提高模具鋼質(zhì)量的具體途徑 冶金專業(yè)畢業(yè)論文 定稿（可編輯）

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1、提高模具鋼質(zhì)量的具體途徑 冶金專業(yè)畢業(yè)論文 定稿 畢 業(yè) 論 文(設(shè) 計(jì)) 題目:提高模具鋼質(zhì)量的具體途徑 系 別: 冶金工程系 專 業(yè): 冶金技術(shù) 班 級: 09級冶金1班 學(xué) 號: 姓 名: 指導(dǎo)教師: 2012年3月 20日 摘要 近年來,世界范圍內(nèi)模具鋼制造業(yè)的競爭變得越來越激烈,企業(yè)能否在在盡可能短的時間內(nèi)高效率、低消耗地為顧

2、客提供個性化高質(zhì)量產(chǎn)品,已成為企業(yè)競爭能力的一個標(biāo)志。模具鋼材被稱為工業(yè)之父,模具鋼材質(zhì)量的高低,將直接影響到產(chǎn)品的成本、產(chǎn)量、質(zhì)量、新產(chǎn)品投產(chǎn)及老產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期、企業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整速度與市場競爭力,因此經(jīng)濟(jì)形勢對模具鋼材的質(zhì)量提出了越來越高的要求。那么如何才能更合理地提高模具鋼材的質(zhì)量呢?也就是,怎么樣才能讓模具鋼材在低成本、高效率、高精度條件下,更長時間地、更多模次地生產(chǎn)出質(zhì)量合格的制件呢?這已經(jīng)越來越成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。 關(guān)鍵詞:模具鋼、等向性能、熱處理、爐外精煉、煅造 目錄 ⒈ 提高模具鋼

3、質(zhì)量的基本途徑..1 ⒉ 提高模具鋼冶金質(zhì)量的途徑..2 ⒊ 提高模具鋼的純凈度..4 ⒋ 提高模具鋼的等向性能5 5. 模具材料的質(zhì)量對模具熱處理的影響.5 6. 模具鋼熱處理存在的質(zhì)量控制問題7 7. 模具熱處理技術(shù)的進(jìn)步推動制造業(yè)的創(chuàng)新8 8. 如何改善模具鋼的鍛造質(zhì)量10 9. 在模具鋼材生產(chǎn)中常用的爐外精煉11 10. 改善模具鋼材帶狀碳化物的有效工藝措施11 11. 如何正確采取措施以提高模具鋼質(zhì)量水平13 12.參靠文獻(xiàn)..14 1提高模具鋼質(zhì)量的基本途徑 首先制件的設(shè)計(jì)要合理,盡可能選用最好的結(jié)構(gòu)方案,制件的設(shè)計(jì)者要考慮到制件的技術(shù)要求及其結(jié)構(gòu)必

4、須符合模具鋼材制造的工藝性和可行性。模具鋼材的設(shè)計(jì)是提高模具鋼材質(zhì)量的最重要的一步,需要考慮到很多因素,包括模具鋼材材料的選用,模具鋼材結(jié)構(gòu)的可使用性及安全性,模具鋼材零件的可加工性及模具鋼材維修的方便性,這些在設(shè)計(jì)之初應(yīng)盡量考慮周全。 模具鋼材材料的選用既要滿足客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求,還需考慮到材料的成本及其在設(shè)定周期內(nèi)的強(qiáng)度,當(dāng)然還要根據(jù)模具鋼材的類型、使用工作方式、加工速度、主要失效形式等因素來選材。例如:沖裁模的主要失效形式是刃口磨損,就要選擇表面硬度高、耐磨性好的材料;沖壓模主要承受周期性載荷,易引起表面疲勞裂紋,導(dǎo)致表層剝落,那就要選擇表面韌性好的材料;拉深模應(yīng)選擇摩擦系數(shù)特

