。
展望和建议
可以认为，我国已建立了较完整的模具用材系列，其中一些模具材料的性能优异，达到国际先进水平。我国模具热处理的研究开发亦可与国际同步，一些新的模具热处理技术在不同程度上得到推广和应用。
针对存在的问题，对今后我国模具用材料和模具热处理技术的发展，提出如下建议：
1、加速模具钢生产的制品化、精料化和模具钢经销的商品化。
我国每年模具用钢超过20万吨，且逐年增长。近年，国外模具钢的进口量，约占模具钢需要量的1/3，呈逐渐增加趋势。主要问题是我国模具钢的品种规格较少，模具钢生产的制品化、精料化和经销的商品化程度低。在一些工业发
达国家，冶金企业供应经机加工的模具钢制品已达50~60%，而中国80%以上的模具钢仍以黑皮圆棒供货。越来越多的模具制造厂点要求在模具设计完成后，模具钢供应厂商能迅速提供所需钢材，减少库存钢材数量，缩短制模周期。中国钢材生产企业尚不适应这一商品市场机制，这是进口模具钢材在中国日益扩大的重要原因。
2、大力推广应用性能优良的新型模具钢不断完善模具钢钢种系列
我国已开发出不少有一定特色的新型模具钢，其中一些钢的性能优异，达到或超过国外同类钢的水平。但这些新钢的推广数量和应用范围不够大，主要原因是由于中国模具钢的生产尚未走制品化、精料化的道路而经销方式不适应商品市场的要求，解决了这些问题，这些性能良好的新型模具钢有广阔的推广前景，将会产生巨大的经济效益。
中国已经有了较完整的模具钢系列，尚需不断提高其质量，扩大应用，在应用中进一步存优去劣。同时，有选择地开发先进模具钢，完善中国的模具钢系列，例如开发粉末冶金模具钢，多元易切削系塑料模具钢，建立玻璃、陶瓷，耐火砖和地砖等成形模具用钢系列等。
3、进一步提高模具钢的质量
我国某些特殊钢厂已采用新的冶金设备和工艺生产模具钢，如炉外精炼、真空冶炼、快锻机和精锻机等，一些模具钢的质量有大幅度提高，如D2、P20等钢已批量出口，出口产品的质量可以达到国际先进水平。工业发达国家一直在努力提高模具钢的纯净度、致密度、均匀性和质量稳定性。国外有的企业规定在高纯度模具钢中[O]?10ppm，[H]? 2ppm，S?50ppm，因为钢的纯净度的进一步提高可以显著提高钢的韧性和疲劳性能。对大型模具还必须采用真空除气、高温扩散退火，减少合金元素的偏析，并使用等向锻选工艺，提高等向性，使模具钢的横向和厚向的塑性和韧性达到纵向的80~90%以上。我国还需要在这方面进一步开展工作。
4、加强先进模具热处理技术的推广与应用
模具的可控气氛热处理与真空热处理应进一步得到发展、推广和应用。一些行之有效的模具表面热处理技术，应完善其工艺，加强其推广和应用。提高装备和工艺材料的制造水平，加强热处理专业厂的建设
模具热处理技术的现状及走势
模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程，对模具的制造精度、模具的强度、模具的工作寿命、模具的制造成本等有着直接的影响。20世纪80年代以来，国际模具热处理技术发展较快的领域是真空热处理技术、模具的表面强化技术和模具材料的预硬化技术。
模具的真空热处理技术
真空热处理技术是近些年发展起来的一种新型的热处理技术，它所具备的特点，正是模具制造中所迫切需要的，比如防止加热氧化和不脱碳、真空脱气或除气，消除氢脆，从而提高材料（零件）的塑性、韧性和疲劳强度。真空加热缓慢、零件内外温差较小等因素，决定了真空热处理工艺造成的零件变形小等。
模具真空热处理中主要应用的是真空油冷淬火、真空气冷淬火和真空回火。为保持工件（如模具）真空加热的优良特性，冷却剂和冷却工艺的选择及制定非常重要，模具淬火过程主要采用油冷和气冷。对于热处理后不再进行机械加工的模具工作面，淬火后尽可能采用真空回火，特别是真空淬火的工件（模具），它可以提高与表面质量相关的机械性能，如疲劳性能、表面光亮度、耐腐蚀性等。
热处理过程的计算机模拟技术的成功开发和应用，使得模具的智能化热处理成为可能。由于模具生产的小批量（甚至是单件）、多品种的特性，以及对热处理性能要求高和不允许出现废品的特点，又使得模具的智能化热处理成为必须。国外工业发达国家，如美国、日本等，在真空高压气淬方面，发展的也很快，主要针对目标也是模具。
模具的表面处理技术
模具在工作中除了要求基体具有足够高的强度和韧性的合理配合外，其表面性能对模具的工作性能和使用寿命至关重要。模具的表面处理技术，是通过表面涂覆、表面改性或复合处理技术，改变模具表面的形态、化学成分、组织结构和应力状态，以获得所需表面性能的系统工程。目前在模具制造中应用较多的主要是渗氮、渗碳和硬化膜沉积。
由于渗氮技术可形成优良性能的表面，并且渗氮工艺与模具钢的淬火工艺有良好的协调性，同时渗氮温度低，渗氮后不需激烈冷却，模具的变形极小，因此模具的表面强化是采用渗氮技术较早，也是应用最广泛的。
模具渗碳是为了提高模具的整体强韧性，即模具的工作表面具有高的强度和耐磨性。硬化膜沉积技术目前较成熟的是CVD、PVD。模具自上个世纪80年代开始采用涂覆硬化膜技术。目前的技术条件下，硬化膜沉积技术（主要是设备）的成本较高，仍然只在一些精密、长寿命模具上应用，如果采用建立热处理中心的方式，则涂覆硬化膜的成本会大大降低，更多的模具如果采用这一技术，可以整体提高我国的模具制造水平。
