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        衡量評定模具鋼材冶金質量的方法

        日期: 2019-07-11  來源:51模材  點擊數:  

        在模具的制造過程中,模具的使用壽命和制成的精度、質量、表面性能,除與模具的設計、制造精度以及機床和操作等條件有關外,與模具鋼材及其熱處理工藝也有密切關系。那當如何評定模具鋼材的冶金質量?小編列了幾個知識點,供大家參考。


        ⒈化學成分的均勻性



        模具鋼通常是含有多元素的合金鋼,鋼在錠模具中從液態凝固時,由于選分結晶的緣故,鋼液中各種元素在凝固的結構中分布不均勻而形成偏析,這種化學成分的偏析將造成組織和性能的差異,它是影響鋼材質量的重要因素之一。


        降低鋼的偏析度,可以有效地提高鋼的性能。


        近些年來,國內外很多冶金廠都在致力研究生產成分均勻、組織細化的鋼材。


        ⒉疏松


        疏松是鋼的不致密性的表現。


        疏松多數出現在鋼錠的上部及中部,在這些地方因為集中了較多的雜質和氣體造成的。


        由于疏松缺陷的存在,降低了鋼的強度和韌性,也嚴重地影響了加工后的表面的粗糙度,在一般的模具鋼中的影響不是特別大,但如冷軋輥、大型的模塊、沖頭和塑料成形模具零件等都有較嚴格的要求。


        如深型腔的鍛模和沖頭要求疏松不超過1級或2級,用于表盤或透光件等的塑料模具用鋼,要求疏松不超過1級。


        ⒊碳化物的不均勻度


        碳化物是絕大多數模具鋼的必需組分,除可溶于奧氏體的碳化物外,還會有部分不能溶于奧氏體的殘留碳化物。


        衡量評定模具鋼材冶金質量的方法




        碳化物的尺寸、形態、分布對模具鋼的使用性能等有十分重要的影響。


        關于碳化物的尺寸、形狀和分布是與鋼的冶煉方法、鋼錠的凝固條件以及熱加工變形條件等有關。


        過共析鋼的碳化物可能在晶界形成風狀碳化物或是在加工變形中碳化物被拉長而形成帶狀碳化物或者二者兼有,萊氏體模具鋼中,存在一次碳化物和二次碳化物,在熱變形的過程中,網狀的共晶碳化物大多可以破碎,碳化物先沿變形方向延伸,產生帶狀,隨著變形程度的增加,碳化物變得均勻、細小。碳化物的不均勻性對淬火變形、開裂、鋼材的力學性能的影響較大。


        ⒋偏析


        偏析即鋼的成分與組織不均勻性的表現,這是在模具鋼的低倍組織的檢驗中常存在的一種缺陷。是鋼錠在凝固過程中形成的,與鋼的化學成分和澆注溫度等有關。一般分為樹枝狀的偏析、方形偏析、點狀偏析等。


        由于樹枝狀的偏析的存在,使負然各個不同的方向的力學性能表現出明顯的差異。


        方形偏析是由于鑄錠結晶時,在柱狀晶的末端與錠心等軸晶區間,聚集了較多的雜質和孔隙而形成的。嚴重的方形偏析,對鋼材的質量的影響是顯著的,特別是切削加工量很大的零件或心部受力的模具零件。偏析除了影響模具鋼力學性能的等向性外,對模具的拋光性能也有一定的影響。因此,國外相關的標準中有嚴格的規定。


        ⒌白點


        白點是熱軋鋼坯和大型鍛件中比較常見的缺陷,是鋼的內部破裂的一種。


        白點的存在對鋼的性能有極為不利的影響,這種影響主要表現在使鋼的力學性能降低,熱處理時使鍛件淬火開裂,或使用時發展成更為嚴重的破壞事故,所以在任何情況下,都不能使用有白點的鍛件。


        不同的鋼對白點的敏感程度是不同的,一般認為容易發生白點的鋼有鉻鋼、鉻鉬鋼、錳鋼、錳鉬鋼、鉻鎳鉬鋼、鉻鎢鋼等。其中以含W(C)大于0.30%、W(Cr)大于1%、W(Ni)大地2.5%的馬氏體鉻鎳鋼及鉻鎳鉬鋼等對白點的敏感性最大。