5、別低的材料;壓鑄模由于受到循環(huán)熱應(yīng)力作用,故應(yīng)選擇熱疲勞性強(qiáng)的材料;對于注塑模,當(dāng)塑件為ABS、PP、PC之類材料時,模具鋼材材料可選擇預(yù)硬調(diào)質(zhì)鋼,當(dāng)塑件為高光潔度、透明的材料時,可選耐蝕不銹鋼,當(dāng)制品批量大時,可選擇淬火回火鋼。另外還需要考慮采用與制件親和力較小的模具鋼材材料,以防粘模加劇模具鋼材零件的磨損,從而影響模具鋼材的質(zhì)量。 模具鋼材結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時,盡量結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便,還要保證模具鋼材零件有足夠的強(qiáng)度和剛度;在模具鋼材結(jié)構(gòu)允許時,模具鋼材零件各表面的轉(zhuǎn)角應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)成圓角過渡,以避免應(yīng)力集中;對于凹模、型腔及部分凸模、型芯,可采用組合或鑲拼結(jié)構(gòu)來消除應(yīng)力集中,細(xì)長凸模或型芯,

6、在結(jié)構(gòu)上需采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施;對于冷沖模,應(yīng)配置防止制件或廢料堵塞的裝置如:彈頂銷、壓縮空氣等。與此同時,還要考慮如何減少滑動配合件及頻繁撞擊件在長期使用中磨損所帶來的對模具鋼材質(zhì)量的影響。 對模具鋼材主要成形零部件進(jìn)行表面強(qiáng)化,以提高模具鋼材零件表面耐磨性,從而更好地提高模具鋼材質(zhì)量。對于表面強(qiáng)化,要根據(jù)不同用途的模具鋼材,選用不同的強(qiáng)化方法。例如:沖裁?？刹捎秒娀鸹◤?qiáng)化、硬質(zhì)合金堆焊等,以提高模具鋼材零件表層的耐磨性和抗壓強(qiáng)度;壓鑄模、塑料模等熱加工模具鋼材鋼零件可采用滲氮硬氮化處理,以提高零件的耐磨性、耐熱疲勞性和耐磨蝕性;拉深模、彎曲模可采用滲硫處理,以減少摩擦系數(shù),提高材料的

7、耐磨性;碳氮共滲軟氮化可應(yīng)用于各類模具鋼材的表面強(qiáng)化處理。另外,近幾年發(fā)展起來的一種稱為FCVA真空鍍金剛石膜技術(shù),能在零件表層形成一層與基體結(jié)合異常牢固又十分光滑均勻密實(shí)的保護(hù)膜,這種技術(shù)特別適合于模具鋼材表面保護(hù)性處理,也是提高模具鋼材質(zhì)量的一種效果顯著的方法。當(dāng)然,如果制件屬試制產(chǎn)品或生產(chǎn)批量相當(dāng)小的話,就不一定非要進(jìn)行模具鋼材零件的表面強(qiáng)化處理。 2 提高模具鋼冶金質(zhì)量的途徑 冶煉質(zhì)量對于高質(zhì)量的模具鋼材,國內(nèi)外廣泛采用爐外精煉、 真空處理、真空冶煉、噴粉處理、電渣重熔等工藝、降低鋼中的有害元素、氧、氫和夾雜物的含量,進(jìn)行化學(xué)成分和澆注溫度的微調(diào)。通過電渣重熔還能夠有效地改善

8、鋼的低倍組織和致密度, 提高模具鋼材的等向性。 鍛造軋制工藝在保證一定的鍛造比的基礎(chǔ)上,盡可能采用鐓粗一拔長鍛造和交叉軋制工藝,以提高模具材料的等向性。為了減少加工余量,提高材料的利用率,廣泛采用精鍛機(jī)、快鍛水壓機(jī)、高精度連軋機(jī)生產(chǎn),提供高精度的鋼材適應(yīng)模具制造的需要。 熱處理和精加工鍛、軋材的熱處理,應(yīng)采用可控氣氛或真空熱處理,避免氧化脫碳,對有些塑料模具鋼和熱作模具鋼應(yīng)由冶金部門進(jìn)行預(yù)硬處理。 對有些要求高的熱作模具材料應(yīng)由冶金部門預(yù)先進(jìn)行組織細(xì)化處理,消除鋼中的粗大碳化物和鏈狀分布的碳化物,得到細(xì)小、均勻分布的碳化物組織,以進(jìn)一步改善鋼的各種性能,特別是等向性。根據(jù)國

