模具鋼材熱處理及其發(fā)展趨勢
⒈模具鋼材的熱處理是保證模具性能的重要工藝過程,對模具的如下性能有著直接的影響:
⑴、模具的工作壽命:熱處理造成的組織結(jié)構(gòu)不合理、晶粒度超標等,導(dǎo)致主要性能如模具的韌性、冷熱疲勞性能、抗磨損性能等下降,影響模具的工作壽命。
⑵、模具的強度:熱處理工藝制定不當、熱處理操作不規(guī)范或熱處理設(shè)備狀態(tài)不完好,造成被處理模具強度(硬度)達不到設(shè)計要求。
⑶、模具的制造精度:組織轉(zhuǎn)變不均勻、不徹底及熱處理形成的殘余應(yīng)力過大造成模具在熱處理后的加工、裝配和模具使用過程中的變形,從而降低模具的精度,甚至報廢。
⑷、模具的制造成本:作為模具制造過程的中間環(huán)節(jié)或最終工序,熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差,大多數(shù)情況下會使模具報廢,即使通過修補仍可繼續(xù)使用,也會增加工時,延長交貨期,增加了模具的制造成本。
東莞市弘超模具科技有限公司致力于模具鋼材應(yīng)用研究,提供模具失效分析及模具壽命解決方案一站式服務(wù),專業(yè)銷售進口最具性價比模具鋼材(瑞典烏德霍姆工具鋼UDDEHOLM、瑞典一勝百模具鋼、日本大同模具鋼、日本日立模具鋼HITACHI METALS、日本不二越高速鋼、德國葛利茲模具鋼Groditz、美國熔爐斯伯粉末冶金工具鋼等)以及國產(chǎn)新型模具鋼、基體鋼、無磁模具鋼、火焰淬火鋼、紅沖模具專用鋼等。
⒉模具的真空熱處理技術(shù):
正是熱處理技術(shù)與模具質(zhì)量有十分密切的關(guān)聯(lián)性,使得這二種技術(shù)在現(xiàn)代化的進程中,相互促進,共同提高。20世紀80年代以來,國際模具熱處理技術(shù)發(fā)展較快的領(lǐng)域是真空熱處理技術(shù)、模具的表面強化技術(shù)和模具材料的預(yù)硬化技術(shù)。
真空熱處理技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種新型的熱處理技術(shù),它所具備的特點,正是模具制造中所迫切需要的,比如防止加熱氧化和不脫碳、真空脫氣或除氣,消除氫脆,從而提高材料(零件)的塑性、韌性和疲勞強度。真空加熱緩慢、零件內(nèi)外溫差較小等因素,決定了真空熱處理工藝造成的零件變形小等。按采用的冷卻介質(zhì)不同,真空淬火可分為真空油冷淬火、真空氣冷淬火、真空水冷淬火和真空硝鹽等溫淬火。模具真空熱處理中主要應(yīng)用的是真空油冷淬火、真空氣冷淬火和真空回火。為保持工件(如模具)真空加熱的優(yōu)良特性,冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要,模具淬火過程主要采用油冷和氣冷。對于熱處理后不再進行機械加工的模具工作面,淬火后盡可能采用真空回火,特別是真空淬火的工件(模具),它可以提高與表面質(zhì)量相關(guān)的機械性能,如疲勞性能、表面光亮度、而腐蝕性等。
熱處理過程的計算機模擬技術(shù)(包括組織模擬和性能預(yù)測技術(shù))的成功開發(fā)和應(yīng)用,使得模具的智能化熱處理成為可能。由于模具生產(chǎn)的小批量(甚至是單件)、多品種的特性,以及對熱處理性能要求高和不允許出現(xiàn)廢品的特點,又使得模具的智能化熱處理成為必須。模具的智能化熱處理包括:明確模具的結(jié)構(gòu)、用材、熱處理性能要求;模具加熱過程溫度場、應(yīng)力場分布的計算機模擬;模具冷卻過程溫度場、相變過程和應(yīng)力場分布的計算機模擬;加熱和冷卻工藝過程的仿真;淬火工藝的制定;熱處理設(shè)備的自動化控制技術(shù)。國外工業(yè)發(fā)達國家,如美國、日本等,在真空高壓氣淬方面,已經(jīng)開展了這方面的技術(shù)研發(fā),主要針對目標也是模具。
⒊模具的表面處理技術(shù):
模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強度和韌性的合理配合外,其表面性能對模具的工作性能和使用壽命至關(guān)重要。這些表面性能指:耐磨損性能、耐腐蝕性能、摩擦系數(shù)、疲勞性能等。這些性能的改善,單純依賴基體材料的改進和提高是非常有限的,也是不經(jīng)濟的,而通過表面處理技術(shù),往往可以收到事半功倍的效果,這也正是表面處理技術(shù)得到迅速發(fā)展的原因。
