热作模具钢讲座课件.pptx
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- 模具钢 讲座 课件
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1、热作模具钢Hot Work Tool Steel2014-3-26热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel2014-3-26合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入合金元素Cr,W,Mo,Si,Mn,Ni,Co等提高其强度、硬度、耐磨性和耐热性。合金工具钢按用途可分为量具刃具用量具刃具用钢钢、耐耐冲击工具用冲击工具用钢钢、冷作冷作模模具用钢具用钢和热作热作模具用钢模具用钢。合金钢中的碳和合金元素的含量为适应不同的用途需要变化很大。钢材的定义钢材的定义钢含碳量在钢含碳量在0.02180.02182.112.11的铁碳合金
2、的铁碳合金0.02182.11钢钢工业纯铁工业纯铁铸铁铸铁有色金属(铝、镁、锌、铜合金)压铸模具普遍采用热作模具钢,工作条件的主要特点是与热态金属相接触。作为有色金属的压铸模具用钢一般应具有下述条件:(1)具有较高的淬透性具有较高的淬透性,热处理时可采用冷却强度较小的介质和具有较小的热处理变形;(2)具有高的抗热裂性和耐热疲劳抗力具有高的抗热裂性和耐热疲劳抗力,使模具经受激冷激热不易形成裂纹以及形成的裂纹不易扩展,避免模具失效;(3)具有高的抗热软化能力和抗高温磨损能力具有高的抗热软化能力和抗高温磨损能力,使模具保持一定的高温强度和尺寸稳定性;(4)具有高的抗液态金属的粘具有高的抗液态金属的粘
3、焊和焊和化学冲蚀损伤化学冲蚀损伤,国内以熔化液态金属的熔损来表征。要达到这些兼具高温强度和高韧度要求,又有较高的高温硬度和抗磨损能力,主要由钢的化学成分决定,一般采用中碳含量(0.350.45)和含Cr、W、M0和V等合金元素,合金元素总量合金元素总量在在625%范围。热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel2014-3-26美国标准美国标准AISIAISI H10-H19 Chromium base ( (铬基铬基- -热热作作模具模具钢钢) )1.2343 (H11 ) )1.2344 (H13)1.2367(H13改良改良)德国德国标准标准DINDIN日本日本标准标准
4、JISJISSKD6 (H11) SKD61 (H13)在美国,热作模具钢分为三种:铬基热作模具钢 H10H19、钨基热作模具钢 H21H26和钼基热作模具钢 H42、H43 ,全部以H命名。H11 H13美国美国标准标准AISIAISI4Cr5MoSiV(H11 ) )4Cr5MoSiV1(H13)中国中国标准标准GBGB用于压铸模的钢种,用于压铸模的钢种,目前普遍目前普遍采用采用H11和和H13钢钢(包括包括其改良型其改良型),它们都属于第一种它们都属于第一种 - 铬基热作模具钢。铬基热作模具钢。至于8407,Dievar,ADC3,W302,DAC55,TQ1等都是各钢厂的商品名。热作模
5、具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel2014-3-262013-3-25热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool SteelH13钢是使用最广泛和最具代表性的热作模具钢种,它的主要特性是:(1)具有高的淬透性和高的韧性;(2)优良的抗热裂能力,在工作场合可予以水冷;(3)具有中等耐磨损能力,还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度,但要略为降低抗热裂能力;(4)因其含碳量较低,回火中二次硬化能力较差;(5)在较高温度下具有抗软化能力,但使用温度高于540(1000)硬度出现迅速下降(即能耐的工作温度为540);(6)热处理的变形小;(7)中等和高的切削加工性;(8)中
6、等抗脱碳能力。 北美压铸协会北美压铸协会(NADCA)(NADCA)NADCA #207-2003对对热作模具热作模具钢钢的分类的分类热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool SteelAPremium H13优质H13BSuperior H13超级H13/高级优质H13C2367 & Modified2367及改良型蒂森2367,DieVar,W403,RPU等DH11 / 2343H11/2343蒂森2343 Supra,W300等EH11 ModifiedH11改良型TQ1,ADC3,W400,KDA-1等2014-3-26热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Ste