9、外的一些報道,有些熱作模具鋼通過電渣重熔?多向煅造(軋制)?組織細(xì)化處理,生產(chǎn)出高質(zhì)量高等向性的模具鋼,其橫向的沖擊韌度值可以相當(dāng)于縱向的 90%以上。 不少鋼廠對這種工藝生產(chǎn)的鋼命名了商品牌號,如奧地利伯樂鋼廠的 ISODISC;日本日立金 屬公司的 ISOTROPY, 日本高周波鋼業(yè)公司的 MICROFINE 等, 我國不少冶金生產(chǎn)部門也在致力于這項(xiàng)工作。 另外從鋼材各部位的冶金質(zhì)量考慮,制造模具時應(yīng)注意使模具的主要工作面(如型腔或刃部)選擇接近鋼材的表面位置; 因?yàn)樵谝话闱闆r下鋼材的表面是鋼材比較清潔的部位,而鋼材的心部是鋼材低倍缺陷比較集中的區(qū)域;特別是在大截面萊氏體鋼材中, 中心部位

10、鋼的共晶碳化物不均勻度會比表面部 位高出 2~3 級。還有模具的主要承受載荷的方向最好能選擇與鋼材的變形方向相一致,以減少鋼材的各向異性對模具的不利影響。 導(dǎo)熱性也是模具鋼材,特別是有些熱作模具鋼材和塑料模具鋼材的主要性能指標(biāo)之一。導(dǎo)熱性好的模具鋼材,能把加工中產(chǎn)生的熱量和加工工件傳來的熱量迅速傳出,避免模具工作表面產(chǎn)生過熱現(xiàn)象改善模具的工作條件。對一些熱塑性塑料成形用的模具和一些壓鑄模具,為了加快生產(chǎn)節(jié)奏希望壓制的工件迅速降溫脫模,以提高生產(chǎn)率,為了解決這一問題,有時選用一些比鋼鐵導(dǎo)熱性更好的模具材料,如高強(qiáng)度銅合金、高強(qiáng)度鋁合金等。3高純凈度模具鋼 鋼的純凈度提高到一定水

11、平,不但可以改進(jìn)鋼的原有性能,而且可以賦予鋼的新性能。日本大同特殊鋼公司把SKD61 4Cr5MoSiVl 鋼中硫、磷含量從 0.03% 降到 0.01% 以下,沖擊韌性提高一倍以上;日立金屬公司把 SKD61 鋼中的磷含量從 0.03% 降到 0.001% ,鋼的沖擊韌性從 40J/cm2? 提高到 130J/cm2 ;德國蒂森把 2344 H13 電渣中的磷含量降低到 ≤ 0.003% 且細(xì)晶化,鋼的疲勞性能明顯提高。將鋼中的氧含量降低,也可以顯著改善鋼的韌性,國外有些特殊鋼廠將模具鋼的氧含量規(guī)定為 ≤ 1510-6。 為了提高模具鋼的純凈度,國外普遍采用二次精煉工藝,主要用真空爐外精煉

12、、電渣重熔、真空白耗等手段生產(chǎn)模具鋼,以提高鋼的純凈度,降低鋼中有害夾雜物含量。由于鋼中非金屬夾雜物含量降低,尤其是脆性非金屬夾雜物含量降低,有效地提高鋼的拋光性能和改善表面粗糙度,這對于高檔的塑料模具鋼尤為重要。因此,日本山陽特殊鋼公司規(guī)定高純凈度的模具鋼中的[0] ≤1010-6、 [S] ≤5010-6。 4高等向性能模具鋼 模具大部分是多向受力,因此提高鋼的等向性能,改善鋼的橫向韌性和塑性,使其與縱向性能接近,就可以大幅度提高模具的使用壽命。近二十年來,國外不少特殊鋼廠都采用不同工藝措施致力于開發(fā)高等向性能的模具鋼,并且各自命名一些商業(yè)牌號。 要獲得高等向性能的模具鋼,