模具的表面處理技術(shù),是通過表面涂覆、表面改性或復(fù)合處理技術(shù),改變模具表面的形態(tài)、化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài),以獲得所需表面性能的系統(tǒng)工程。從表面處理的方式上,又可分為:化學(xué)方法、物理方法、物理化學(xué)方法和機械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術(shù)不斷涌現(xiàn),但在模具制造中應(yīng)用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化膜沉積。
⑴、滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮、液體滲氮等方式,每一種滲氮方式中,都有若干種滲氮技術(shù),可以適應(yīng)不同鋼種不同工件的要求。由于滲氮技術(shù)可形成優(yōu)良性能的表面,并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協(xié)調(diào)性,同時滲氮溫度低,滲氮后不需激烈冷卻,模具的變形極小,因此模具的表面強化是采用滲氮技術(shù)較早,也是應(yīng)用最廣泛的。
⑵、模具滲碳的目的,主要是為了提高模具的整體強韌性,即模具的工作表面具有高的強度和耐磨性,由此引入的技術(shù)思路是,用較低級的材料,即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料,從而降低制造成本。
⑶、硬化膜沉積技術(shù)目前較成熟的是CVD、PVD。為了增加膜層工件表面的結(jié)合強度,現(xiàn)在發(fā)展了多種增強型CVD、PVD技術(shù)。硬化膜沉積技術(shù)最早在工具(刀具、刃具、量具等)上應(yīng)用,效果極佳,多種刀具已將涂覆硬化膜作為標準工藝。模具自上個世紀80年代開始采用涂覆硬化膜技術(shù)。目前的技術(shù)條件下,硬化膜沉積技術(shù)(主要是設(shè)備)的成本較高,仍然只在一些精密、長壽命模具上應(yīng)用,如果采用建立熱處理中心的方式,則涂覆硬化膜的成本會大大降低,更多的模具如果采用這一技術(shù),可以整體提高我國的模具制造水平。
⒋模具鋼材的預(yù)硬化技術(shù):
模具在制造過程中進行熱處理是絕大多數(shù)模具長時間沿用的一種工藝流程,自上個世紀70年代開始,國際上就提出預(yù)硬化的想法,但由于加工機床剛度和切削刀具的制約,預(yù)硬化的硬度無法達到模具的使用硬度,所以預(yù)硬化技術(shù)的研發(fā)投入不大。隨著加工機床和切削刀具性能的提高,模具鋼材的預(yù)硬化技術(shù)開發(fā)速度加快,到上個世紀80年代,國際上工業(yè)發(fā)達國家在塑料模用材上使用預(yù)硬化鍛件模塊(如:IMPAX HH、STAVAX ESR、PX4、PAC5000、NAK80、NAK-PRM、S-STAR、1.2311、1.2738、CENA1等)的比例已達到30%(目前在70%以上)。我國在上世紀90年代中后期開始采用預(yù)硬化模塊(主要用國外進口產(chǎn)品)。模具鋼材的預(yù)硬化技術(shù)主要在模具鋼材生產(chǎn)廠家開發(fā)和實施。通過調(diào)整模具鋼材的化學(xué)成分和相應(yīng)的熱處理工藝,可以大批量生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的預(yù)硬化鍛件模塊。我國在模具鋼材的預(yù)硬化技術(shù)方面,起步晚,規(guī)模小,目前還不能滿足國內(nèi)模具制造的要求。采用預(yù)硬化模具鋼材(如:P20、3Cr2MnNiMo、國產(chǎn)NAK80等),可以簡化模具制造工藝,縮短模具的制造周期,提高模具的制造精度。可以推測,隨著加工技術(shù)的進步,預(yù)硬化模具鋼材在模具制造領(lǐng)域?qū)玫礁鼜V泛的應(yīng)用。更多信息
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