標籤:加工熱作模具鋼

熱作模具鋼對硬度要求適當,側重於紅硬性,導熱性,耐磨性。因此含碳量低,合金元素以增加淬透性,提高耐磨性、紅硬性為主。

1工作環境

熱作模具鋼包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模三類。如前所述.熱作模具工作條件的主要特點是與熱態金屬相接觸、這是與冷作模具工作條件的主要區別。因此會帶來以下兩方面的問題:
熱作模具鋼

  熱作模具鋼

(l)模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時.其模腔表面溫度可達300~400℃以上熱擠壓模可達500一800℃以上;壓鑄模模腔溫度與壓鑄材料種類及澆注溫度有關。如壓鑄黑色金屬時模腔溫度可達1000℃以上。這樣高的使用溫度會使模腔表面硬度和強度顯著降低,在使用中易發生打垛。為此.對熱模具鋼的基本使用性能要求是熱塑變抗力高,包括高溫硬度和高溫強度、高的熱塑變抗力,實際上反映了鋼的高回火穩定性。由此便可以找到熱模具鋼合金化的第一種途徑,即加入Cr、W、Si.等合金元素可以提高鋼的回火穩定性。 (2)模腔表層金屬產生熱疲勞(龜裂)。熱模的工作特點是具有間歇性.每次使熱態金屬成形后都要用水、油、空氣等介質冷卻模腔的表面。因此.熱
熱作模具鋼
模的工作狀態是反覆受熱和冷卻,從而使模腔表層金屬產生反覆的熱脹冷縮,即反覆承受拉壓應力作用.其結果引起模腔表面出現龜裂,稱為熱疲勞現象,由此,對熱模具鋼提出了第二個基本使用性能要求.即具有高的熱疲勞抗力。一般說來,影響鋼的熱疲勞抗力的因素主要有: ①鋼的導熱性。鋼的導熱性高,可使模具表層金屬受熱程度降低,從而減小鋼的熱疲勞傾向性。一般認為鋼的導熱性與合碳量有關,含碳量高時導熱性低,所以熱作模具鋼不宜採用高碳鋼。在生產中通常採用中碳鋼(C0.3%5~0.6%)合碳量過低.會導致鋼的硬度和強度下降.也是不利的。 ②鋼的臨界點影響。通常鋼的臨界點(Acl)越高.鋼的熱疲勞傾向性越低。因此.一般通過加入合金元素Cr、W、Si、引來提高鋼的臨界點。從而提高鋼的熱疲勞抗力。

2常用

錘鍛模用鋼
一般說來,錘鍛模用鋼有兩個問題比較突出一是工作時受衝擊負荷作用.故對鋼的力學性能要求較高,特別是對塑變抗力及韌性要求較高;二是錘鍛模的截面尺寸較大(<400mm)故對鋼的淬透性要求較高,以保證整個模具組織和性能均勻。 常用錘鍛樓用鋼有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同類型的錘眼模應選用不同的材料。對特大型或大型的錘鍛模以5CrNiMo為好.也可採用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。對中小型的錘鍛模通常選用5CrMnMO鋼。
熱作模具鋼
熱擠壓模用鋼
熱擠壓模的工作特點是載入速度較慢,因此,模腔受熱溫度較高,通常可達500一800℃。對這類鋼的使用性能要求應以高的高溫強度(即高的回火穩定性)和高的耐熱疲勞性能為主。對ak及淬透性的要求可適當放低。一般的熱擠壓模尺寸較小,常小於 70~90 mm。 常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr型等熱作模具鋼.其化學成分如表4.16所示。 其中4CrW2Si.既可做冷作模具鋼,又可做熱作模具鋼.由於用途不同,可採用不同熱處理方法。作冷模時採用較低的淬火溫度(870—900℃)及低溫或中溫回火處理;作熱模時則採用較高的淬火溫度(一般為950一1000℃)及高溫回火處理。
壓鑄模用鋼
從總體上看,壓鑄模用鋼的使用性能要求與熱擠壓模用鋼相近,即以要求高的回火穩定性與高的熱疲勞抗力為主。所以通常所選用的鋼種大體上與熱擠模用鋼相同.如常採用4CrW2Si.和3Cr2W8V等鋼。但又有所不同如對熔點較低Zn合金壓鑄模.可選用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等;對Al和Mg合金壓鑄模,可選用4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等對Cu合金壓鑄模.多採用3Cr2W8V鋼。 隨著黑色金屬壓鑄工藝的應用,多採用高熔點的鋁合金和鎳合金.或者對3Cr2W8V鋼進行Cr-Al-SI三元共滲,用以製造黑色金屬壓鑄模。國內外還正在試驗採用高強度的銅合金作黑色金屬的壓鑄模材料。