7、el北美压铸协会北美压铸协会(NADCA)(NADCA)NADCA #207-2003对对热作模具热作模具钢钢的材料质量要求的材料质量要求 A化学成分化学成分(见后页) B 硬度硬度优质及高级优质钢均应:退火后的硬度不应超过HBW235。 C 显微清洁度显微清洁度显微清洁度(非金属夹杂物严重程度)的允许限度,应依据ASTM E45 的方法A(最新版本)确定。应用I-r 获取额定增量0.5。最大允许值如下。优质钢优质钢超级超级/高级优质钢高级优质钢杂质类型细系粗系细系粗系A(硫化物) 1.00.50.50.5B(铝化物)1.51.01.51.0C(硅酸盐) 1.01.00.50.5D(球状氧化物
8、) 2.01.01.51.0非金属夹杂物是非金属夹杂物是模具钢内部产生模具钢内部产生裂纹裂纹的起源的起源2014-3-26热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel北美压铸协会北美压铸协会(NADCA)(NADCA)NADCA #207-2003对对热作模具热作模具钢钢的材料质量要求的材料质量要求 D 超声波探伤超声波探伤 进行适当的超声波探伤,以确保无缺陷。所有坯料不应存在超声波探伤时的内部缺陷:如带状物、氧化物、孔隙、裂纹、严重偏析等。 E 冲击试验冲击试验 所有厚度2-1/2(63.5mm)的轧制成品都可以进行冲击性能试验。 a) 优质钢:平均值为8 英尺磅(10.8
9、J),单个最小值为6 英尺磅(8.0 J)。 b) 超级/高级优质钢:平均值为10 英尺磅(13.6 J),单个最小值为8 英尺磅。每批生产材料至少要取5 个试样进行冲击试验2014-3-26热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel北美压铸协会北美压铸协会(NADCA)(NADCA)NADCA #207-2003对对热作模具热作模具钢钢的材料质量要求的材料质量要求 F 晶粒度晶粒度 晶粒度等级采用ASTM 标准中的比较法获得,应控制在ASTM 标准7 级或更细(7 级)。 G 退火退火后的显微后的显微结构结构 对交货钢进行抛光,并用5%浓度的硝酸酒精溶液蚀刻之后,放大500
10、 倍,其显微结构应为:主要为铁素体基体,球状碳化物均匀分布在铁素体基体上。H13 钢退火显微结构参看NADCA 退火显微结构图片。 H 带状带状偏析偏析 与NADCA 带状偏析标准图相比,退火显微结构应无过度的带状偏析,对于尺寸4(100mm)的,除非初级碳化物过量,否则允许有带状偏析。2014-3-26热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel北美压铸协会北美压铸协会(NADCA)(NADCA)NADCA #207-2003对对热作模具热作模具钢钢的材料质量要求的材料质量要求 依照NADCA规范的优质或超级/高级优质H13 模具钢而指定的材料应附有材料供应商提供的出厂合格证
11、明,该证明应包含以下数据和信息:A. 供应商热处理说明B. 退火后布氏硬度C. 化学成分分析D. 显微清洁度等级E. 超探合格证F. 晶粒度等级G. 退火后显微结构等级H. 微观带状物等级I. 冲击试验结果:应包括试件的三个单独值以及平均值、热处理和最终硬度。2014-3-26北美压铸协会北美压铸协会(NADCA)(NADCA)NADCA #207-2003热作模具热作模具钢钢化学成分化学成分热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel国内钢厂模具钢成分控制存在的主要问题是有害元素磷(P),硫(S)控制不稳定。2014-3-26热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool
12、SteelH-13 steel shall conform to the following chemical tolerances :C 碳 0.37-0.42Mn 锰 0.20-0.50Si 硅 0.80-1.20S 硫 0.003 Max.Cr 铬 5.00-5.50V 钒 0.80-1.20Mo 钼 1.20-1.75P 磷 0.015 Max. (was .02 max)GM通用汽车通用汽车要求的模具钢成分要求的模具钢成分2014-3-262014-3-26热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel北美压铸协会北美压铸协会(NADCA)(NADCA)标准标准 - G
13、- G退火状态显微组织结构对比图退火状态显微组织结构对比图2014-3-26热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel北美压铸协会北美压铸协会(NADCA)(NADCA)标准标准 - H- H带状带状/微观偏析比照图微观偏析比照图可接受不可接受我总结H13的发展有3个阶段: 第1阶段:普通H13,相当于ASSAB的8402,日本的SKD61,德国的2344,中国的4Cr5MoSiV1; 第2阶段:H13+ESR等冶炼工艺改进,主要材料有:ASSAB的8407(ORVAR),相当于日本的DHA1,德国的2344ESR,W302,宝钢的SWPH13等。这一阶段是对该钢由常规熔炼方