模具材料的预硬化技术
自上个世纪70年代开始，国际上就提出预硬化的想法，但由于加工机床刚度和切削刀具的制约，预硬化的硬度无法达到模具的使用硬度，所以预硬化技术的研
发投入不大。随着加工机床和切削刀具性能的提高，模具材料的预硬化技术开发速度加快，到上个世纪80年代，国际上工业发达国家在塑料模用材上使用预硬化模块的比例已达到30%（目前在60%以上）。
我国在模具材料的预硬化技术方面，起步晚，规模小，目前还不能满足国内模具制造的要求。采用预硬化模具材料，可以简化模具制造工艺，缩短模具的制造周期，提高模具的制造精度。可以预见，随着加工技术的进步，预硬化模具材料会用于更多的模具类型。
范文二：铸造模具用什么材料
铸造模具用什么材料
铸造模具使用的材料有以下几种：
根据铸件产量的不同即铸造模具使用次数的不同，可分别选用木材、塑料、铝合金、铸铁及钢材等。
木模目前仍广泛应用于手工造型或单件小批量生产中，但随着环境保护要求日益加严，木材使用将日益受到限制，代之而起的将是实型铸造。实型铸造以泡沫塑料板材为材料，裁剪粘接而成模样，然后浇注而成铸件。
该方法较之用木模，不但节省了木材，而且使铸件有更高的尺寸精度和更好的表面粗糙度，塑料模应用呈上升趋势，尤其是可加工塑料的推向市场和塑料模寿命的提高，更使得塑料模应用日益广泛。
铝合金模由于重量轻、尺寸精度又较高，固此应用仍较广泛。但近来应用已有减少趋势，部分范围已分别为塑料模(当铸件批量较小时) 或铸铁模(当铸件批量较大时) 所取代。
铸铁模具仍是大批量铸造生产的首选，并被大量使用，它具有强度高、硬度高、耐磨、加工性好、成本低廉、使用寿命长等优点。近几年来，由于铸造水平的提高，已有越来越多的模样、模底板、型板框等采用强度和耐磨性更高的球铁或低稀土合金灰铸铁制作，而耐热疲劳性能更好的蠕墨铸铁也被用于芯盒材料。 钢材以往主要用于铸模上的标准件、耐磨镶块或内衬，较少用于制作铸造模具本体，因为碳钢使用寿命并不高于球铁或低合金灰铁，而合金钢价格又十分昂贵。但随着模具加工技术的提高及对铸造模具尺寸稳定性要求的提高，模具钢、铬钼台金钢也用于制作铸造模具。
此外，据有铸造模具多年经验的洛阳刘氏模具介绍，已有越来越多的钢材用于制作模底板、芯盒框架等工装件上。这些铸造模具所使用的材料当中现在铸铁用得最多，因为现在人工造型将被逐渐淘汰，用造型机，射芯机，壳芯机造型是必然趋势，用这些造型设备造型，铸造模具大多用铸铁作为原材料。 铸造模具材料的选择：
1、生产批量：当冲压件的生产批量很大时，模具的工作零件凸模和凹模的材料应选取质量高、耐磨性好的模具钢。对于模具的其它工艺结构部分和辅助结构部分的零件材料，也要相应地提高。在批量不大时，应适当放宽对材料性能的要求，以降低成本。
2、被冲压材料的性能、模具零件的使用条件
当被冲压加工的材料较硬或变形抗力较大时，冲模的凸、凹模应选取耐磨性好、强度高的材料。拉深不锈钢时，可采用铝青铜凹模，因为它具有较好的抗粘
着性。而导柱导套则要求耐磨和较好的韧性，故多采用低碳钢表面渗碳淬火。
3、材料性能应考虑材料的冷热加工性能和工厂现有条件。
4、采用微变形模具钢，以减少机加工费用。
5、对特殊要求的模具，应开发应用具有专门性能的模具钢。
6、选择模具材料要根据模具零件的使用条件来决定，做到在满足主要条件的前提下，选用价格低廉的材料，以降低成本。
范文三：挤压铸造用模具材料的选用
2004年第4期2004年 8月
铸造设备研究
RESEARCHSTUDIESONFOUNDRYEQUIPMENT
Aug.2004 №4
?综述?
挤压铸造用模具材料的选用
王建宏,龙思远
(重庆大学机械工程学院,重庆 400044)
摘 要:挤压铸造是一种先进的机械零件液态成形技术,具有工艺适用性好、工艺出品率高、机械化程度高、生产率高、劳动条件较好等优点。本文主要介绍了挤压铸造各种合金对模具材料的性能要求,在挤压铸造生产中模具材料的选用情况以及目前国内外新型模具材料的研究进展。 关键词:挤压铸造;模具材料;性能要求
中图分类号: TG24919 文献标识码:A 文章编号:1004-6178(2004)04-0036-04
TheSelectionofMouldMaterialsforSqueezeCasting
WANGJian2hong,LONGSi2yuan
(CollegeofMechanicalEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044,China)
Abstract:Squeezecastingisanadvancedliquidformationtechniqueformachineparts,andhastheadvantagesofhighadaptabili2
ty,highefficiency,highmechanizationdegreeandgoodworkcondition.Thefunctionalrequirementsandselectionofmouldmaterialsinsqueezecasting,andtheresearchheadwayofnewtypemouldmaterialswerespecifiedinthispaper.
