從近幾屆的模具展覽會分析國內外模具鋼的發展水平及趨勢
從近幾屆參展企業的介紹可以看出,模具鋼生產企業對模具鋼的冶煉質量都非常重視,提高模具鋼的純凈度已經成為進一步提高材料質量與性能的重要措施和致力發展的方向。
北美壓鑄學會NAD-CA2003年標準中把S、P含量限制在P<0.015%,S<0.003%。日本大同特殊鋼公司把DHA1(JIS SKD61)鋼中S、P含量從0.03% 降到0.01% 以下。日立金屬公司把DAC(SKD61)鋼中S、P含量從0.03%降到0.001%,鋼的沖擊韌性提高兩倍以上。對于高檔的鏡面塑料模具鋼,為提高鋼的拋光性能和改善表面粗糙度,降低鋼中有害雜質含量更為重要。如日本山陽特殊鋼公司規定高純凈度的模具鋼中[o]≤10×10-6,[S]≤50×10-6。
通過爐外精煉、真空脫氣及電渣重熔等冶煉工藝來努力降低鋼中的S、P含量,已經逐漸成為先進模具鋼生產企業提高材料質量的常規性措施。近年來,國外先進模具鋼生產企業除了在冶煉上采用一系列措施來提高鋼的性能外,還采用多向鍛造等措施改善鍛造效果,消除碳化物偏析,縮小鋼的縱、橫向性能之差,提高鋼的等向性,從而大幅度提高模具的使用壽命。
近幾屆的模展展覽了一些新型模具鋼材。一些參展商在針對市場需求不斷開發新型模具鋼材的同時,也逐漸形成了自己的鋼種系列。
瑞典UDDEHOLM鋼廠的研發生產的新型模具鋼包括CALMAX、SLEIPNER、VIKING/CHIPPER、CALDIE、QRO 90 SUPREME、CORRAX、MIRRAX ESR、UNIMAX等。CALMAX鋼的強度高,韌性好,淬透性及焊接性能好,可火焰硬化至56~60 HRC,淬硬層大于5mm,特別適合厚板的沖切,廣泛用于汽車零部件刀口模具上。SLEIPNER鋼高溫回火后,硬度>60 HRC,具有優異的耐磨性和較高的韌性。VIKING鋼具有優良的耐磨損性能,高溫回火后硬度為58-60 C,熱處理變形小,適合于制造高載荷沖切成形模,也可用于高耐磨塑料模具。CALDIE是高合金工具鋼,具有非常優良的抗崩角抗開裂性能,適用于以崩角和開裂為主要失效機理,而需要一個高的抗壓強度(硬度超過HRC60)的中低壽命模具。QRO 90 SUPREME在銅和黃銅的成形、壓鑄時具有非常優良的高溫強度和非常優良的抗熱疲勞性能。CORRAX是時效硬化不銹鋼,具有優秀的抗腐蝕性能,抗腐蝕性比AISI 420和W.-Nr.1.2083、W.-Nr.1.2316還要好。Mirrax ESR作為一種專門研發的優質高級不銹鋼,適合尺寸/直徑超過102mm并有耐蝕性、高拋光表面要求的塑料模具鋼材。UNIMAX具有高硬度,非常優良的韌性,通過ESR(電渣重熔)冶煉工藝,獲得優良的拋光性能,適合做涂層或氮化。
日本山陽特殊鋼公司研發的塑料模具鋼PCM40和QCM8,前者預硬處理后硬度可達40~44 HRC,后者經熱處理后硬度為55~62 HRC,分別用于高精度鏡面模具和高硬度、高耐磨的塑料模具。QCM8模具鋼具有高硬度(高溫回火后可達62 HRC以上),高韌性(是傳統SKD11韌性的4倍),極好的抗疲勞和優良的耐磨性能,模具使用壽命高。該公司開發的QDH高性能熱作模具鋼,兼具3%Cr-3%Mo(SKD7)類鋼的高的高溫強度及抗高溫軟化性能,和5%Cr-1%Mo(SKD61)類鋼的良好的淬透性及韌性,適用于應力集中較嚴重的熱作模具。