        白點的形成原因是鋼中的氫的脫溶析出聚集,在鋼的縱斷面上形成的銀亮白色粗晶狀的圓形或橢圓形的斑點。它往往使鍛件和坯材的內部產生裂紋。模具鋼5CrNiMo、5CrMnMo等最容易發生白點,若增加碳化物元素Cr、Mo和V后可以降低白點的敏感性。這類鋼在生產中一定要注意脫氣和加強大鍛件的鍛后緩冷或去氫退火。


        ⒍氧含量


        對模具鋼一般都未規定鋼中的允許的氣體含量。


        隨著氧含量的增加,氧化物的顆粒和數量都隨之增加,鋼的疲勞性能降低,熱裂紋也容易產生。


        有人曾對熱作模具鋼H13(4Cr5MoSiV1)進行過試驗,氧含量最好不超過1.5*10-5,日本山陽特殊鋼公司規定高純凈度鋼氧含量不大于1.0*10-5。因此,近年來,為了提高模具的制造質量。國內外的模具鋼逐漸在向低氧含量的方向發展。


        ⒎鋼中的非金屬夾雜物


        質量良好的鋼材不僅化學成分要符合技術標準的規定,并且鋼中的非金屬夾雜物的含量要盡可能地少,因為非金屬夾雜物在鋼中所占的體積雖然很小,但對鋼材的性能影響卻很大。減少鋼中的非金屬夾雜物是煉鋼的主要任務之一。


        通常所指的鋼中的非金屬夾雜物,主要是指鐵及其他合金元素與氧、硫、氮等作用所形成的化合物,如FeO、MnO、Al2O3、SiO2、FeS、MnS、AlN、VN等,以及在煉鋼和澆注時帶入的耐火材料,后者的成分也主要是Si、Al、Fe、Cr、Ca、Mg等的氧化物。


        衡量評定模具鋼材冶金質量的方法


        鋼中的非金屬夾雜物就其來源,可以分為內在夾雜物和外來夾雜物,仙在的夾雜物是鋼在液態及凝固過程中形成的化合物。


        鋼中的非金屬夾雜物在基本種意義上呆以看成是一定尺寸的裂紋,它破壞了金屬的連續性,引起應力集中,在外界應力的作用下,裂紋延伸很容易發展擴大而導致性能降低。


        塑性夾雜物的存在,隨著鍛軋過程延展變形,致使鋼材產生各向異性。同時夾雜物拋光過程中的剝落,提高了模具的表面粗糙度。因此,對于大型和重要的模具來說,提高鋼的純凈度是十分重要的。


        ⒏有害元素的含量


        硫和磷在鋼凝固過程中形成磷化物和硫化物而在晶界沉淀,因而產生晶間脆性,使鋼的塑性降低,過高的S、P含量,會使鋼錠在軋制時易產生裂紋,而且會大大降低鋼的力學性能。


        日本的松田幸紀等研究了S、P含量對含W(Cr)5%熱作模具鋼(H13)的韌性和熱疲勞性能影響結果表明,如將W(S、P)的含量從0.025%和0.010%降到W(P)0.005%和W(S)0.001%時,其熱疲勞裂紋的長度和數量將減少一半。


        日立金屬公司將DAC鋼中的W(P)含量從0.03%降到0.001%時,可使鋼45HRC時的沖擊韌度由39.2J/cm2提高到127.5 J/cm2。此外,降低鋼中的S、P含量還可以有效地提高鋼的等向性。


        評定模具鋼材冶金質量的詳細指標和技術參數請參照國家標準《優質合金模具鋼》(GB/T24594-2009)模具在現代制造業中占有日益重要的地們,特別是汽車和電器制造業中有近70%以上的零件采用模具制造加工。


        但目前我國高質量的模具大量依賴進口,分析其主要原因,不在于我們的優質鋼煉鋼水平,而是沒有認識到整個模具鋼質量的提高是一個系統控制過程。除冶金質量外,制造過程中的鍛壓加工、預備熱處理、機械加工和最終熱處理都將影響模具的內部組織和應力狀態,從而決定模具的最終使用性能。


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