國內(nèi)模具鋼近期發(fā)展重點(diǎn)
目前我國模具選材用鋼較為廣泛,除了工具鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼)外,還有軸承鋼、彈簧鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、不銹鋼等,鋼種達(dá)數(shù)十種之多,但常用的只有二十余種,而用量最多的只有八種: Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、SCrNIMo、45、40Cr。據(jù)估計(jì),這八個(gè)鋼號(hào)年用量占我國模具鋼年總用量的80%。
隨著工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和少、無切削工藝廣泛應(yīng)用,對(duì)模具鋼性能提出了更多、更高的要求,常用鋼種已經(jīng)不能完全滿足需要,迫切需要研制和應(yīng)用新型模具鋼。
近年,國內(nèi)研制了近二百種新型模具鋼種,如超硬高速鋼W10Mo4Cr4V3A1、W6Mo5Cr4VsiA1Nb等;強(qiáng)韌耐磨鋼7Cr7Mo2V2Si、Cr8MoV2Ti等;高速鋼基體鋼 65W3Mo2Cr4VNb、5OMo3Cr4SiMnAl等;中碳超高強(qiáng)度鋼 4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3MoMnVNbB等;時(shí)效鋼25Cr3NiMoAl、10Ni3MnCuAl等;火焰淬火鋼7CrSiMnMoV、7Cr2 SiMnMoV TiRe等;易切削模具鋼8Cr2MnWMoVS、5CrNiMnMoVSCa等。也引進(jìn)了國際通用的幾種美國鋼號(hào),如 D2(Cr12MolV1)、H13(4Cr5MoV1Si)、P20(3Cr2Mo)等。新鋼種滿足了模具較高力學(xué)性能、特殊工藝性能和特殊使用性能的需求,解決了模具設(shè)計(jì)、加工、使用中的一些難題,大幅度提高了模具使用壽命,帶來十分顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,對(duì)工業(yè)發(fā)展和少、無切削工藝廣泛應(yīng)用起了極大促進(jìn)作用。但因多種不利因素的影響,新型 模具鋼的應(yīng)用量仍然較少,年用量僅相當(dāng)于模具鋼年總用量的1/40~ l/ 50。當(dāng)然其用量仍呈逐年上升態(tài)勢(shì)。
90年代,我國模具工業(yè)進(jìn)人了快速發(fā)展時(shí)期,這極大地促進(jìn)了模具鋼生產(chǎn)、應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)步。通過引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù),已能生產(chǎn)高質(zhì)量的模具鋼,有些鋼種的冶金質(zhì)量已達(dá)到國際先進(jìn)水平,并有少量出口,在國際上享有一定的聲譽(yù)。但應(yīng)看到,我國模具鋼生產(chǎn)、應(yīng)用的總體水平仍然較低,存在許多長期沒有解決的問題。國產(chǎn)模具鋼絕大多數(shù)是電爐鋼,鋼的成分偏析大,純凈度低,碳化物級(jí)別偏高,疏松級(jí)別超標(biāo),模塊的縱橫向性能相差懸殊。
模具鋼材料利用率低,原因是鋼材中圓棒料占85%以上,鋸料、改鍛中消耗量大;模塊、扁鋼、板材等品種很少,精品、制品更少。模具鋼改鍛效果差,絕大多數(shù)改鍛僅以模坯達(dá)到形狀、尺寸為目的,忽視組織改善,以致模坯中仍保留超級(jí)別的碳化物和不利的流線分布。模具選材和熱處理不當(dāng)也是模具鋼應(yīng)用中一個(gè)突出問題。模具設(shè)計(jì)、制造者不熟悉材料和熱處理,熱處理技術(shù)人員不熟悉模具工況條件,常常造成選材或熱處理工藝不與模具相匹配。此外,熱處理工藝執(zhí)行不嚴(yán),熱處理設(shè)備和工藝落后,操作不當(dāng)造成模具變形、開裂,是普遍存在的。調(diào)查表明,模具因選材和熱處理不當(dāng)造成早期失效者占70%左右。表面處理在 模具上的應(yīng)用,除滲碳、滲氮外,其它擴(kuò)滲處理(滲非金屬,滲金屬)應(yīng)用很少,鍍膜和噴涂處理應(yīng)用更少。一些應(yīng)用又常因種類和工藝選擇不當(dāng),達(dá)不到預(yù)期效果,甚至不但無益,反而有害,成為模具鋼應(yīng)用技術(shù)中一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。