Keywords:squeezecasting,mouldmaterials,functionalrequirement
挤压铸造是一种先进的机械零件液态成形技
术,具有工艺适用性好、工艺出品率高、机械化程度高、生产率高、劳动条件较好等优点,其生产出的挤压铸件致密度高、组织均匀、晶粒细化、尺寸精度高、无内部缩孔和气孔、可热处理、力学性能与模锻相当,可用于各种有色合金,并能成形复杂零件,是一种很有发展前途的工艺方法。在挤压铸造生产过程中,模具材料的选择对铸件的质量和模具的寿命有着十分重要的影响。若模具材料的选择不当,将会导致铸件的外形尺寸和表面质量出现问题,并降低
[1、2]
模具的使用寿命。1 挤压铸造模具
111 挤压铸造模具的主要作用
112 对模具材料的要求
由于在挤压铸造过程中,挤压铸造模具既要接
触高温金属熔体,又要承受一定的压力,因此要求模具材料具有优良的热稳定性、抗热疲劳性、抗氧化性、导热性、高的淬透性以及较低的线膨胀系数。从生产的角度出发,挤压铸造模具还必须具备操作方便、生产率高、寿命长和成本低等要求,并能保证铸件的外形尺寸、表面质量和内部组织[1]。对模具材料的具体要求为:①高温下具有较高的强度、硬度、耐磨性和适当的塑性,并在长期的冷却加热工作过程中,组织与性能保持稳定;②具有良好的抗热疲劳性能,有良好的抗裂纹扩展能力;③高温下不易氧化,能抵抗液态金属的粘焊和熔蚀;④导热性好,热膨胀系数小。
2 挤压铸造模具材料的选用
由于挤压铸造是将液态金属直接浇入金属型腔
内,然后在一定的时间内以一定的压力作用于熔融或半熔融态的金属熔体使之成形,并使金属熔体在此压力下结晶,因此挤压铸造模具的主要作用为:①保证液态金属在充分压力下结晶成型;②对正在结晶的金属熔体直接施加机械压力,用施加的压力补偿凝固和冷却收缩,消除铸件的缩孔缩松缺陷;③进行铸件的热交换,并通过与铸件的热交换使金属熔体凝固成型。
收稿日期:2004-02-13
作者简介:王建宏(1978-),男,硕士。
模具材料的选择,应该根据模具的生产条件和模具的工作条件的需要,结合模具材料的基本性能和相关的因素,来选择适合模具需要的、经济上合理的、技术上先进的模具材料。同时还必须兼顾到模具的使用性能要求,这是因为模具的使用性能不但决定着模具生产效率的大小,还决定着模具操作的可靠性[10]。如果模具材料选择不当,则必将影响铸
2004年第4期 王建宏,等:挤压铸铸造用模具材料的选用37
件质量,导致模具寿命低下,降低生产效率,并使生产成本增加。要取得最佳的技术经济效益,就要根据不同的生产批量、工艺方法和加工对象合理的选用模具材料。例如,在大批量生产中,可选用硬质合金或高强韧、高耐磨模具钢等长寿命的模具材料以满足大批量生产需求;在中等批量生产中,选用通用模具钢;若是小批量生产或新产品试制,则可采用锌
〔7、11〕
合金、铋锡合金等低熔点合金模具材料。对于容易变形失效的模具,需要材料有足够强度和尺寸稳定性;对于容易磨损失效的模具,要求材料具有较高的硬度;对于容易疲劳失效的模具,则要求材料有足够的韧性。总而言之,模具选材既要满足模具的工作条件,又要满足其工艺性能要求,还要考虑经济情况。具体到挤压铸造模具材料的选用,则主要是依据铸造合金的浇注温度、组成型腔各零件的工作条件和材料货源等情况而定。具体情况如下:2.1挤压铸造铝、镁和锌等低熔点合金用模具材料
铝、镁、锌等合金的浇注温度分别在600℃～740℃、630℃～680℃、400℃～450℃之间。模具工作过程中的主要损坏形式是机械磨损。对锌合金而言,由于其温度较低,故除常用模具钢外,也可采用合金结构钢制造模具,甚至可采用低碳钢。但一般选用热模工具钢作为模具材料,经调质处理后再进行氮化或氰化等表面处理。以前我国长期使用3Cr2W8V钢,但因其塑性、韧性较差,现在已推广使用综合性能更优的4Cr5MoSiV1(H13)钢,二者的使用寿命均可达数万件以上。目前国内已有单位研制出性能优于3Cr2W8V钢的替代钢种。但是对镁合金来说,由于其浇注温度为630℃～680℃且要求一定的合金过热度,而4Cr5MoSiV1钢当使用温度高于650℃时其高温性能严重下降。因此难以保证镁合金铸件质量。可考虑使用HDM1、HDM2、HM1、8407等。
2.2 挤压铸造铜合金用模具材料
铜合金的浇注温度约为900℃～1180℃,模具在工作过程中出现的粘焊、热疲劳裂纹、表面氧化等
〔1〕
损坏比铝合金严重的多。目前模具材料主要采用3Cr2W8V等铬钨钒钢,并经调质处理,也可采用4Cr5MoSiV1钢。模具寿命一般在千件以上。对于
冲头、型芯等受热、受力较大的零件,为提高其寿命,也可采用难熔金属。如钨基合金Anviloy1150,其化学成分为90%W、4%Mo、4%Ni和2%Fe,采用粉末冶金方法生产。由于钨合金熔点很高,液态金属对其润湿性低、粘附性小,不易造成粘焊、熔蚀等模具损伤,并且钨合金在600℃以上的高温性能高于钢,因此适用于铜合金用模具。与其类似的还有MTZ钼基合金、镍基高温合金Inconel718以及上海钢铁研究所研制的GH-761、GH-4145等难熔金属及高温合金。但是,使用难熔金属及高温合金
〔1〕
将会导致成本提高,并使加工困难。2.3 挤压铸造黑色金属用模具材料
钢和铸铁的浇注温度约在1300℃～1600℃之间,模具在工作过程中的主要损坏形式是热疲劳裂纹和熔蚀。因此,模具零件多采用铬钨钒或铬钼钒等模具钢,并经调质处理。若模具尺寸精度要求不高,也可采用低碳钢。黑色金属用模具的使用寿命一般只有几百件到几千件,冲头和型芯的寿命则更短。最为常用的3Cr2W8V钢由于其热疲劳抗力差,使用寿命很低。模具的低寿命已成为黑色金属挤压铸造中的难题。目前,国内外正在大力研究使用钼、钨或铌基难熔合金,铁、钴、镍基耐热合金以及其它材料。如上文提到的钨基合金Anviloy1150、MTZ钼基合金、镍基高温合金Inconel718、GH-761等几种合金也同样适用于挤压铸造黑色金属用
