壓鑄模具對(duì)模具鋼材的基本性能要求
壓鑄模具對(duì)模具鋼材的基本性能要求
壓鑄模受嚴(yán)重?zé)岣邷睾蜋C(jī)械循環(huán)負(fù)荷,這種負(fù)荷直接提高對(duì)壓鑄模模具鋼材的要求。因此有許多因素限制了模具壽命。
最重要的是:
熱疲勞(熱龜裂);侵蝕/腐蝕;破裂(整體破裂);凹陷。
壓鑄合金工作溫度對(duì)壓鑄模具壽命影響非常大。對(duì)某種特定合金的壓鑄模,由于壓鑄件的設(shè)計(jì),表面光潔度,生產(chǎn)速度,壓鑄時(shí)過程控制,模具設(shè)計(jì),模具鋼材及其熱處理,加工公差范圍等也會(huì)很大程度上改變模具壽命。
⒈熱疲勞
熱疲勞由于許多次溫度循環(huán),產(chǎn)生的熱應(yīng)力造成的逐漸破裂,它是發(fā)生于模具表面薄層的一種微表面層現(xiàn)象。壓鑄時(shí)模具受冷熱變化,從而在模具表層產(chǎn)生嚴(yán)重應(yīng)變,逐漸導(dǎo)致熱疲勞裂紋。典型的熱疲勞損壞是被稱為“熱龜裂”的一種表面破裂。在近十五年,人們花了很大精力來了解熱疲勞過程以及材料性能和熱疲勞的關(guān)系,正由于此,Uddeholm公司建立了一套模仿熱疲勞破壞的裝置,目的是為了改善和發(fā)展熱作模具鋼材,目前已發(fā)展了優(yōu)質(zhì)工具鋼VIDAR SUPREME,8407 SUPREME和QRO 90 SUPREME。
⒉影響熱疲勞的因素
熱疲勞裂紋是由熱循環(huán)應(yīng)力,拉應(yīng)力和塑性應(yīng)變等多種因素組合在一起形成的,如果以上因素中任何一個(gè)不存在的話,熱疲勞既不會(huì)產(chǎn)生也不會(huì)擴(kuò)展。塑性應(yīng)變使裂紋出現(xiàn),而拉應(yīng)力使裂紋擴(kuò)展。下影響熱疲勞的因素:模具溫度因素;預(yù)熱溫度;模具表面溫度;模具高溫保持時(shí)間;冷卻速度;基本的模具鋼材性能;熱膨脹系數(shù);熱傳導(dǎo)系數(shù);高溫屈服強(qiáng)度;抗回火性;蠕變強(qiáng)度;延展性。
應(yīng)力集中部位:圓角、孔和尖角;粗糙表面;模具溫度循環(huán)。
⒊預(yù)熱溫度
最重要的是表面和金屬溶液的溫差不能太大。因此,模具需要預(yù)熱,預(yù)熱溫度不低于150℃,
因?yàn)殇摬脑诖藴囟鹊臄嗔秧g性是室溫時(shí)的兩倍。
⒋模具表面溫度
模具表層溫度和熱疲勞的出現(xiàn)密切相關(guān),溫度達(dá)600℃時(shí),熱膨脹和應(yīng)力正好是熱作鋼所能承受的,但是溫度再高會(huì)明顯的產(chǎn)生熱龜裂危險(xiǎn),模具表面溫度主要取決于預(yù)熱溫度、金屬壓鑄溫度、壓鑄產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具形狀和尺寸,模具材料的高溫性能。
⒌高溫保持時(shí)間
較長(zhǎng)的高溫保持時(shí)間增加,模具有過度回火和蠕變的危險(xiǎn),這就意味著鋼材的機(jī)械強(qiáng)度下降和相應(yīng)的抗熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷能力下降。
⒍冷卻速度
表面冷卻速度相當(dāng)重要,較快的冷卻會(huì)產(chǎn)生較大應(yīng)力,從而導(dǎo)致早期裂紋,冷卻劑的選擇通常從模具壽命和生產(chǎn)率兩方面綜合考慮,但大多數(shù)生產(chǎn)商由于環(huán)保問題把冷卻劑從油性冷卻劑改成水性冷卻劑。
⒎壓鑄模具對(duì)模具鋼材的基本性能要求:
⑴熱膨脹系數(shù)
低的熱膨脹系數(shù)意味著較小的膨脹體積,亦即較低的熱應(yīng)力累積。
⑵熱傳導(dǎo)性
高的熱傳導(dǎo)性降低了熱溫差,從而降低了熱應(yīng)力,在實(shí)驗(yàn)中很難預(yù)測(cè)和研究什么樣一個(gè)程度的熱傳導(dǎo)性會(huì)影響到熱應(yīng)力。
⑶高溫屈服強(qiáng)度
高的高溫屈服強(qiáng)度有利于對(duì)抗熱龜裂。
⑷抗回火能力
如果模具鋼材最初具有的高溫屈服強(qiáng)度,會(huì)在高溫狀態(tài)長(zhǎng)時(shí)間使用而降低,這就意味著熱龜裂破壞會(huì)加速,因此模具鋼材有良好的長(zhǎng)時(shí)間高溫抗軟化性能顯得非常重要。
⑸蠕變強(qiáng)度
和抗回火性相關(guān)的軟化會(huì)因機(jī)械負(fù)荷的作用而明顯加速。模具鋼材同時(shí)處于高溫和機(jī)械負(fù)荷狀態(tài),因此一種好的模具鋼材應(yīng)具備高溫下抗機(jī)械負(fù)荷作用的能力,此能力可以數(shù)字化以高溫蠕變強(qiáng)度表示。事實(shí)上,通過實(shí)驗(yàn)已證明恒溫和循環(huán)機(jī)械負(fù)荷也會(huì)產(chǎn)生熱龜裂。
⑹延展性
延展性是模具鋼材抵抗塑性變形而不產(chǎn)生裂紋的能力以數(shù)字化表示。模具鋼材在特定的高溫屈服強(qiáng)度及溫度循環(huán)下,延展性的好壞是主宰模具鋼材在最初的熱疲勞破壞中產(chǎn)生可見裂紋的因素。延展性對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響逐漸減少。模具鋼材的延展性主要取決于夾雜物和偏析即鋼的純度和均勻性。因此Uddeholm公司的壓鑄模具鋼就是一種特殊的方法來處理。通過特殊的熔煉和精煉技術(shù),控制鍛造的方法,特殊的細(xì)微化熱處理,已使模具鋼材的延展性大大改善,特別是大塊材料的中心部位也大大改善。
⑺應(yīng)力集中
內(nèi)圓、孔和尖角的幾何形狀造成的應(yīng)力集中和溫差的增大使應(yīng)力和應(yīng)變也增大。這就意味著在這些區(qū)域的熱龜裂出現(xiàn)的比平面部位早。熱龜裂的粗線及肋的設(shè)計(jì)師模具產(chǎn)生整體破裂的危險(xiǎn)增加。
⑻表面粗糙
表面缺陷蠕研磨刮痕同樣會(huì)像內(nèi)圓角、孔和尖角一樣影響裂紋的出現(xiàn)。推薦以220-600的粒度研磨,這樣的粗糙度不會(huì)導(dǎo)致熱色裂的出現(xiàn)。不太光滑的表面如噴砂,氧化的表面有助于潤(rùn)滑劑的輔助性和在模具表面上更均勻地分布。甚至很少有粘結(jié)產(chǎn)生,產(chǎn)品容易脫模。這對(duì)模具的試模期尤其重要。
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