國內(nèi)模具鋼近期發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)在下列幾個(gè)方面:
(1) 提高冶金質(zhì)量,增加品種規(guī)格,壞料制品化、精品化
采用先進(jìn)的設(shè)備和技術(shù),采用先進(jìn)的冶金方法和工藝,如爐外精煉,電渣重熔,真空處理,多向鍛軋,精鍛、精軋,生產(chǎn)純凈度的優(yōu)質(zhì)鋼材;增加生產(chǎn)高均勻性、高等向性的模塊、扁鋼、方鋼、板材等。通過機(jī)加工、調(diào)質(zhì)處理等方法提供制品化、精品化的模具鋼產(chǎn)品。把我國豐富的合金資源及勞動(dòng)力資源轉(zhuǎn)化為模具鋼產(chǎn)品優(yōu)勢(shì),提高國際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,擴(kuò)大出口,這是我國模具鋼發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。
(2) 研制、推廣應(yīng)用新型模具鋼
國內(nèi)新型模具鋼種類繁多,但研制新型模具鋼的空間仍然很大、況且有些新鋼種性能有待改進(jìn)。如鋁合金大型鑄件日漸增多,研制大型鋁合金壓鑄模具鋼仍是當(dāng)務(wù)之急。又如建筑業(yè)近年發(fā)展很快,研制價(jià)格低、耐磨性高、有足夠強(qiáng)韌性的陶瓷、耐火磚模具鋼也是一個(gè)急需解決的課題。
鑒于新型模具鋼能大幅度提高模具使用壽命,能解決模具設(shè)計(jì)、制造、使用、修復(fù)中的生產(chǎn)和技術(shù)難題,能獲得巨大綜合效益,應(yīng)大力推廣應(yīng)用新型模具鋼,可望新型模具鋼應(yīng)用量逐年增加。同時(shí)也要重視老鋼種的使用,通過合理選材,采用新工藝,揚(yáng)長避短,發(fā)揮其更大效用。
(3) 建立模具選材用材專家系統(tǒng)
隨著產(chǎn)品品種多樣化,模具工況條件復(fù)雜化,合理選材用材更顯重要和迫切。已有的研究工作積累了大量數(shù)據(jù)資料,在此基礎(chǔ)上補(bǔ)充完善鋼種性能數(shù)據(jù),總結(jié)國內(nèi)外在模具材料技術(shù)領(lǐng)域的最新成果和經(jīng)驗(yàn),借助日益廣泛普及應(yīng)用的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù),建立具有指導(dǎo)性強(qiáng)、先進(jìn)、可靠、實(shí)用的模具鋼選材用材專家系統(tǒng)勢(shì)在必行。
(4) 建立塑料模具鋼系列
我國塑料工業(yè)發(fā)展很快,塑料制品廣泛用于農(nóng)業(yè)、機(jī)械、化工、建筑、玩具、日用品、汽車、燈具,家用電器等,需求量大,質(zhì)量要求高,與之相應(yīng),塑料模具鋼需求量急速增加,對(duì)鋼的使用性能、工藝性能也提出了更高要求。但目前塑料模具選材比較混亂,無章可循,隨意性大,影響了模具使用壽命,也影響了塑料制品質(zhì)量和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,急需通過研制、引進(jìn)、補(bǔ)充完善鋼種,建立適合我國的塑料模具鋼系列,使塑料模具鋼冶煉、質(zhì)量控制、供貨、選材、加工和使用水平上一個(gè)新的臺(tái)階。
(5) 加強(qiáng)表面處理技術(shù)的應(yīng)用
表面處理能在保持模具心部原有成分和性能的基礎(chǔ)上,賦予模具表面特殊使用性能(主要是耐磨性、耐蝕性等),大幅度提高模具使用壽命,拓寬了模具鋼應(yīng)用范圍,還可以價(jià)格低的模具鋼取代價(jià)格高的模具鋼,因此有廣闊應(yīng)用前景,受到世界各國的重視。我國應(yīng)大力加強(qiáng)表面處理基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究,采用先進(jìn)設(shè)備和技術(shù),以期多種類、高質(zhì)量的表面處理在模具上廣泛應(yīng)用。
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