模具材料。表1是挤压铸造型腔零件选材的一般情况。
1〕
表1 挤压型腔各零件选材一般情况〔
模具零件名称
锌合金铸件用模具
凹 型镶 块
冲 头型 芯芯 轴
推 杆卸料套筒
5CrNiMo5CrMnMo4Cr5MoSiV14Cr5MoSiV15CrNiMo5CrMnMo40CrT8～T10
型腔零件选材情况
铝、镁合金铸件用模具
4Cr5MoSiV13Cr2W8V4Cr5MoSiV3Cr2W8V4Cr5MoSiV15CrNiMo4Cr5MoSiV13Cr2W8V
铜合金铸件用模具
3Cr2W8V4Cr5W2VSi3Cr2W8V
黑色金属铸件用模具
3Cr2W8V3Cr2W8Co5V4Cr5MoSiV1
难熔金属Inconel718
3Cr2W8V3Cr2W8Co5V
难熔金属
3Cr2W8Co5V3Cr2W8V4Cr5W2VSi4Cr5MoSiV1
3Cr2W8V4Cr5MoSiV1
38
铸 造 设 备 研 究 2004年第4期
和铜的挤压铸造模具。
3.5 QRO-90
QRO-90是瑞典ASSAB公司专利所有的一种高寿命的铬-钼-钒热作合金工具钢,其成分为w(C)=0.38%、w(Si)=0.30%、w(Mn)=0.75%、w(Cr)=2.6%、w(Mo)=2.25%、w(V)=0.9%。由于QRO-90采用了特别的炼钢技术如电渣重熔,因此其具有极佳的高温强度和高温硬度、极佳的热传导性、良好的抗热疲劳性、极好的抗回火软化能力以及良好的热处理特性。将其用于铝合金和铜合金挤压铸型的压头及模套,寿命高于4Cr5MoSiV1钢。该钢由上海ASSAB模具技术有限公司销售。3.6 8407
8407是铬、钼、钒合金工具钢,是瑞典ASSAB公司开发出来的H13改良钢种,具有优良的耐热冲击性能和抗龟裂能力、高的高温强度、优良的淬透性以及良好的热处理尺寸稳定性。相比于H13,8407的等向性(各相同性)更佳。这对于模具的抗机械疲劳及热应力疲劳性能更具价值,因此采用8407的模具硬度可比普通H13提高1～2HRC而不会牺牲韧性。硬度提高可以减缓热龟裂的发生,从而提高模具寿命。8407可用于铝镁合金、铜合金或不锈钢等的挤压铸造模具零件。该钢由上海ASSAB模具技术有限公司销售。3.7 其它钢种常用作型腔零件的还有一些其它钢种:如4Cr5W2VSi,4Cr5MoSiV,5CrNiMo,5CrMnMo,3Cr2W8CoV等。其中3Cr2W8CoV是国外新发展的钢种,与3Cr2W8V相比,用于铸造铝合金的寿命
[1]
可提高三倍,用于铸造小钢件,寿命可提高两倍。此钢也同样适用于铜合金和黑色金属铸造。3.8 国内新研制的钢种
目前国内一些科研单位已研制成功了一些新型热作模具钢,其中一些已经得到了广泛的应用。主要内容见表3。4 展望
3 几种典型的挤压铸造模具用钢
对挤压铸造模具而言,模具用钢若选择不当,挤
压铸造模具在服役时就会出现早期失效。模具发生早期失效,大部分是由于工作硬度过高而导致早期断裂,少部分是由于工作硬度过低而呈现早期变形或磨损。挤压铸造模具用钢的合理选择,主要根据挤压铸造模具的服役条件来进行。3.1 3Cr2W8V钢
3Cr2W8V钢曾经是我国挤压铸造模具和压模具中最常用的型腔零件材料,属高耐热性热作模具钢。3Cr2W8V钢虽然具有较高的高温强度和热稳定性,但韧性低,耐磨性能差,热疲劳抗力低,脆性大,常因尖角部首先出现细微裂纹,然后逐渐扩大而使模具失效,或因受高温合金磨蚀,工作带出现沟痕而使模具早期失效。目前已较少使用。3.2 4Cr5MoSiV1
4Cr5MoSiV1是一种空冷硬化的热作模具钢,也是所有热作模具钢中最广泛使用的钢号之一。与此相类似的牌号,美国为H-13,日本为SKP61。近20年来,我国对4Cr5MoSiV1钢进行了比较系统的研究和推广工作,4Cr5MoSiV1钢现已广泛用于制作锻造压力机模块、压铸模具、挤压铸造模具等,取得了很好的使用效果。在4Cr5MoSiV1钢中添加铬可提高淬透性和抗氧化性,钼可提高钢的回火稳定性、热硬性和淬透性。钒形成稳定碳化物,以提高耐热性。所以此钢具有良好的耐热性、耐蚀性和淬透性。3.3 HM1(3Cr3Mo3W2V)
该钢为我国自行研制成功的新钢种,具有优良的强韧性,较高的热强性、耐磨性、回火稳定性,抗冷热疲劳性,冷热加工性能好,工作温度在700℃以下。该钢通用性强,已纳入国家标准,适于制作在高温、高速、高负荷、急冷急热条件下工作的模具,其性能优于4Cr5W2VSi和3Cr2W8V钢,模具寿命比3Cr2W8V钢提高2～3倍。3.4 HD钢(4Cr3Mo2NiVNb)
HD钢的化学成分为w(C)=0.35%～0.45%、w(Si)≤0.34%、w(Mn)≤0.40%、w(Cr)=2.50%～3.00%、w(Mo)=1.80%～2.20%、w(V)=1.00%～1.40%、w(Ni)=0.80%～1.20%。其中加入了一定量的Cr、Mo、V等合金元
模具材料的选择对挤压铸造的生产有着重要的
影响。研究出适合各种合金的挤压铸造用模具材料是保证挤压铸件的质量、提高挤压铸造模具的寿命十分重要的一环。在挤压铸造未来的发展过程中,就模具材料而言,我们应着重考虑在充分发挥现有模具材料潜能的基础上,研制新的模具材料。面对我国模具技术的现状,除继续引进和研制高性能的模具新钢种外,更应注意研究模具的工作条件、失效机理,模具钢的强韧化处理新工艺。