13、目前國外采用真空爐外精煉或電渣重熔、高溫?cái)U(kuò)散退火和大鍛造比的等向鍛造工藝相結(jié)合,減小了大截面模塊表面和心部橫向和縱向性能的差異。以生產(chǎn)高等向性能的4Cr5MoSiVl模具鋼為例,主要的生產(chǎn)工序如下:即采用電渣重熔,除了提高鋼的純凈度、降低鋼中的非金屬夾雜物之外,還可以使鋼中的枝晶間距變小,結(jié)晶結(jié)構(gòu)改變。 另一個重要生產(chǎn)工序是對鋼錠或鋼坯進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散退火,使鋼中原先較小顆粒的一次碳化物完全溶解,并在隨后冷卻過程中析出球狀的碳化物;而原先條狀粗大的一次碳化物則通過高溫?cái)U(kuò)散溶解一部分,使其變小和球化,結(jié)合適當(dāng)?shù)能浕幚?可獲得球狀碳化物均勻分布在鐵素體基體上的組織,從而顯著地提高鋼的橫向沖擊

14、韌性。 5 模具材料的質(zhì)量對模具熱處理的影響 模具鋼零件或工具鋼的生產(chǎn)要經(jīng)歷冶煉、澆注、煅造、預(yù)先熱處理、機(jī)械加工、最后熱處理、精加工和裝配等流程。為了搞好熱處理,應(yīng)掌握整個生產(chǎn)中各個環(huán)節(jié)的相互作用及其對產(chǎn)品質(zhì)量影響的規(guī)律,將熱處理作為制造流程中的一環(huán),以全局的視野分析和解決問題,?？墒盏绞掳牍Ρ吨?。舉例如下:工業(yè)縫紉機(jī)梭心套冷擠壓凸模,工件材料為20Gr鋼,形變阻力較大,凸模所承受的單位壓力超過250MPa,而且在凸模中間有一個小孔,擠壓時部分被擠鋼料從中竄出使凸模承受徑向張力,容易引起開裂。W6Mo5Cr4V2鋼制造的凸模,其最佳淬火、回火工藝即1190℃加熱淬火,560℃回

15、火4次,仍未能完全消除凸模早期開裂的現(xiàn)象。對使用后的模具進(jìn)行解剖和金相分析發(fā)現(xiàn),凡是早期開裂的凸模,碳化物偏析的級別大多數(shù)在3級以下。由此可見,高速工具鋼的萊氏體碳化物偏析導(dǎo)致韌性下降,是凸模早期開裂的重要原因。這就需要從控制高速鋼原材料的質(zhì)量,以及通過鍛造改善碳化物級別著手,才能解決問題。 我國國標(biāo)規(guī)定,直徑為60~80mm的高速鋼出廠時碳化物級別為5級。梭子凸模原設(shè)計(jì)尾部直徑為60mm,需要用直徑大于60?mm的鋼材制造,經(jīng)過修改凸模設(shè)計(jì),尾部直徑改為48mm,可以用50mm直徑高速鋼制造。通過對高速鋼材進(jìn)行“十字交叉”鍛造,進(jìn)一步降低碳化物級別,并規(guī)定煅造的形變規(guī)范,使鋼料中碳化

16、物最嚴(yán)重的區(qū)域移到凸模中應(yīng)力較低的部位,從而消除了凸模早期斷裂的現(xiàn)象。 克服梭子凸模開裂的另一條途徑是用基體鋼65Nb替代高速鋼。65Nb的含碳量較低,即使是較大規(guī)格的鋼件,碳化物偏析一般也不會大于3級,而且65Nb的韌性也優(yōu)于高速鋼,因此用65Nb制造梭子的冷擠壓模不會開裂。但是,65Nb的擠壓屈服強(qiáng)度略低于高速鋼,而梭子冷擠壓凸模承受的單位壓力高于一般的冷擠壓模具,初期試驗(yàn)時發(fā)現(xiàn)65Nb鋼制模具工作部位的直徑略有脹大。65Nb鋼制凸模在淬火回火后進(jìn)行鐵素體氮碳共滲處理,降低了表面摩擦系數(shù),從而減輕了成形阻力,克服了凸模工作時直徑脹大問題,而且由于表面耐磨性大幅度提高,凸模壽命達(dá)到3