3用鋼分析

⒈大截面熱鍛模具鋼
為彌補5CrMnMo和5CrNiMo在較大截面和較高溫度時熱穩定性、熱疲勞性及淬透性不夠的缺陷,內開發了45Cr2NiMoVSi(簡稱45Cr2)、5Cr2NiMoVSi(簡稱5Cr2)、3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi(代號B2)等大截面熱鍛模具鋼。與5CrNiMo相比,45Cr2和5Cr2中既含有較高的Cr和Mo,又加入了少量的V,使CCT曲線上的高溫轉變區上移,低溫轉變區顯著右移,提高了鋼的淬透性。截面尺寸在500*500mm以下的模具經970-990℃淬火,650~680℃回火后,硬度可達HRC36-44。45Cr2和5Cr2還具有二次硬化能力,它們的高溫強度較5CrNiMo鋼高50%,熱穩定性高出100~150℃,衝擊韌性則相當。另外,鋼的熱磨損性、熱疲勞性及抗熱裂紋擴展的能力也強於5CrNiMo。這二種鋼用於12000t以下機械壓力機模具及16t以下模鍛模具,模具的使用壽命是5CrNiMo鋼製造的同種模具壽命的數倍。
⒉中小熱鍛模具鋼
中小熱鍛模具的表面溫度可達600℃以上,5CrMnMo和5CrNiMo的高溫性能顯然不能滿足要求。3Cr2WSV鋼的高溫強度較高,但韌性及熱疲勞性能較差。為此,國內較早開發了2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB(代號ER8)等3%Cr-3%Mo和3%Cr-2%Mo型的中碳鉻系高強度熱作模具鋼,其中3Cr3Mo3VNb是根據形成合金碳化物所需的碳量對2Cr3Mo3VNb做進一步成份調整而來的。這二種鋼中加人了3%左右的Mo,既能提高鋼的淬透性和防止出現回火脆性,又能提高鋼的熱穩定性。加人V和Nb則可起到細化晶粒,降低鋼的過熱敏感性作用。因此,鋼的淬透性高,淬火加熱溫度範圍寬,過熱敏感性低,具有高溫強度高、熱穩定性好、塑性韌性好、冷熱疲勞性能好、熱磨損性能好等優點,用於製造不鏽鋼(2Crl3)等熱鍛模,軸承凹模和輥鍛模,都取得了良好的使用效果。
除以上30Cr-30Mo型熱作模具鋼外,國內先後開發的5%Cr系中碳中合金熱作模具鋼已較大量用於熱鍛模具,適用於製造工作溫度在600℃以下,對韌性和塑性要求較高的模具。另外,該鋼還可作塑料模具鋼使用。4Cr5MoV1Si鋼的優良性能已在國內得到了廣泛認可,應用量已較大。許多大學、研究院所和鋼廠不惜花重金對該鋼做研究和生產質量改進工作,並就此打出了自己的優質品牌。
⒊壓鑄模具鋼
在有色金屬壓鑄中,3Cr2W8V曾是應用廣泛的模具鋼,5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2Mo等中碳低合金鋼也作為鋁鋅合金壓鑄模具鋼使用。3Cr2W8V的冷熱疲勞性能較差,模具的使用壽命不高。國內為此先後開發了幾個新型模具鋼,如4Cr3Mo2MnVNbB(代號Y4)和4Cr5Mo2MnVSi(代號Y10)等。
4Cr5Mo2MnVSi(代號Y10),是針對鋁合金壓鑄模具而研製的,與3Cr2W8V鋼相比,該鋼具有抗冷熱疲勞性能好、熱處理變形小、抗鋁溶損性能好等優點,模具的使用壽命普遍比3Cr2W8V鋼製造的模具的使用壽命提高一倍以上。該鋼還可用於製造工作溫度在600℃以下的中小熱鍛等模具。
⒋銅、鋁型材熱擠壓模具鋼
銅合金熱擠壓模的穿孔針、底模等長時與高溫銅坯接觸,模具的使用工況較苛刻。用3Cr2W8V或4Cr5MoV1Si鋼製作此類模具,模具的使用壽命一直較低。國內曾試圖採用奧氏體熱作模具鋼來解決此類模具壽命低的問題,但因鋼的冷熱疲勞性能較差而仍未得到圓滿解決。在此背景下,國內有關大學、研究院所和鋼廠先後推出了可以提高此類模具使用壽命的鋼種。在相同硬度(HRC43)下,其斷裂韌性比3Cr2W8V鋼高30%。用HD鋼製造的銅合金管材擠壓底模和穿孔針的使用壽命較3Cr2W8V鋼提高一倍左右,並在軸承環熱擠沖頭和凹模、汽門擠壓底模上也有成功應用的例子。用Y4鋼製造銅合金擠壓模底模和穿孔針頂頭,模具的使用壽命也比3Cr2W8V鋼製造的模具穩定地提高一倍以上。
5.高溫玻璃模具鋼
玻璃製品模具要求模具材料具有優良的抗高溫氧化性能和冷熱疲勞性能,良好的耐芒硝腐蝕性能,足夠高的強度,良好的拋光性能,並要易於脫模。此類模具常用鑄鐵、合金鑄鐵或3Crl3不鏽鋼製造,鋼的性能遠滿足不了實際需要。為此,國內開發了代號為GY的高溫玻璃模具鋼。該鋼是Si-Cr-Mo系預硬鋼,具有良好的冷熱疲勞性能,優異的抗氧化性能,優良的抗熱觸性能和較高的玻璃粘附溫度。該鋼在預硬后(HRC35左右)加工,加工性能良好,尤其適用於製造玻璃熔化或成型溫度較高、表面質量要求高的玻璃製品模具。

