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　　　　判断模具钢质量的要求和依据是什么？

　　

　　　　根据模具的不同使用条件、环境和条件，应选择不同特性的模具钢。在模具制造过程中，模具的使用寿命、精度、质量和表面性能不仅与模具设计、制造精度、机床和操作条件有关，还与模具材料和热处理工艺密切相关。据有关统计，约10%的模具早期失效是由于材料选择不当和内部缺陷造成的，约50%是由于热处理不当造成的。因此，正确选择优质模具钢并进行适当的热处理具有重要意义。模具钢的特性主要包括使用性能、工艺性能和冶金质量。

　　

　　　　1.模具钢对工作性能的要求

　　

　　　　①硬度

　　

　　　　模具在工作过程中的应力状态是复杂的。例如，热加工模具在交换温度场下通常承受交变应力，因此它应具有良好的抗软化或塑性变形能力，并且在长期工作环境下仍能保持模具的形状和尺寸精度。硬度是模具钢的基本性能之一。冷加工模具的硬度通常选择在58HRC以上，而热加工模具的硬度，尤其是那些需要高抗热疲劳性的模具，通常约为45HRC。对于常用的塑料模具，一般硬度约为35HRC。

　　

　　　　②强度和韧性

　　

　　　　在零件成形过程中，模具承受着巨大的冲击、变形等载荷。特别是随着现代高速冲压、高速精密锻造、液态成形和一次成形技术的发展，模具承受的载荷越来越大，这往往导致钢的强度和韧性不足而导致早期失效，导致型腔边缘或局部塌陷、边缘塌陷或断裂。因此，热处理后的模具应具有较高的硬度和韧性。

　　

　　　　③耐磨性

　　

　　　　当零件成形时，材料和模腔表面之间的相对运动导致模腔表面的磨损，这使得模具的尺寸精度、形状和表面粗糙度发生变化并失效。磨损是一个复杂的过程，有许多影响因素，这些因素不仅取决于作用在模具上的外部条件，还取决于所用钢的化学成分不均匀性、显微组织和机械性能。

　　

　　　　④疲劳性能

　　

　　　　模具工作时，承受机械冲击和热冲击的交变应力。在热作模具工作过程中，热交变应力明显导致模具热裂。由应力和温度梯度引起的裂纹通常在型腔表面形成浅而薄的裂纹，裂纹的快速扩展导致模具失效。此外，钢的化学成分和显微组织的不均匀、钢中非金属夹杂物、气孔和微裂纹等冶金缺陷会导致钢的疲劳强度降低，因为在交变应力的作用下，疲劳裂纹首先出现在这些薄弱区域并发展成疲劳失效。

　　

　　　　⑤附着力

　　

　　　　由于两个金属原子的相互作用或单相扩散，一些被加工的金属经常粘附在工具和模具的表面，特别是一些切削工具、剪切工具和冲压工具的表面会被粘附或结疤，这将影响切削刃的锋利度以及局部组织和化学成分的变化，并导致切削刃部分开裂或粘附金属脱落和擦伤模具，从而使工件表面粗糙。因此，良好的附着力也非常重要。

　　

　　　　⑥抛光和蚀刻性能

　　

　　　　随着模具，特别是塑料模具的广泛使用，需要具有低的表面粗糙度值(有时甚至是镜面的程度)，这影响模具的寿命和生产效率以及产品的质量。高表面质量可以减少腐蚀(尤其是局部点蚀)；为了降低开裂风险，抛光钢的化学成分、显微组织、硬度和碳化物分布必须均匀。大的碳化物，特别是当它们被分离和带状时，对表面抛光极其有害。尤其重要的是，钢不应含有大量氧化物夹杂或偏析而不变形，因此必须严格控制熔炼和脱氧过程。真空电弧重熔和电渣重熔效果良好，已成为目前塑料模具钢的主要生产方式。即使简单的真空脱气也有助于消除大的氧化物夹杂。这些熔炼过程不仅可以降低氧化物的含量，还可以使它们更细、更均匀。同时，可以控制熔炼和脱氧过程，改变夹杂物的类型以软化它们，并具有更好的塑性韧性以改善抛光性能。

　　

　　　　钢中任何未闭合的空洞都会影响其抛光性能，因此在热加工中有必要压缩气孔等冶金缺陷并保持组织致密，这可以通过现代成形技术来实现。例如，反复镦粗和拉拔技术、旋转锻造技术、高温等静压等可以细化原始铸态组织和枝晶空洞。电渣重熔和真空电弧重熔精炼工艺也非常有利于钢产品的均匀性。对于热处理或表面硬化引起的缺陷，应尽可能避免硬度不均匀的脱碳。这些措施，加上合理的成分设计和控制，可以生产出具有优良镜面加工性能的钢。

　　