素,旨在通过强化基体并形成有效的强化第二相,提高钢的高温性能。该钢高温强度较高,热稳定性及塑韧性较好,相比于3Cr2W8V钢具有更好的综合力学性能,能够提高模具的使用寿命3倍左右[32],适用于制造700℃或更高温度下的热作模具。如钢
2004年第4期 王建宏,等:挤压铸铸造用模具材料的选用39
表3 国内研制的一些新型热作模具钢
钢号
4Cr3Mo2MnVB
代号或简称
ER8
简 介
具有良好的热强性、红硬性、耐磨性,高的冲击韧性和抗冷热疲劳性,高的抗震性
具有高的热强性及热稳定性,良好的韧性、导热性及工艺性能,可用于铜合金挤压铸造模具
相比于3Cr2W8V钢,具有抗冷热疲劳性能好、热处理
研制单位上海材料研究所
4Cr3Mo2MnVNbBY4上海材料研究所
4Cr5Mo2MnVSiY10变形小、抗铝溶损性能好等优点,可用于铝合金挤压铸造模具
上海材料研究所
4Cr3Mo2NiVNb3Cr3Mo3W2V2Cr3Mo3VNb5Cr4W5Mo2V
HDHM-1HM-3RM2
具有良好的室温与高温力学性能,良好的热稳定性及工艺性能
具有高的强韧性和抗冷热疲劳性能,热稳定性好是参照美国(AISI)H10钢的改进钢种,钢中加Nb起强化作用
该钢可替换3Cr2W8V钢,模具寿命可提高数倍热作、冷作兼用的模具钢,具有良好的强韧性、耐磨性
华中理工大学北京机电研究所首钢特钢公司北京机电研究所北京机电研究所第一汽车制造厂
6Cr4Mo3Ni2WVCG-2和热疲劳抗力大等特点,可代替3Cr2W8V钢。该钢还可软氮化处理,以强化其性能,提高模具寿命热作模具用高温合金,该合金在900℃时仍有高的强
上海钢铁研究所
-GH-761度和抗磨损能力,可用于铜合金和黑色金属用挤压铸造模具
上海钢铁研究所
[15] 上海交通大学锻压教研组.液态模锻[M].北京:国防工业出
版社,19811
参考文献:
[1] 齐丕骧.挤压铸造[M].北京:国防工业出版社,19841
[2] 印飞,等.挤压铸造的应用与模具材料[J].机械工程材料,
2000,24(2):28～291
[3] 齐丕骧.面向21世纪的挤压铸造技术[J].特种铸造及有色合
[16] 刘静安.挤压模具技术的理论与实践[M].重庆:科学技术文
献出版社重庆分社,19891
[17] 冯晓曾,等.模具用钢和热处理[M].北京:机械工业出版社,
19841
[18] 齐丕骧.国内外挤压铸造技术发展概况[J].特种铸造及有色
金.1998,(4):32～361
[4] 特种铸造手册[M].北京:机械工业出版社,19841
[5] 徐进,等.模具材料应用手册[M].北京:机械工业出版社,
20011
[6] 洪慎章,等.铝合金车轮挤压铸造工艺[J].特种铸造及有色合
合金,2002,(2):20～231
[19] 罗继相.我国挤压铸造技术的回顾及展望[J].铸造,2003,
(1):1～61
[20] 罗继相.间接挤压铸造模具设计特点及研究[J].特种铸造及
有色合金,2002,(1):38～401
[21] 谢东柏,等.挤压轮失效分析及热处理工艺改进[J].机械工程
金,1999,(6):22～241
[7] 韦烨然.提高模具寿命的途径[J].洪都科技.20011
[8] 陈再枝,蓝德年.模具钢手册[M].北京:冶金工业出版社.
20021
[9] 周敬恩.模具材料选用、热处理与使用寿命[J].金属热处理,
1999,(5):1～101
[10] H.瑞斯.模具工程[M].北京:化学工业出版社,19991[11] 模具制造手册(第二版)[M].北京:机械工业出版社,19981[12] 骆志斌,等.模具工实用技术手册[M].南京:江苏科学技术出
材料,2002,(7):22～321
[22] 潘振鹏,等.我国高强度热作模具钢的研究和应用[J].特殊
钢,2003,(1):1～51
[23] 王德文.模具实用技术200例[M].北京:冶金工业出版社,
19901
[24] 冯晓曾.提高模具寿命指南-选材及热处理[J].机械工程材
料,19941
[25] 金涤尘,宋放之.现代模具制造技术[M].北京:机械工业出版
版社,19991
[13] 彭建声,等.模具技术问答[M].北京:机械工业出版社,19991[14] 许发樾,等.模具材料与使用寿命[M].北京:机械工业出版
社,20011
[26] 李智诚,等.世界常用钢材手册[M].北京:中国物资出版社,
19951
[27] 刘树勋,等.新型压铸镁合金用热作模具钢的组织与性能[J].
社,20001
机械工程材料,2002,(9):27～301
范文四：快速砂型铸造用模具材料的新进展
摘 要
快速砂型铸造川模具材料是实现快速砂型铸造的重要因素。分析和比较了当前快速砂型铸造川模具材料的现状并指出研究适合快速砂型铸造川模具材料和进行表而处理为今后的发展方向。
关键词:砂型铸造:模具材料:快速原型
Abstract
Rapid River sand casting mold material is a rapid sand casting an important factor. Analysis and comparison of the current rapid sand casting mold material Sichuan suit the current situation and pointed out that rapid sand casting mold material and conduct of table Sichuan to process for the future direction of development.