4補焊焊絲

▲GMT-SKD11 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 56~58 焊補冷作鋼、五金衝壓模、切模、刀具、成型模、工件硬面製作具高硬度、耐磨性及高韌性之氬焊條,焊補前先加溫預熱,否則易產生龜裂現象。
▲GMT-63度刀口刃口焊絲> 0.5 ~ 3.2mm HRC 63~55,主要應用於焊拉刀模,熱作高硬度具模,熱鍛總模,熱沖模,螺絲模,耐磨耗硬面,高速鋼,刀口修復。
▲GMT-SKD61 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 40~43 焊補鋅、鋁壓鑄模、具良好之耐熱性與耐龜裂性、熱氣沖模、鋁銅熱鍛模、鋁銅壓鑄模、具良好耐熱、耐磨、耐龜裂性。一般熱壓鑄模常有龜甲裂紋狀,大部 份是由熱應力所引起,亦有因表面氧化或壓鑄原料之腐蝕所引起,熱處理調至適當硬度改善其壽命,硬度太低或太高均不適用。
▲GMT-hs221錫黃銅焊絲。性能特點:HS221焊絲含少量錫、硅的特殊黃銅焊絲,用於黃銅的氣焊及碳弧焊,也廣泛用於釺焊銅、鋼、銅鎳合金等。銅及銅合金焊絲適用的焊接方法有氬弧焊、氧-乙炔焊及碳弧焊。
▲GMT-hs211力學性能好。銅合金氬弧焊及鋼的MIG釺焊用。
▲GMT-hs201,HS212,HS213,HS214,HS215,HS222,HS225銅焊絲。
▲GMT- 1100、1050、1070、1080純鋁焊絲。性能特點:用於MIG和TIG焊接的純鋁焊絲。此種焊絲在陽極處理后具有很好的顏色配比性。適用於電力應用,抗蝕性很好,導通性優良。用途:船舶 運動器材 電力