17、萬件以上,優(yōu)于高速鋼模具。 梭子凸模早期損壞的另一種形式是刃口崩掉一小塊,起初認(rèn)為是材料脆性所致,但未能找到解決辦法。經(jīng)過對凸模制造過程進(jìn)行仔細(xì)的研究分析,發(fā)現(xiàn)凸模磨削時刃帶上易產(chǎn)生磨削裂紋。改用硬質(zhì)合金車刀在凸模淬火和回火之后、氮碳共滲處理之前進(jìn)行“精車”(實(shí)際上是一種車削與擠光相混合的方法),替代磨削,避免了凸模早期崩口現(xiàn)象。 梭子冷擠壓模具壽命的提高是一個系統(tǒng)的工程,除上述措施之外,還包括冷擠壓工藝研究、模具設(shè)計(jì)、20Cr坯料的軟化退火、表面磷化、潤滑劑選擇等一系列研究和技術(shù)攻關(guān)的成果。這一事例有一定的典型性,從中可以看出熱處理工藝的研究和改進(jìn),常常需要和產(chǎn)品設(shè)計(jì)、選材、

18、原材料質(zhì)量控制、煅造、機(jī)加工等眾多環(huán)節(jié)相配合,才能達(dá)到提高使用壽命和可靠性的目的。 6模具鋼熱處理存在的質(zhì)量控制問題 模具鋼熱處理過程中工件內(nèi)部組織和性能的變化無法實(shí)時監(jiān)測,這是熱處理質(zhì)量控制難度大的原因之一。以工件爐內(nèi)加熱為例,人們只能測量和控制爐膛的溫度,只能從爐溫的變化去推測工件內(nèi)部溫度場和組織的變化,作為制訂加熱規(guī)程和爐溫控制的依據(jù)。至于淬火操作,目前沒有一種傳感技術(shù)手段可以實(shí)時反映冷卻過程中溫度場與組織變化的信息,所以有人將淬火冷卻喻為“黑洞”,意指人們對其知之甚少,而有待挖掘的潛力巨大。第二個原因是影響熱處理質(zhì)量的因素眾多,例如淬火冷卻介質(zhì)的種類和成分,介質(zhì)老化情況、介質(zhì)

19、的溫度、介質(zhì)攪拌、模具鋼的成分波動和原始組織、奧氏體化溫度的偏差和工件的表面狀態(tài)等,都會對工件淬火的質(zhì)量產(chǎn)生影響,使質(zhì)量控制遇到很大的困難。 影響熱處理質(zhì)量的因素不僅僅限于熱處理過程本身,冶煉、煅造、塑性成形、預(yù)先熱處理等各道工序都影響著最后熱處理的質(zhì)量,不全面系統(tǒng)地掌握整個模具鋼材料制造流程中各個環(huán)節(jié)之間相互影響的規(guī)律,就無法實(shí)現(xiàn)可靠的熱處理質(zhì)量控制。第三個原因在于熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)的局限性。硬度測量是熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)最常用的方法,但只能測出表面硬度,無法反映內(nèi)部質(zhì)量,而且硬度并不能全面反映材料的組織和性能,抽樣做解剖分析和綜合性能測試,其結(jié)果也不能說明每一個零件的質(zhì)量,所以僅僅依靠熱處理后的檢

20、驗(yàn),事實(shí)上并不能嚴(yán)格把住熱處理質(zhì)量關(guān)。潛伏的隱患常常在產(chǎn)品投入使用時才暴露甚至可能導(dǎo)致重大事故。 7 模具熱處理技術(shù)的進(jìn)步推動制造業(yè)的創(chuàng)新 歷史已證明:改進(jìn)模具熱處理技術(shù),可充分發(fā)揮模具材料的潛力,往往是產(chǎn)品更新?lián)Q代的催化劑。例如調(diào)質(zhì)處理(即淬火后高溫回火)后的屈服強(qiáng)度在600~900MPa之間,無論是強(qiáng)度還是韌性都顯著優(yōu)于正火處理,因而成為結(jié)構(gòu)鋼常用的熱處理工藝。第二次世界大戰(zhàn)期間蘇聯(lián)的研究人員發(fā)現(xiàn),30CrMnSi鋼淬火和低溫回火,或等溫淬火后,屈服強(qiáng)度達(dá)到1500MPa,且保持足夠的韌性,可用于制造飛機(jī)起落架。當(dāng)時中、低碳結(jié)構(gòu)鋼淬火和低溫回火處理還應(yīng)用于火炮防彈護(hù)板等軍工產(chǎn)品