日本大同特殊鋼株式會社新型模具鋼包括:DHA-WORLD、DH31-EX、DHA-Thermo、S-STAR、NAK-PRM、PD613、NAK101等。DHA-WORLD是一種新型高韌性通用熱作模具鋼,是DHA1(JIS SKD61)的改良的鋼種,接近ESR品質,DHA-WORLD的合金成分配合最優化,可減少早期開裂。DHA-Thermo是高熱傳導率熱作模具鋼,耐熱性能優異,抗軟化性能優于SKD61,適用于小型模具及其鑲嵌件。DH31-EX是一種高壽命熱作模具鋼,經最優化成分和均質化處理,淬透性、韌性大幅提升,抗疲勞強度提升。S-STAR是一種超鏡面耐腐蝕塑膠模具鋼,具有超鏡面研磨拋光性能及耐腐蝕性能良好的特長,拋光鏡面度可達12000#,性價比極佳。NAK-PRM(NAK-PREMIUM)模具鋼是日本大同特殊鋼最新研發生產的新鋼種,是在NAK80的基礎進行改良,預硬硬度可達HRC37-43,而且大幅度提高了韌性和防銹性,鏡面度可達10000目以上,NAK-PRM的導熱性和耐熱疲勞能力更優于目前市場上沿用的蒸汽模鋼種。PD613是一種匯聚耐久性鏡面性韌性等各種特性的高品質模具鋼,是在SKD11基礎上進行改良的高硬度高鏡面淬火回火型塑料模具用鋼。NAK101是時效硬化不銹鋼,具有優秀的抗腐蝕性能,可以承受大部分腐蝕性塑料原料和稀酸的侵蝕,用NAK101制作的模具也可以抵抗潮濕的服役和貯藏環境。
德國KIND工具鋼研發了Plast 1塑膠模具鋼。該鋼是高性能特硬超低碳不銹鋼,其抗腐蝕性能、加工性能和尺寸穩定性能良好,焊接性能優良(不需預熱和焊后熱處理),適用于對耐腐蝕性能有極高要求、但鏡面拋光要求不高的塑料模具。該公司還推出了一種新等級的熱作鋼-TQ1(含義為:頂級品質鋼)。據介紹,其生產完全按照最新的熔煉、鍛造及熱處理的技術標準來執行。憑借先進的熔煉工藝技術,鋼的雜質含量較低;合金元素的最優化重組使鋼的高溫強度和韌性同步大幅度提高,從而增加了模具壽命,降低了產品的成本。
以粉末冶金方法生產工模具鋼已成為國外模具材料生產企業的重點發展方向之一。采用粉末冶金工藝生產工模具鋼,鋼中的碳化物細小均勻,在提高了鋼的強韌性的同時,也改善了鋼的可加工性和磨削性能。近年來,國外工模具生產企業已開發了一系列的粉末高速鋼和高合金工具鋼,如日立金屬公司的HAP系列粉末冶金鋼,硬度可達62~67HRC,耐磨性和柔韌性比普通工藝制造的工模具鋼有明顯提高。
參展的模具鋼生產企業大多已形成了自己較齊全的鋼種系列,使用戶能針對自己產品的要求挑選適合自己模具要求的模具鋼,且有較多的選擇余地。如日立金屬公司的HPM塑料模具鋼系列就又分3種:第一種是預硬鋼,其硬度范圍為29~42HRC;第二種是淬火回火鋼,其硬度范圍為50~65HRC,其中包括粉末冶金鋼ZDP282和HAP10;第三種是時效處理鋼。日本大同特殊鋼公司的塑料模具鋼系列,從PX4、PX5(預硬鋼),NAK55、NAK80(高硬鏡面鋼),至S-STAR、D-STAR 及G-STAR(不銹鋼、高耐蝕、鏡面鋼),根據不同需求形成三個種類。還有高硬度、高鏡面塑料模具鋼PD613,硬度可達到56~60 HRC。盡管近幾屆模展上國內模具鋼研究、生產的大型企業并不多,但根據參展企業的介紹及參展內容,仍然可看出當前國產模具鋼與國外先進企業產品的差距,主要表現在以下3個方面:① 產品質量仍存在一定差距:國內多數企業的設備及工藝仍較落后,鋼的純凈度、表面脫碳層、碳化物級別、中心疏松等較國外先進企業的產品仍存在一定差距。國內通過電渣重熔生產的模具鋼所占的比例很少,大約僅有1/10;② 品種規格較少:我國模具鋼市場80%是黑皮圓棒料。扁鋼、精料(六面光)、經過預硬化處理的材料以及標準件少。經過改鍛后的鍛件,內在質量難以保證、尺寸偏大,加工余量大,因此模具鋼利用率低。國外發達國家鍛材和軋材多用精鍛精軋工藝,提高了尺寸精度,降低了加工量,利用率在80% 以上;③ 模具鋼新品種開發較少:近年來,國內新開發的鋼種較少,形成批量化生產及應用的新鋼種更少。同時,對鋼種的系列化工作也做得較少。
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