　　　　此外，根据模具工作条件和环境的不同，应考虑所用模具钢应具有良好的导热性、耐腐蚀性、抗氧化性和导磁率。

　　

　　　　⒉对模具钢工艺性能的要求

　　

　　　　可加工性

　　

　　　　钢的可加工性主要包括可加工性和冷热塑性变形，这取决于化学成分、热处理后的显微组织和冶金生产的内在质量。近年来，为了改善钢的可加工性，在一些钢中加入易切削元素或改变钢中夹杂物的分布状态，从而改善模具钢的表面质量并减少模具的磨损。在热加工过程中，对一些高碳高合金模具钢来说，改善碳化物的形状和分布、晶粒度和奥氏体合金化程度是非常重要的。

　　

　　　　除了良好的可加工性，它还应该具有良好的电加工性、冲压和模具车削加工性等。

　　

　　　　淬透性和硬化能力

　　

　　　　根据不同的工作条件，模具对这两种性能的要求是不同的。对于要求断面具有高硬度均匀性的模具，如锤锻模具钢，具有高淬透性更重要，而对于仅要求高硬度的小模具，如冲裁模具钢，具有高淬透性更重要。

　　

　　　　热处理变形能力

　　

　　　　在热处理过程中，模具零件应具有较小的变形，所sus630密度有方向的变化相似，结构稳定。淬火变形小，除了淬火温度、时间和冷却介质等因素外，主要取决于钢的成分均匀性、冶金质量和组织稳定性。

　　

　　　　脱碳敏感性

　　

　　　　当锻造、退火或淬火模具钢在无保护气氛中加热时，表面会出现氧化和脱碳等缺陷，从而降低模具的耐用性。脱碳不仅与热处理工艺和设备有关，还取决于钢的化学成分，尤其是碳含量。当含有较高的元素如硅和钼时，脱碳将会加剧。

　　

　　　　此外，根据模具的使用条件，应考虑模具的镜面抛光、研磨和电化学性能。

　　

　　　　3.模具钢对冶金质量的要求

　　

　　　　高冶金质量可以充分发挥钢的基本性能。模具钢的内部冶金质量与其基本性能同等重要。在研究性能的同时，有必要研究冶金质量的影响因素。一般来说，模具钢的内部和外部质量问题如下:

　　

　　　　化学成分的均匀性

　　

　　　　模具钢通常是含有多种元素的合金钢。当钢在钢锭模中从液态凝固时，钢水中的各种元素在凝固组织中不均匀分布，并由于选择性结晶而形成偏析。这种化学成分的偏析会导致组织和性能的差异，这是影响钢质量的重要因素之一。降低钢的偏析程度可以有效改善钢的性能。近年来，国内外许多冶金厂都致力于研究和生产成分均匀、组织细小的钢。

　　

　　　　有害元素含量

　　

　　　　在钢的凝固过程中，硫和磷形成磷化物和硫化物，并在晶界沉淀，导致晶间脆性，这降低了钢的塑性。过量的硫和磷会使钢锭在轧制过程中容易开裂，大大降低钢的力学性能。硫和磷含量对热作模具钢(“/-3-185-181”)韧性和热疲劳性能的影响> H13)进行了研究。结果表明，当钨(硫)和磷的含量从0.025%和0.010%降低到0.000%时，日立金属公司将SKD61钢中的钨(磷)含量从0.03%降低到0.001%，可使钢在45℃下的冲击韧性从39.2J/cm2提高到127.5 sus630是什么标准 J/cm2。此外，降低钢中硫和磷的含量也能有效改善钢的各向同性。

　　

　　　　钢中的非金属夹杂物

　　

　　　　优质钢不仅要满足化学成分技术标准的要求，还要含有尽可能少的非金属夹杂物，因为钢中非金属夹杂物的体积很小，但它对钢的性能有很大的影响。减少钢中非金属夹杂物是炼钢的主要任务之一。一般来说，钢中的非金属夹杂物主要是指铁和其他合金元素与氧、硫和氮相互作用形成的化合物，如氧化亚铁、氧化锰、氧化铝、二氧化硅、硫化亚铁、硫化锰、氮化铝、氮化钒等。以及炼钢和浇注过程中引入的耐火材料，后者的成分主要是硅、铝、铁、铬、钙、镁等的氧化物。钢中的非金属夹杂物按其来源可分为内部夹杂物和外部夹杂物，现有夹杂物是钢在液态和凝固过程中形成的化合物。

　　

　　　　钢中的非金属夹杂物基本上被认为是一定尺寸的裂纹，它破坏了金属的连续性并引起应力集中。在外部应力的作用下，裂纹扩展容易发展和扩展，导致性能退化。塑性夹杂物的存在以及锻造和轧制过程导致钢的各向异性。同时，抛光过程中夹杂物的剥落改善了模具的表面粗糙度。因此，提高大型重要模具用钢的纯净度非常重要。