Key words: Sand casting; M old material; Rapid Prototyping
目 录
引 言 ........................................................................................................... 1 1 快速砂型铸造 ......................................................................................... 2 2 快速砂型铸造用模具材料 ....................................................................... 4 2. 1塑料模及树脂模 .............................................................................. 4 2. 2快速原型纸质“模” ........................................................................ 4 2. 3快速原型树脂模 .............................................................................. 4 2. 4快速原型纸基或树脂基金属面模 .................................................. 5 2. 5快速原型金属面硬背衬模 .............................................................. 5 2. 6快速原型金属模 .............................................................................. 5 3 常用的各种模具材料的肖氏硬度及强度比较 ....................................... 6 参考文献 ....................................................................................................... 7 致谢 ............................................................................................................... 8
引 言
砂型铸造是使用最广泛，生产量最大的一种基本的铸造方法。砂型铸造用模具的材料,使用最多的是木材,此外,还有易熔金属、轻金属、泡沫塑料、环氧树脂和石膏、水泥等。随着快速铸造技术的发展,又出现了一些新型的快速砂型铸造用模具材料，快速砂型铸造用模具材料制模周期是制约铸造生产周期的重要因素之一。
1 快速砂型铸造
快速砂型铸造是——在砂型中生产铸件的铸造方法。
钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。
砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。为了提高铸件的表面质量，常在砂型和型芯表面刷一层涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂，另外还加有便于施涂的载体（水或其他溶剂）和各种附加物。
快速自动成型技术与精密铸造相结合，能将CAD模型快速有效地转变为金属零件，为实现铸造的短周期、多品种、低费用、高精度提供了一条捷径，同时可以把传统的分散化、多工序的铸造工艺过程集成化、自动化和简单化。基于SLS的砂型快速铸造技术的工艺流程中有多个关键技术问题需要解决，其中主要包含：铸模的三维CAD造型、铸模的分型方式选择与处理、铸型的后处理技术、浇注工艺研究等。
在零件的三维CAD造型建立模型的过程中，必须首先根据零件的材质和结构确定工艺收缩量，其次要注意探寻零件(包括SLS原型)的变形规律并寻求解决变形的工艺方法(如在制作过程中尽量减少变形量，或者在设计的初期就设置反变形量以克服变形引起的负面影响等)。对于一些形状复杂的零件，也需要采取相应的分型方式(如曲面分型和增加分型面等)和较多的砂型组合才能完成造型，这不但给浇冒系统的设计和分型面的选择带来了更多的工作量，而且由于多个砂型组合必然造成精度的降低，因此也对后续的砂型烧结精度提出了更为严格的要求。铸件浇冒系统的设计与分型面的分析和选择步骤完成以后，就可以进行三维CAD造型，然后对模型进行离散化处理，最后就可以利用快速成型设备进行砂型的成型。直接利用激光烧结成型的砂型强度较低，表面质量也不够好，利用特殊的保护材料，在普通加热炉中按照制定的加热规范，经过约4 h焙烧处理，就可以得到高强度的树脂砂型。为了改善铸型的表面质量，研制了一种具有较好综合性能的醇基锆英粉涂料，这种涂料具有避免砂型吸水受潮、简化操作、涂敷性能和悬挂性能优良、改善砂型表面质量效果显著等优点，同时利用醇基材料的燃烧过程可以将铸型预热，有利于金属液的顺利充型。
铸型的后处理工序完成以后，必须及时对砂型进行浇注。这样既可以避免涂料因吸潮而起层，同时也可以避免砂型因存放过久而造成强度降低等问题。经过后处理的激光快速制备的砂型强度较高，所以砂型的浇注过程与普通的砂型铸造差别不大。为了避免浇注过程中出现跑火等铸造缺陷，可以利用普通的潮模砂进行埋箱操作。处理后的砂型和浇注完成的铝合金铸件分别如图1和图2所示，可以看出铸件表面质量良好，无砂眼、浇不足、起皮等铸造缺陷，与未进行砂型表面处理的冒口部分相比较，铸件本体的表面粗糙度得到了较大程度的改善。
利用上述的快速砂型铸造技术可以大幅度的缩短铸件的制造周期，上述散热片零件的普通砂型铸造过程约需要3 d，而利用快速砂型铸造技术，其生产周期可以缩短至10 h以内。对于快速成形的零件而言，还具有尺寸在一定范围内任意缩放、所见即所得，返回修改容易，设计、修改、验证、制造同步等优点。对于当前越来越多的新产品样件试制而言，快速砂型铸造技术不失为一种快速有效的工艺技术。
砂型铸造用模具的材料，使用最多的是木材，此外，还有易熔金属、轻金属、泡沫塑料、环氧树脂和石膏、水泥等。随着快速铸造技术的发展，又出现了一些新型的快速砂型铸造用模具材料。
2 快速砂型铸造用模具材料
制模周期是制约铸造生产周期的贡要因素之一。快速砂型铸造卞要是指实现快速制模的工艺，现在常用的快速制模工艺与选用的材料如下。