21、。隨后各國開發(fā)出一系列以淬火和低溫回火處理為特征的“超高強(qiáng)度鋼”,促進(jìn)了不少重要產(chǎn)品的更新?lián)Q代。例如:大功率燃?xì)廨啓C(jī)的液壓耦合器的轉(zhuǎn)子傳遞著幾萬千瓦的功率,轉(zhuǎn)速達(dá)20000r/min以上,原設(shè)計(jì)為SEA4340鋼調(diào)質(zhì)處理,屈服強(qiáng)度為800MPa;改用淬火和低溫回火處理,屈服強(qiáng)度達(dá)到1800MPa,使整個耦合器的重量減少到原來的1/4。這對于提高艦艇的性能是很有利的。 表面改性技術(shù)對于高端產(chǎn)品的研發(fā)同樣具有重要作用。眾所周知,燃?xì)夂蜔嵝孰S著燃?xì)鉁囟鹊纳叨岣?然而高溫合金的耐熱溫度限制了燃燒室溫度的提高。在高溫合金表面沉積含蜂狀ZrO2的復(fù)合涂層,起到了隔熱作用,使高溫合金葉片的溫度

22、比燃?xì)鉁囟鹊?50℃以上,從而研制出燃燒室溫度更高的燃?xì)廨啓C(jī),促成了航空發(fā)動機(jī)的更新?lián)Q代。 即使是一般的機(jī)械制造行業(yè),模具熱處理與模具表面改性技術(shù)的進(jìn)步同樣對產(chǎn)品的創(chuàng)新具有重要意義。例如:冷鐓機(jī)的生產(chǎn)率現(xiàn)在已達(dá)600件/min,相比于20多年前60件/min提高了10倍,使標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)的面貌大為改觀。其實(shí)冷鐓機(jī)并不復(fù)雜,在當(dāng)年設(shè)計(jì)制造600件/min的冷鐓機(jī)亦非難事,問題在于那個小小的六角沖頭,它當(dāng)時的壽命低于2萬件,在這種情況下,提高冷鐓機(jī)的速度毫無意義。因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)件是一種批量極大的產(chǎn)品,通常要求每個沖頭的壽命都要超過一個班的工作時間,否則很難進(jìn)行生產(chǎn)管理。20世紀(jì)80年代初通過熱處理工

23、藝的改進(jìn),使模具沖頭的壽命提高到5萬件以上,因而才有100件/min的冷鐓機(jī)面世。及至90年代,用氣相沉積氮化鈦的方法進(jìn)行六角沖頭的表面改性處理,使其壽命提高到35萬件以上。 8如何改善模具鋼的鍛造質(zhì)量 改善Cr12型的萊氏體共晶碳化物不均勻性常采用以下幾種有效措施: ⑴選擇合理的錠型。在滿足鍛比的情況下,應(yīng)盡量選擇較小的錠型,一般≤150mm的材,應(yīng)選擇1.5t以下的鋼錠。對于大截面的模具鋼,應(yīng)選用較大的鋼錠。對于同一種規(guī)格的模具鋼,大型鋼錠的碳化物級別偏低。但是由于鋼錠較大,鋼錠凝固冷卻條件差,易產(chǎn)生嚴(yán)重的偏析、疏松等缺陷,因此在能滿足鍛造比的情況下,應(yīng)盡量選擇較小的鋼錠。

