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熱作模具鋼材的選材原則是什麼?

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熱作模具鋼材的選材原則是什麼?

發布日期:2018-05-18 作者: 點擊:

成形模具主要包括凸、凹模、上下模闆、導柱導套、緊固連接螺釘、銷釘和卸料零件等,其中以凸模和凹模作為主要工作部分,頻繁地與熱變形材料接觸、直接承受來自熱成形件的高溫變形抗力、摩擦阻力和由于劇烈摩擦而産生的熱量,因此是容易磨損和損壞的零件,也是需要重點研究和提高使用壽命的關鍵零件。

一般情況下,凸模的損壞形式主要有以下幾種:

(1)因結構設計不合理引起的損壞,如長徑比過大導緻凸模折斷。

(2)因磨損引起的破壞,如凸模工作帶柱面産生平行于擠壓方向的條索狀皺皮現象(将導緻成形件的内孔粗糙度不合格);或者凸模工作柱狀部分和工作帶下面的錐角産生嚴重的變形(将導緻成形件的尺寸精度不合格)。

凹模的損壞形式主要有以下幾種:

(1)凹模設計不合理引起的損壞,如凹模結構設計不合理時有可能沿軸線方向産生裂紋,或因變形抗力太大而沿直徑方向開裂,即在凹模内孔底部或壁部産生裂紋,并使裂紋很快擴展。(2)因磨損引起的破壞,模具磨損會使成形件的尺寸精度超差和表面質量達不到要求。

因此在高溫成形條件下,模具材料應具有以下特性:

①很高的強度和韌性,以承受高靜水壓力、變形抗力和沖擊載荷。

②一定的紅硬性、耐熱疲勞性和耐磨性,以承受交變應力和預熱後的溫升。

③良好的熱處理性能和切削加工性能。

模具材料按照化學成分可分為碳素工具鋼、低合金工具鋼、高合金工具鋼、高速鋼和鋼結硬質合金等。

碳素工具鋼

碳素工具鋼的生産成本較低,加工性良好,熱處理後可得到較高的硬度和一定的耐磨性,用于制作尺寸不大、形狀簡單、受輕負荷的模具零件。但這類鋼的淬透性差,淬火溫度範圍窄,淬火變形大,模具零件使用壽命相對低,不适于制作大中型和複雜的模具零件。

低合金工具鋼

低合金工具鋼因含有一定量的合金元素,所以比碳素工具鋼有更高的淬透性與淬硬性,并有良好的耐磨性,一般情況下淬火變形較小,因此被廣泛用來制作形狀複雜、變形要求高的各種中小型模具。常用的低合金工具鋼有9Mn2V、MnCrWV、CrWMn、9CrWMn、MnSi.9SiCr、GCr15等。

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高合金工具鋼

高合金工具鋼中常用的高鉻工具鋼有Cr12、Cr12MoV,中鉻工具鋼有Cr6WV。高鉻工具鋼具有高淬透性、高耐磨性和熱處理變形小等優點,被廣泛用于制造承載大、生産批量大、形狀複雜的模具零件。但該材料的碳化物分布不均勻,使強度大為降低,模具在工作時邊緣崩落;此外,淬火加熱溫度的波動會引起組織和性能的很大變化。Cr12MoV由于含碳量較低,碳化物分布不均勻的情況有所改善,強度與韌性都較好。中鉻工具鋼Cr6WV可以部分代替Cr12鋼。由于鋼中含碳量顯著減少,其碳化物分布不均勻性有很大改善,其沖擊韌性和其他力學性能也較Cr12鋼好。但Cr6WV鋼的淬透性和淬硬性較Cr12型鋼差,這種鋼的淬火開裂傾向也較大,一般采用分級淬火或空冷,而不宜直接冷油淬火。

含鉻低的空冷微變形工具鋼有Cr4W2MoV、Cr2Mn2S1WMoV等。Cr4W2MoV鋼的淬透性很高,回火穩定性較高,力學性能也較好,可以用來替代Cr12型鋼。這種鋼淬火後的硬度比Cr12型鋼稍低。Cr2Mn2SiWMoV鋼屬過共析鋼,與Cr12型鋼相比,其碳化物分布均勻,淬火溫度低(820~840℃)、過熱敏感性小,而且可鍛性優于Cr12鋼。這種鋼的淬透性較高,空冷淬火的變形量很小,Cr2Mn2SiWMoV鋼的回火穩定性和力學性能均較好,耐磨性還稍高于Cr12鋼。Cr2Mn2SiWMoV鋼的大缺點是軟化退火困難,按一般退火工藝,硬度偏高。

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