14、法向真空脱气,炉外精炼和电渣重熔(ESR)发展,并采用均匀化处理方法来改善钢材内部质量,减少偏析,致在追求H13钢材质和性能的提高。 第3阶段:H13改良型Modified,化学元素成分作改变,比如增大Mo的含量。 H13钢成分改变主要的两种趋势是:低Si高Mo的合金化途径和加入Nb(铌)合金化。主要材料有:ASSAB的DieVar,相当于日本的DH31-S,DAC55,德国的2367,W303,W403,TQ1等。热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel2014-3-26 普通炼钢工艺:普通炼钢工艺:熔炼铁水铁水氧气氧气+合金合金钢钢水水热作模具钢热作模具钢 Hot Wo
15、rk Tool Steel2014-3-26电极水冷结晶器电渣锭熔渣电渣重熔热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel电渣重熔的冶炼工艺能够进一步提高钢的纯净度,采用多元渣系可使钢中夹杂物被吸附去除。2014-3-26电渣重熔热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool SteelASSAB电渣重熔2014-3-26 电渣重熔(电渣重熔(ESR)将粗钢坯置于电渣炉中,通入强电流,使将粗钢坯置于电渣炉中,通入强电流,使电炉产生很高的温度,使粗钢坯熔化成钢水,电炉产生很高的温度,使粗钢坯熔化成钢水,钢水流经电渣,杂质被电渣过滤吸附,从而钢水流经电渣,杂质被电渣过滤吸附,从而达
16、到纯化的效果。达到纯化的效果。整体重熔速度快,但一些非常细小的杂质整体重熔速度快,但一些非常细小的杂质并未除去。并未除去。现在一般好一点的现在一般好一点的H13H13钢都是电渣重熔钢。钢都是电渣重熔钢。热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool SteelESR / VARAll H-13 steel shall be produced using the electro-slag remelt (ESR) or vacuum arc remelt (VAR) process except small round stock when availability is non-existe
17、nt. Under no circumstances may any piece above 3 in diameter be a non-ESR or VAR steel.2014-3-26真空电弧重熔(VAR) 在真空炉里,通入在真空炉里,通入强电流在钢胚上,钢胚强电流在钢胚上,钢胚底部开始熔化,杂质汽底部开始熔化,杂质汽化成气体被抽走,从而化成气体被抽走,从而将钢材纯度提高,而且将钢材纯度提高,而且它是一滴一滴地凝固,它是一滴一滴地凝固,凝固速度非常快,组织凝固速度非常快,组织变得很致密。特点是杂变得很致密。特点是杂质去得彻底,但整体重质去得彻底,但整体重熔速度慢。熔速度慢。热作模具钢热
18、作模具钢 Hot Work Tool Steel钢材的锻打热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel在正确选材的前提下,还要注意毛坯的锻造,最好采用六面锻造(3D锻打)的方法,反复镦拔。锻造后应球化退火,其主要目的:在原材料阶段进行结晶组织的改良;方便加工而降低硬度;防止加工后变形和淬火裂纹而去除内应力。退火后的硬度不应超过HB235。Forgings for dies must have a minimum upset forging ratio of 5 to 1, forging must be done in three directions. Forging rat
19、ios are determined linearly. 瑞典一胜百 ASSAB:8407(ORVAR),DieVar 奥地利百禄Bohler:W302,W403 (代理: 香港乐嘉文)香港乐嘉文) 法国A&D奥伯杜瓦:ADC3(H11),SMV3W 德国蒂森克虏伯:2344ESR,2367 (代理:斯穆斯穆 - 碧根碧根柏公司)柏公司) 德国凯德Kind:TQ1,RPU (代理:宁波宁兴特钢)宁波宁兴特钢) 日本大同:DHA1,DH31-S 日本日立:DAC,DAC55 日本高周波:KDA-1,KDAMAX (代理:上海优华)热作模具钢热作模具钢 Hot Work Tool Steel市面上
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