24、 ⑵在條件允許的情況下,加在鍛造比100120dzmgz改善碳化物的不均勻度。在Cr12型萊氏體鋼的鑄態(tài)組織中存在著數(shù)量相當(dāng)大的以樹枝狀和板條顆粒聚集復(fù)合碳化物,為了使這些碳化物破碎,應(yīng)采用大的鍛造比以增加變形程度。 ⑶采用多次鐓拔,可使碳化物的分布進(jìn)一步均勻,但要防止在鐓粗過程中產(chǎn)生裂紋。 ⑷采用電渣重熔的工藝,可以使共晶碳化物細(xì)小、均勻。 ⑸在澆注前加入稀土元素,進(jìn)行變質(zhì)處理,使鑄態(tài)組織得到細(xì)化,有利于網(wǎng)狀共晶碳化物的消除,并使碳化物的顆粒尺寸減小。 ⑹優(yōu)化冶煉澆注工藝參數(shù),Cr12型模具鋼熔點(diǎn)低,液相線的溫度約為1360℃,應(yīng)嚴(yán)格控制各期的溫度,要

25、嚴(yán)防還原期鋼液溫度過熱,且在凝固過程中容易形成碳化物偏析,要嚴(yán)格控制出鋼溫度和澆注溫度,一般出鋼溫度為1480~1510℃。在澆注時一定要控制澆注速度。 9在模具鋼材生產(chǎn)中常用的爐外精煉 ⑴模具鋼材真空精煉。合金工具鋼常用的真空精煉有VHD、VDRH、VAD和ASEA-SKF等,經(jīng)過真空精煉的模具鋼材氧含量可降低wQ40%~60%左右,硫含量降低wS40%以上,使鋼液中的夾雜物顯著降低。 ⑵噴粉精煉。即使利用吹氬攪拌、真空脫氣等技術(shù)措施,鋼液中還會有一些氧化鋁夾雜物。若把以氧化鈣為主的精煉劑噴入鋼液中,氧化鈣對氧化鋁具有較高的親和力,可形成鋁酸鈣鹽類,鋁酸鈣熔點(diǎn)較低,易凝聚

26、長大而上浮,使鋼液中的夾雜物明顯減少,顯著改善模具鋼材的純潔度。大多數(shù)夾雜物的尺寸均小于50um。在鋼液中噴入CaO-CaF2能進(jìn)行去硫,也可噴入Ca-Si粉,以改變硫化物的形態(tài),100120dzmgz或噴入CaC2粉劑達(dá)到脫氧脫硫的目的。模具鋼材大量銷售各種爐外精煉模具鋼材。 ⑶模具鋼材電渣重熔。利用電渣重熔可以大量去除鋼中的夾雜物并改善鋼材的低倍組織,從而有效地改善了鋼材的性能。 10 改善模具鋼材帶狀碳化物的有效工藝措施 ⑴改善鋼錠的結(jié)晶組織,在滿足一定鍛造比的情況下,盡量采用小的錠型,以提高鋼液在結(jié)晶區(qū)內(nèi)的冷卻速度,以減小碳化物的鑄態(tài)組織的偏析。 ⑵在可能

27、的情況下,應(yīng)盡量采用低溫澆注。 ⑶采用電弧爐+電渣重熔工藝冶煉,充分改善鋼錠的原始鑄態(tài)組織,使碳化物細(xì)化。 ⑷選用大的鍛造比和大的變形率有利于破碎碳化物,改善碳化物的顆粒度。 ⑸對存在碳化物不均勻的,可采用高溫?cái)U(kuò)散處理,進(jìn)行均勻化處理,一般采用1180~1200℃,保溫5~8h。 ⑹軋后或鍛后進(jìn)行強(qiáng)化冷卻,可以采用風(fēng)冷、霧冷等工藝措施。一般軋后或鍛后冷卻到650-700℃,然后進(jìn)行緩冷,快冷是為了防止網(wǎng)狀碳化物,緩冷是防止白點(diǎn)和形成裂紋。提高模具鋼材的質(zhì)量水平100120dzmgz是保證模具鋼材使用壽命的關(guān)鍵,因此,在經(jīng)濟(jì)成本和設(shè)備條件允許情況下,使用比