2. 1塑料模及树脂模
选用塑料来制作砂型铸造用模具材料可以兼容木模和金属模的优点，用塑料制作的模样不仅表面光洁、不易变形，有良好的耐磨性和抗腐蚀性。同时贡量也较轻，使用和运输方便，特别是塑料模容易复制和修复，降低模样的制作成本。但是，塑料模制作过程较复杂，要先制造阳模和阴模。因为是用环氧树脂作基料，因此阳模的固化时间长，脱模后还要烘烤3 ～ 4 h,增加了能耗，延长了制模周期。近些年，研制专门用于砂型铸造用模具的树脂材料。这种树脂模在实用性与经济效益方面更优于塑料模。实践证明，一个新型树脂模的使用寿命相当于3个木模，而贡量仅为金属模的1/ 4～1/ 5。同时模具制造周期也大大缩短，为实现快速铸造提供了保障。
在塑料模样中，泡沫塑料气化模的应用近年也比较突出，由这种材料开发出了实型铸造方法。新型气化模材料的开发，可以极大地促进实型铸造和快速铸造方法的发展。
2. 2快速原型纸质“模”
由快速原型(LOM)方法直接制作的纸质“模”，是由经特殊处理的纸经切割、叠加而成的。在这种纸的下面涂覆有高温热熔胶和改性添加物。因此，由这种方法制作的纸质模坚如硬木，有较好的力学强度和抛光性能，能承受200℃高温，可以进行切削加工，经适当的表面防潮处理（如喷涂清漆、环氧基涂料等）后，可以替代传统的木模。采用这种模具的优点是:无需高水平的木模工和相应的木工机械，可以根据设计的图纸，就能在很短的时间内，用激光快成形机制作相当于“木模”的高精度模具，对于制造形状复杂的模具，这一优点尤为突出。其缺点是后续打磨处理耗时费力，导致模具制造周期延长、成本提高。用快速原型(LOM)方制造的纸质模，能直接用于快速砂型铸造的造型，可以贡复制造50～100件砂型。
2. 3快速原型树脂模
经快速原型(SLS)方法制造的模样，再经树脂灌注后可以强化其内部结构和表面性能，该模样可以直接用于砂型铸造。快速原型(SLA)方法制造的树脂件强韧性好，可以作为小批量的砂型铸造用模具。部分树脂模也可以用作实型铸造方法中的气化模。
2. 4快速原型纸基或树脂基金属面模
砂型铸造用金属模一般用铸造铝合金经切削加工制成。对由快速原型(LOM)方法或SLS SLA等方法直接制作的纸质或树脂基模，可以经表面金属电弧喷镀和抛光后用作砂型铸造用金属模。通过表面处理技术的复合可以极大改善这类模样的表面性能，如电弧喷镀和刷镀技术的复合等。
2. 5快速原型金属面硬背衬模
对于承受工作压力较高的模具(如用在震压式造型机、高压造型机上的模具)，可以用下述方法快速制造金属面和硬背衬的铸模。制作方法是先用快速成型机(LOM ,SLS ,SLA等方法)制作母模，在母模表面上喷洒脱模剂，用电弧喷镀或等离子喷镀法在母模表面喷镀金属(厚度1. 6～6. 4 mm)以形成金属壳体，移去母模，在壳体的背面注入金属基合成材料或环氧树脂，经表面抛光，制成金属面、硬背衬的铸模。这种方法的优点是铸模的力学性能较好，而目，由于喷镀所得铸模的轮廓紧贴母模的工作面，其精度仅仅取决于母模的精度，不会因所喷镀金属层的厚度不均匀而影响铸模的精度。因此，该方法操作比较简单、精度易保证。
2. 6快速原型金属模
用快速原型(SLS)方法，采用高功率激光(1 000 W以上)，对金属粉末进行扫描烧结，逐层叠加成型，成型后的工件经表面后处理(打磨、精加工)后完成模具制造。用这种方法可以简化制造工序、缩短周期、降低成本，但所获得的模具的强度不高，击经进一步渗入低熔点金属等处理后才能使用。
用快速原型(LOM)方法采用金属箔代替纸基材料，也可以直接成形为金属模。
3 常用的各种模具材料的肖氏硬度及强度比较
常用的各种模具材料的肖氏硬度及强度比较见表1。
表1各种模具材料的肖氏硬度及强度比较
Tab. 1 C<;nparision between="" shore="" hardness="" and="">
eon<;ernin g="" all="" kinds="" of="" mold="">
由表1可以看出，铝合金模的强度与硬度最高，因此，从模具整体强度看铝合金模的用寿命为最高，而用快速原型方法直接制造的模具强度较低。通过分析对比，要进一步提高快速原型所生产的模具的强度与寿命，表面处理是较好的方法之一。
参考文献
[1]王运赣.快速原型技术.武汉:华中科技人学出版社.1999。 [2]李魁盛.铸造工艺设计基础.京:机械工业出版社.2002。
[3]Doog Boardlman, Bill Ceresv.Polvurethanes Ex tend pattern Life at Verment casLing「J」Modern Casting.2003(11):56-58。
[4]王振东. 最新砂型铸造新工艺新技术与砂型铸件质量缺陷分析防治及设备、模具设计制造实用手册.北方工业出版社.2001。
致谢
论文从选题到最后完成，受到多方面的指导和帮助。在论文完成之际，首先要特别感谢我的导师张冬梅讲师对我的悉心指导和亲切关怀。当学习或实验过程中遇到困难时，张冬梅讲师热情及时地提出合理可行的建议，他的启发和引导使得课题得以顺利开展。在与他的学术讨论中，时刻能感受到他广博的专业知识，刻苦钻研的学术态度，敏锐的学术思想和谦和的待人原则。从他身上，我不仅学到了科学知识、科研精神，更学会了真诚的处世态度，他倡导的团队精神、学术交流及科研前瞻性使我受益匪浅，在此表示诚挚的谢意!
感谢学院的领导和同学们对我学习的大力支持。祝愿大家在以后的工作和生活中一帆风顺，家庭幸福!
感谢文中引用资料的所有作者！
最后感谢我的父母，是他们多年来默默地支持和鼓励才使我能够完成自己的学业！愿他们幸福安康!
毕业答辩评审团意见
范文五：铸造铝活塞模具材料的改进及表面处理
铸造铝活塞模具材料的改进及表面处理 Improvement of Mould Material of Aluminum Piston and Surface T reatmeat
刘伏梅 张庆昕
(石家庄金刚内燃机零部件集团有限公司 )
刘汉川
(湖北洪湖市龙口有色金属熔剂厂 )
〔 摘要〕 本文简要介绍了活塞生产行业当前用模具材料的概况及主要存在的问题 ; 论述了模具 材料改进的必要性和可行性 , 重点介绍几种适合做活塞芯模用的新型热作模具钢 , 同时 , 向用户推 荐使用辉光离子渗氮技术 。
〔 关键词〕 活塞浇注用模具材料 改进 表面处理
1 引言
模具是铸造铝活塞重要的工艺装备 , 而模具材 料又是制造模具的基础 , 模具材料和热处理技术模 具的使用寿命 、 模具的精度及对活塞表面粗糙度起 着重要的甚至是决定性的作用 。因此 , 在模具设计 时 , 除设计出合理的模具结构外 , 还应选用合适的模 具材料及科学制定模具热处理技术及表面处理工 艺 , 以确保模具有良好的工作性能及尽可能延长它 的使用寿命 。