5半鎳

▲GMT-半鎳,純鎳焊絲焊條
▲GMT- 4043、4047鋁硅焊絲。性能特點:用於焊接6***系列母材。對熱裂紋的較弱敏感,被用於焊接鍛造和鑄造材料。用途:船舶、機車、化工、食品、運動器材、模具、傢具、容器、集裝箱等。
▲GMT- 5356、5183、5554、5556、5A06鋁鎂焊絲。性能特點:此種焊絲為焊接5***系列合金以及填充合金化學成分與母材接近的焊接而專門設計的。它在陽極處理后具有良好的抗蝕性和顏色配備性。用途:應用於自行車、鋁滑板車等運動器材,機車車廂、 化工壓力容器、兵工生產、造船、航空等。
▲GMT-70N > 0.1 ~ 4.0mm焊絲特性與用途:高硬度鋼之接合,鋅鋁壓鑄模龜裂、焊合重建、生鐵/鑄鐵焊補。可直接堆焊各種鑄鐵/生鐵材料,也可做為模具龜裂之焊合,使用鑄鐵焊接時,盡量將電流放低,用短距離的電弧焊接,鋼材進行部份之預熱,焊接后之加熱以及慢慢冷卻。
▲GMT-60E> 0.5 ~ 4.0mm特性與用途:專用焊高拉力鋼之接合,硬面製作之打底,龜裂之焊合。 高強度焊絲,含鎳鉻合金成份高,專業用於防破裂底層焊接、填充打底用,拉力強,並可修補鋼材焊后龜裂現象。抗拉強度: 760 N/mm&sup2; 廷伸率: 26%
▲GMT-8407-H13 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 43~46 制鋅、鋁、錫等有色合金及銅合金之壓鑄模,可用作熱鍛或衝壓模。具高韌性、耐磨性及防熱熔蝕性佳,抗高溫軟化,防高溫疲勞性良好,可焊補熱作沖頭、 絞刀、軋刀、切槽刀、剪刀...等做熱處理時,需防止脫碳,熱工具鋼焊后所產生之硬度太高亦發生破裂。

6防爆裂焊絲

▲GMT-防爆裂打底焊絲 > 0.5 ~ 2.4mm HB~300 高硬度鋼之接合,硬面製作之打底,龜裂之焊合。高強度焊支,含鎳鉻合金成份高,用於防破裂底層焊接、填充打底,拉力強,並可修補鋼材之龜裂焊合重建。
▲GMT-718 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 28~30 大型家電、玩具、通信、電子、運動器材等塑料產品模具鋼。塑料射出模、耐熱模、抗腐蝕模,切削性、蝕花性良好,研磨后表面光澤性優良,使用壽命長。 預熱溫度250~300℃后熱溫度400~500℃,作多層焊補時,採用後退法焊補,較不易產生融合不良及等缺陷。
▲GMT-738 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 32~35 半透明及需有表面光澤之塑料產品模具鋼,大型模具,產品形狀複雜及精度高之塑料模用鋼。塑料射出模、耐熱模、抗腐蝕模、蝕花性良好,具備優良加工性 能,易切削拋光和電蝕,韌性及耐磨性佳。預熱250~300℃后熱溫度400~500℃,作多層焊補時,採用後退法焊補,較不易產生融合不良及等缺陷。
▲GMT-P20Ni > 0.5 ~ 3.2mm HRC 30~34 塑料射出模、耐熱模(鑄銅模)。以焊接裂開敏感性低的合金成份設計,含鎳約1%,適合PA、POM、 PS、PE、PP、ABS塑料,具良好之拋光性,焊后無氣孔、 裂紋,打磨後有良好之光潔度,經真空脫氣,鍛造后,預硬至HRC 33度,斷面硬度分佈均一,模具壽命達300,000以上。預熱溫度250~300℃后熱溫度400~500℃,多層焊補時,採用後退法焊補,較不易產 生融合不良及等缺陷。
▲GMT-NAK80 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 38~42 塑料射出模、鏡面鋼。高硬度,鏡面效果特佳,放電加工性良好,焊接性能極好,研磨后,光滑如鏡,為世界最進步,最優秀塑模鋼,加入易削元素,切削加 工容易,具高強韌性及耐磨不變形特性,適合各種透明塑料產品之模具鋼。預熱溫度300~400℃后熱溫度450~550℃,作多層焊補時,採用後退法焊補,較不易產生融合不良及等缺陷。
▲GMT-S136 > 0.5 ~ 1.6mm HB~400 塑料射出模,抗腐蝕、滲透性良好。高純度、高鏡面度,拋光性良好,抗銹防酸能力極佳,熱處理變型少,適合PVC、PP、EP、PC、PMMA塑料,耐腐蝕及容易加 工之模件及夾具,超鏡面耐蝕精密模具,如橡膠模具、照相機部件、透鏡、錶殼等。