28、較成熟的工藝措施,應(yīng)盡量提高模具鋼材的質(zhì)量水平,包括表面質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量,此外,還應(yīng)保證模具鋼材的質(zhì)量高的穩(wěn)定性,使用戶在使用中有可靠性和安全感。模具鋼材尺寸精度是衡量模具鋼材的外觀質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,同時也影響到零件機(jī)加工的切削率和成本等。模具鋼材尺寸精度主要取決于模具鋼材鍛造工藝裝備。國內(nèi)目前的模具鋼材鍛材除了少數(shù)幾個大的特殊鋼廠用快鍛機(jī)生產(chǎn)外,大多數(shù)用水壓機(jī)和氣錘生產(chǎn),因此模具鋼材的外型較差,且尺寸精度較低。采用快鍛機(jī)和精鍛機(jī)的企業(yè)生產(chǎn)的鍛材,其產(chǎn)品尺寸精度可控制在0.1%~0.2%的范圍內(nèi),其外型也比較規(guī)整,而且模具鋼材產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量好,生產(chǎn)效率高,成材率也高,附表列出我國快鍛機(jī)生產(chǎn)的模

29、塊與日本的模塊的尺寸精度的比較,可見改善工藝裝備是提高尺寸精度的關(guān)鍵。近幾年來,有部分模具鋼材使用單位要求尺寸精度更嚴(yán)。 11電爐冶煉時如何正確采取措施以提高模具鋼質(zhì)量水平,從而消除模具鋼缺陷,主要有以下方面: ⑴ 選用優(yōu)質(zhì)的模具鋼原材料。模具鋼在冶煉時應(yīng)盡量選用優(yōu)質(zhì)原材料,廢鋼中不僅S、P含量要低,而且應(yīng)嚴(yán)格控制其他有害元素As、Sn、 Pb和Cu等。廢鋼應(yīng)盡量多采用好的廢鋼(最好是本組的返回料),或優(yōu)質(zhì)生鐵。用氧化法冶煉時,應(yīng)盡量保證氧化期的去碳量。 ⑵選用優(yōu)質(zhì)的耐火材料。在用電爐冶煉工模具鋼時,應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)耐沖刷的耐火材料。如爐襯可選用優(yōu)質(zhì)鎂碳磚,鋼包一般選用高鋁或鎂碳磚

30、,包括澆注等用的耐火材料一定要注意。 ⑶冶煉中采用的吹氬攪拌。模具鋼在冶煉時,采用吹氬攪拌,可加速夾雜物的上浮速度,而且可使較小的夾雜物通過碰撞、聚合而形成較大的夾雜物而易于上浮,但吹氬量要控制適當(dāng),如吹氬流量太大或吹氬時間太長,會引起鋼渣卷入鋼液中,從而帶來更多的夾渣或夾雜物,同時使鋼液的溫度降低太多 。 ⑷ 采用合成渣。向鋼液中加入專門配置的熔渣,可強(qiáng)化有害雜質(zhì)向熔渣中的轉(zhuǎn)變過程,合成渣的配方有很多,加入的方式也較多,當(dāng)需要去除某種成分的非金屬夾雜物時,選擇相應(yīng)的合成渣。 ⑸采用復(fù)合脫氧劑。近些年來,模具鋼的冶煉一般采用復(fù)合脫氧劑,可使夾雜物更易從金屬中分離出來。如

31、Si-Mn合金、AI-Mn-Si合金、Ca-Si合金等,均可作為復(fù)合脫氧劑。 ⑹ 采用稀土元素。稀土金屬元素是很強(qiáng)的脫氧劑,可以選用含稀土(質(zhì)量分?jǐn)?shù))30%~50%的合金,加入鋼液中形成稀土氧化物、稀土硫化物能成為結(jié)晶時的晶核,分布在晶體內(nèi)而不在晶界,對鋼材性能的有害作用可降至最小,并提高模具鋼的等向性。 總之,要想提高模具鋼的質(zhì)量,首先必須每個環(huán)節(jié)都要考慮到對模具鋼質(zhì)量的影響,其次還須通過各部門的通力合作。模具鋼的質(zhì)量是模具鋼企業(yè)自身實(shí)力的真實(shí)體現(xiàn)。 4、參考文獻(xiàn) 【1】《鋼鐵冶金學(xué)》陳家祥.1990年 【2】《煉鋼基礎(chǔ)知識?》張紅文??2005 年 【3】《中國鋼鐵工業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》?霍根?2000 年 【4】《冶金過程控制基礎(chǔ)及應(yīng)用》鐘良才 祭程 2011年