2 模具材料的现状及主要存在的问题 近年来 , 因工作需要作者本人曾多次先后到二 十多个省 、 市 、 自治区的几十家生产规模不同 、 机型 各异的汽车 、 摩托车及农机活塞生产厂家 , 发现各厂 活塞生产用模具结构大不相同 , 形状各异 , 活塞内在 质量差异很大 ; 同时还发现所应用的模具材料很杂 , 很不正规 , 需要规范 。 大体上讲 , 凡引进国外技术的 大厂机浇模用材料多采用了合金模具钢 , 只是钢号 各异 ; 手浇外模多数采用铸铁材质 , 有少数用铸钢制 做 ; 摩托车活塞生产厂半数以上采用 45号钢或其它 普通碳钢锻造而成 , 有个别小厂甚至采用厚壁钢管 焊 制 而 成 。芯 模 有 的 用 传 统 的 热 作 模 具 钢 3Cr2W8V ; 有的厂家为降低生产成本或因模具加工 能力差等原因 , 也有采用 45号钢或普通铬钢等材料 的 。
众所周知 , 活塞模具服役条件极差 , 不仅工作温 度高 , 还需反复承受急冷急热的变化 , 而且还受高温 合金液的冲击 、 浸蚀等 , 因此 , 容易出现因急冷急热 疲劳失效 ; 还因活塞班产量高 , 模具磨损快 ; 内芯龟 裂 、 局部崩块 、 易变形等 , 从而导致活塞内腔 、 顶部等 非加工面粗糙难看 , 分型线凸起有时高达 2~3mm , 飞边毛刺多 (见图 1) ; 加之有的工厂因模具设计结 构不合理 , 铸造工艺不合理 , 活塞厚壁热节部位产生 严重缩孔 (参见图 1)
。
图 1 因内芯龟裂 、 磨损变形导致活塞内腔质量不合格 3 模具材料的改进
3. 1 芯模材料的改进
活塞芯模必须有足够的硬度 、 强度 、 塑性和韧 性 , 确保在 700℃ 左右的高温工作条件下保持其组 织和性能的稳定 ; 并且有较高的热能传导能力 。 传统的热作模具钢 3Cr2W8V 其抗冷热疲劳性 能和韧性都较低 , 使用寿命短 。 浇注直径 100mm 左 右的活塞 5000只以后即发生龟裂 , 分型线凸出 ; 随 着浇注数量的增多 , 龟裂更加严重 , 磨损增大 ; 有时 局部崩块 , 甚至断裂 , 变形加重 ; 不做表面处理的内 芯一般只能浇注一万只左右 , 模具制造量大 , 活塞表 面质量差 , 使生产成本反而提高 。
3Cr2W8V 钢在有的国家标准钢号中已被淘汰 , 但我国目前仍在生产和使用此类钢 。
用普通碳钢和铬钢做芯模 , 材料费用低 , 且好加 工 , 生产周期短 , 但使用性能差 , 模具寿命更短 , 活塞
外观质量更差 。
我国在二十世纪八十年代 , 引进了国外工业发 达国家的一些使用性能和工艺加工性能都较好的钢 种 , 例如美国研制生产的 4Cr5MoSiV I (H13) 钢 , 然 后结合我国的实际需求情况 , 研制开发了许多通用 性能好的新钢种 。 下面重点介绍适合做活塞芯模的 几个钢种 :
3. 1. 1 4CrMoSiV I (H13) 钢
H13钢是我国 “八五” 期间重点推广的钢种 , 目 前它的产量已稳居我国热作模具钢的首位 。 活塞生 产行业中已有几个厂用它做芯模 , 据用户反映 , 寿命 比用 3Cr2W8V 钢制作的要长 2~4倍 。它的最大 特点是不容易产生热疲劳裂纹 , 即使产生了也是细 而短 , 不易扩展 ; 它有较高的热强性 , 是一种强度强 韧性都好的优质模具钢 , 既可做热锻模材料 , 也可用 作模腔温度低于 600℃ 的压铸模材料 ; 但材料价格 相对较高 , 加工难度稍大些 。 H13钢热疲劳性能好 坏与回火温度高低有直接关系 。
3. 1. 2 4Cr3Mo2NiVNbB (HD ) 钢
HD 钢比 3Cr2W8V 钢和 HB 钢耐磨损与冷热 疲劳抗力更高 , 工作温度高达 700℃ 以上 。 HD 钢的 室 温 强 度 、 室 温 韧 性 、 高 温 强 度 、 高 温 韧 性 都 比 3Cr2W8V 钢高 。 在相同硬度条件下 , HD 钢的断裂 韧性比 3Cr2W8V 钢高 50%,700℃ 时高温短时抗拉 强度高 70%, 冷热疲劳抗力高一倍 , 耐磨损性能高 50%以上 。
3. 1. 3 4Cr3Mo2MnVNbB (Y4) 钢
Y4钢是铝合金及铜合金压铸模的理想材料 。 它的铸造性能良好 , 好加工 。 Y4钢的冷热疲劳抗力 和裂纹扩展阻力明显优于 3Cr2W8V 钢 , 模具使用 寿命可提高 3~10倍 。
可作芯模材料的还有 4Cr5Mo2MnVSi (Y10) 钢 和 3Cr3Mo3VNb (HM3) 钢等新型热作模具钢 , 厂家 可根据不同需要自由选择 。
45号钢和普通铬钢因价格便宜 , 且好加工 , 能 缩短制造周期 , 因此 , 可作小批量新产品试制用模具 材料 。
3. 2 底模材料的改进
活塞顶部燃烧室的大小及形状各异 , 有的活塞 顶部不加工 (含燃烧室 ) ; 为确保活塞顶部内在质量 , 顶模一般都通水或浸泡在水中 ; 因此 , 对顶模要求越 来越高 , 根据我们的经验 , 顶模也应采用近似芯模的 材料制造为好 。
3. 3 外模材料的选定
活塞外模可以用铸铁制作 ; 对直径小于 80mm 的摩托车用小活塞外模也可用 45号钢制做 。选用 外模材料应根据产量大小 、 品种变换频率及本单位 模具加工能力等因素来定 ; 影响活塞内在质量的主 要因素不是模具材料 , 而是模具结构是否合理 ; 但芯 模 、 顶模材料好坏 , 将直接影响活塞内腔 、 顶部非加 工表面质量以及模具的使用寿命 。
4 芯模的表面处理
芯模进行表面处理可以大幅度提高模具的表面 性能 , 成倍地延长使用寿命 , 取得事半功倍的效果 。 表面处理方法很多 , 下面重点介绍离子渗氮技 术 。 离子渗氮是在一定的真空度下 , 利用工件 (阴 极 ) 和阳极之间产生的辉光放电现象进行的 , 所以又 叫辉光离子渗氮 (见图 2)
。
图 2 离子渗氮装置示意图
1. 密封垫
2. 阴极
3. 工件
4. 观察孔
5. 真空室外壳 6. 阳极
离子渗氮具有渗氮速度快 (一般只需 15至 20小时 ) 、 渗氮层质量高 — — — 明显提高了渗氮层的韧性 和疲劳极限 ; 同时 , 还具有工件变形小 、 对芯模材料 的适应性强等特点 , 是目前应用较多的一种表面处 理技术 。
某厂原采用 3Cr2W8V 钢做芯模 , 未氮化处理 前每付模具只能浇注 8000~15000只活塞 , 且有部 分活塞内腔粗糙难看 ; 芯模经离子渗氮处理后 , 每付 模可浇 30000~45000只 , 而且大大改善了活塞内腔 表面质量 。
欢迎踊跃投稿 欢迎阅读本刊 欢迎广告宣传
转载请注明出处范文大全网 » 日本铸造模具材料简介