7皇牌鋼

▲GMT- 皇牌鋼> 0.5 ~ 2.4mm HB~200 鐵模、鞋模、軟鋼焊接、易雕刻蝕花, S45C 、S55C 鋼材等修補。質地細密、軟、易加工、不會有氣孔產生,預熱溫度200~250℃ 后熱溫度350~450℃。
▲GMT-BeCu (鈹銅) > 0.5 ~ 2.4mm HB~300 高導熱的銅合金模具材料,主加元素為鈹,其適用於塑料注塑成型模具的內鑲件、模芯、壓鑄沖頭、熱流道冷卻系統、導熱嘴、吹塑模具的整體型腔、磨耗板等。 鎢銅材料則應用在電阻焊、電火花、電子封裝以及精密機械設備等。
▲GMT-CU(氬焊銅) > 0.5 ~ 2.4mm HB~200 此焊支用途廣泛,可焊補電解片、銅合金、鋼、青銅、生鐵、一般銅件之焊補。機械性能良好,可用於銅合金之焊接修補,也可用於焊接鋼和生鐵、鐵的接合。
▲GMT-油鋼焊絲 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 52~57 沖裁模、量規、拉模、穿孔沖頭、可廣泛使用在五金冷衝壓,手飾壓花模等,通用特殊工具鋼、耐磨、油冷。
▲GMT-Cr鋼焊絲 > 0.5 ~ 3.2mm HRC 55~57 沖裁模、冷作成型模、冷拉模、沖頭、高硬度、高軔性、線切割性良好。焊補前先加溫預熱,焊補后請做后熱動作。
▲GMT-MA-1G > 1.6~2.4mm,超鏡面焊絲,主要應用于軍工產品或要求極高的產品。硬度HRC 48~50 馬氏體時效鋼系,鋁壓鑄模,低壓鑄造模,鍛造模,沖裁模,注塑模的堆焊。特殊硬化高韌度合金,非常適用於鋁重力壓鑄模、澆 口、延長使用壽命的2~3倍,可製作非常精密之模具、超鏡面(澆口補焊,使用不易熱疲勞裂痕)。
▲GMT-高速鋼焊絲(SKH9) > 1.2~1.6mm HRC 61~63 高速鋼,耐用性為普通高速鋼的1.5~3倍,適用於製造加工高溫合金、不鏽鋼、鈦合金、高強度鋼等難加工材料的刀具、焊補拉刀、熱作高硬度工具、模具、 熱鍛總模、熱沖模、螺絲模、耐磨耗硬面、高速度鋼、沖具、刀具、電子零件、螺紋滾模、牙板、鑽滾輪、滾字模、壓縮機葉片及各種模具機械零件等 ...。經過歐洲工業水準嚴格品質管制,高含碳量,成份優 良材料內部組織均勻,硬度穩定,而且耐磨性、韌性、耐高溫等 ...。特性皆比一般同等級之材料為佳。
▲GMT-氮化零件焊補焊絲> 0.8 ~ 2.4mm HB~300 適用於氮化后模具,零件表面修補。

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