　　

　　　　4.白色斑点

　　

　　　　白点是热轧钢坯和大型锻件中常见的缺陷，是一种钢的内部断裂。白点的存在对钢的性能有非常不利的影响，主要表现为钢的力学性能降低，锻件在热处理过程中淬火开裂，或在使用过程中发展成为更严重的损伤事故，因此在任何情况下都不能使用带有白点的锻件。不同的钢材对白点的敏感度不同。一般认为易产生白点的钢包括铬钢、铬钼钢、锰钢、锰钼钢、铬镍钼钢、铬钨钢等。马氏体铬镍钢和含0.30%以上钨(碳)、1%以上钨(铬)和2.5%以上钨(镍)的铬镍钼钢对白点更敏感。形成白点的原因是钢中氢的沉淀和聚集，在钢的纵截面上形成银白色的粗晶圆形或椭圆形斑点。它通常会导致锻件和毛坯出现裂纹。模具钢5CrNiMo、5CrMnMo等。容易出现白斑。如果加入碳化物东莞sus630压合钢板元素铬、钼和钒，会降低白点的灵敏度。在这种钢的生产中，必须注意对锻造后的大锻件进行脱气和强化缓慢冷却或脱氢退火。

　　

　　　　⒌氧含量

　　

　　　　通常，模具钢中允许的气体含量没有规定。随着氧含量的增加，氧化物的颗粒和数量增加，钢的疲劳性能下降，容易产生热裂纹。有些人测试了“/-3-185-181”> 4Cr5MoSiV1钢，且氧含量不应超过1.5×10-5。日本杨珊特殊钢公司规定高纯钢的氧含量不应超过1.0×10-5。因此，近年来，为了提高模具的制造质量。国内外模具钢正逐步向低氧含量发展。

　　

　　　　6.碳化物的不均匀性

　　

　　　　碳化物是大多数模具钢的基本成分。除了可溶于奥氏体的碳化物外，还有一些不溶于奥氏体的残余碳化物。碳化物的尺寸、形状和分布对模具钢的使用性能有很大影响。碳化物的大小、形状和分布与钢的冶炼方法、钢锭的凝固条件和热加工变形条件有关。过共析钢的碳化物可在晶界形成风状碳化物，或在加工变形过程中拉长形成带状碳化物，或两者兼有。莱氏体模具钢中有一次碳化物和二次碳化物。在热变形过程中，大部分网状共晶碳化物被破坏，碳化物首先沿变形方向延伸，形成带状碳化物。随着变形程度的增加，碳化物变得均匀细小。碳化物的不均匀性对钢的淬火变形、开裂和力学性能有很大影响。表2-1显示莱氏体钢的尺寸越大，碳化物的不均匀性越严重，淬火后的力学性能越差，其中横向性能下降更多，弯曲强度为纵向强度的1/2。表2-1显示了Cr12碳化物不均匀性对冲击韧性的影响。碳化物偏析严重，对重型和尖齿模具的寿命有很大影响。用Cr12MoV制造滚丝板，如果碳化物不均匀性为5~6级，使用寿命很短。

　　

　　　　碳化物不均匀性等级:无缺口冲击韧性/(J/cm2)

　　

　　　　αk的平均值

　　

　　　　2级24.5 35.8 37.2 32.5

　　

　　　　4级sus630不锈铁27.0 30.5 31.9 29.6

　　

　　　　6级19.9 20.2 20.2 20.7

　　

　　　　⒎偏析分析

　　

　　　　偏析是钢的成分和组织不均匀性的表现，是模具钢宏观组织检验中经常存在的一种缺陷。它是在钢锭凝固过程中形成的，与钢的化学成分和浇注温度有关。一般分为树枝状偏析、方形偏析、点状偏析等。由于枝晶偏析的存在，不同方向的力学性能表现出明显的差异。方形偏析是由于晶锭结晶过程中，柱状晶末端和晶锭中心之间的等轴区积累了更多的杂质和孔隙。严重的方形偏析对钢的质量有很大影响，特别是对于加工能力大的零件或中心有应力的模具零件。偏析不仅影响模具钢力学性能的各向同性，还影响模具的抛光性能。因此，国外相关标准中有严格的规定。

　　

　　　　⒏疏松性

　　

　　　　松散是钢不紧密的表现。疏松主要发生在钢锭的上部和中部，那里集中了更多的杂质和气体。由于疏松缺陷的存在，钢的强度和韧性降低，加工表面的粗糙度也受到严重影响，这在普通模具钢中并不特别重要，但对冷轧辊、大模块、冲头和塑料成型模具零件有严格的要求。例如，深型腔中的锻模和冲头的松动度不应超过1级或2级，用于塑料模具(如刻度盘或透明零件)的钢的松动度不应超过1级。

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