模具新材料.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流模具新材料.精品文档.新型非调质塑料模具钢P120M一、前言传统塑料模具钢采用预硬型P20、718钢,冶金厂通过控轧、控冷及预硬化热处理,使硬度达到模具最终使用状态要求,模具厂不再进行热处理,直接加工成模具后使用。近年来,随着非调质钢的成熟及发展,在机械、汽车等行业得到了广泛应用,目前,模具行业也在积极推广使用,这种非调质型塑料模具钢具有成本低、性能优等特点,是预硬型塑料模具钢的替代钢种,具有广阔的市场前景。二、化学成分及特点P120M钢的化学成分见下表1,可见,该钢采用V进行微合金化,含量0.150.20%,同时,提高Mn含量,并含有一定量
2、的Si和Cr。表1:化学成分%钢种CMnSiCrVPSP120 M0.450.511.201.500.300.600.200.400.150.200.0300.030三、生产工艺1工艺路线超高功率电炉初炼(UHP)-钢包精炼(LF)-真空脱气处理(VD),模铸3t锭八五O初轧机开坯WF5-40精轧机成材。2工艺控制该钢生产工艺控制通过优化成分设计,采取控轧、控冷工艺,使钢材组织和性能特别是硬度达到模具最终使用状态要求。 优化成分设计,合理确定微合金化元素V含量,同时适当调整Mn、Si、Cr含量,保证通过控轧、控冷能够获得理想的显微组织和硬度。 冶炼采用钢包精炼及真空脱气处理,减少钢中非金属夹杂
3、物含量,降低钢中气体含量,提高钢的纯洁度。 轧制采用控轧、控冷工艺,控制终轧温度和轧后冷却方式,以获得理想的显微组织和硬度。四、质量水平1低倍组织该钢生产采用3t锭,总加工比大,钢材低倍组织致密,中心疏松及锭型偏析均1.0极。2非金属夹杂物采用精炼及真空脱气处理,该钢非金属夹杂物少,纯洁度高,见下表2。表2:非金属夹杂物水平/级别A细A粗B细B粗C细C粗D细D粗1.01.501.01.01.50000.51.500.53脱碳因该钢属非调质型塑料模具钢,直接加工成模具后使用,故要求脱碳严格。通过工艺控制,该钢脱碳属较好水平,脱碳层深度0.200.50mm。见照片1、2。4显微组织该钢生产采取控温
4、轧制、控制冷却工艺,以获得理想的显微组织,从而保证硬度,满足模具使用状态的硬度要求。结果该钢的显微组织控制较好,为细片状珠光体+极断续网状铁素体。见照片3、4。5硬度为保证塑料模具具有高的耐磨性和使用寿命,一般硬度要求HB285330。该非调质型塑料模具钢通过微合金化及采取控轧、控冷工艺,硬度控制较好,HB300320中上限范围。五、讨论分析所谓非调质钢是在中碳钢中添加微量合金元素(V、Ti、Nb、N等),通过控温轧制(锻制)、控温冷却,在铁素体和珠光体中弥散析出碳(氮)化物为强化相,使之在轧制(锻制)之后不经调质处理,即可获得调质处理后的性能。研制的P120M钢,从化学成分上看,采用V进行微
5、合金化,提高Mn含量,并含有一定量的Si和Cr,属铁素体-珠光体型非调质钢。该钢V含量0.150.20%,在钢中形成细小的V(CN)化合物弥散分布在铁素体基体上,起沉淀强化作用,从而提高钢的强度和硬度。提高Mn含量为1.201.50%,可增加钢中珠光体量,提高钢的强度和硬度。加入0.200.40%的Cr,溶入铁素体中产生固溶强化,进一步提高钢的强度和硬度。含0.300.60%的Si,可增加钢中铁素体的体积分数,使晶粒变细,在保证强度和硬度的前提下,有利于改善钢的韧性。对于非调质钢,只有通过合金化与控轧、控冷相结合,才能充分发挥合金元素的作用,获得理想的显微组织,从而达到最侍的性能效果。研制的P
6、120M钢,通过V微合金化及适当的Mn、Si、Cr含量,并采用控轧、控冷工艺,结果获得了理想的显微组织,为细片状珠体+极断续网状铁素体,且珠光体量较多,因而保证了该钢具有很高的硬度,达HB300320,完全可满足模具使用状态的硬度要求。六、结论研制的非调质型塑料模具钢P120M,通过V微合金化及调整Mn、Si、Cr含量,冶炼采用钢包精炼和真空脱气处理,加工采取控轧、控冷工艺,该钢纯洁度高,低倍组织致密,显微组织为细片状珠光体+极断续网状铁素体,特别是硬度HB300320,完全可满足塑料模具使用状态的要求,是一种新型的、具有广阔市场前景的塑料模具钢。D2系列钢共晶碳化物不均匀度水平的研究D2钢具
7、有高硬度和高耐磨性及良好的抗回火稳定性,是一种广泛应用于冲裁和冷成形模具的高碳高铬型冷作模具钢,其主要性能指标共晶碳化物的分布形态,对钢材综合性能起着至关重要的作用。但世界各国标准中对共晶碳化物不均匀度指标的要求却相差很大,如美国标准中对D2(德国标准1.2379,日本标准SKD11)共晶碳化物不均匀度水平不作要求。东北特钢集团抚顺生产基地D2类冷作模具钢产量居国内前列,但对产品实物共晶碳化物不均匀度水平没有全面、系统的资料介绍,为全面了解东北特钢集团抚顺生产基地D2系列钢共晶碳化物不均匀度实物水平,对D2系列钢共晶碳化物总体水平有一个具体直观的认识,用来指导今后的科琪、订货及生产方向坚东北特
8、钢集团抚顺生产基地D2系列共晶碳化物不均匀度水平进行了全面的解剖分析。一、 取样钢种D2钢各国标准中成分有微略的差别,但不会对其碳化物水平有很大的影响,所以取样钢种包括:国标Cr12MoV、Cr12Mo1V1,美国标准D2、D2MOD,德国标准1.2379,日本标准SKD11及国外进口钢料两块1.2379(美国)、Cr12MoVS(伯乐公司)。二、 试验方法为全面具体的反应情况,根据东北特钢集团抚顺生产基地生产的尺寸规格,对所取钢料进行了详细的分类。扁钢1 电炉精炼扁钢:以宽度为依据分为三个等级305(255)、205、100mm宽,然后各级别再按厚度取料。2 电渣扁钢:由于生产量较小,仅取到
9、二个规格。D2MOD扁钢。圆钢圆钢均按国标要求分四个级别取料,具体规格见表4。1 电炉精炼圆钢。2 电渣圆钢。进口钢料。1.2379(美国),尺寸20*40mm;Cr12MoVS(伯乐公司),试样块。试验结果及分析三、 从本次试验结果总体来看,按GB/T1299-2000标准,扁钢实物共晶碳化物不均匀度水平按国标评级图片小于等于4级(实物试片视场与评级图片有一定的差异),但整体水平与国外同类产品实物还有一定的差距。研究表明,影响钢材共晶碳化物不均匀的因素有钢的化学成分、冶炼工艺、锻造加工比及加工工艺路线等因素,分析东北特钢集团抚顺生产基地扁钢生产工艺,可以看出锻造加工比是影响共晶碳化物不均匀度
10、水平的直接因素。因为我们所采取的冶炼及加工工艺都是同种工艺,所选用锭型只有1.1t及700方两种锭型,因此不同尺寸的成品材所获得的锻造加工比是直接影响共晶碳化物水平的关键因素。东北特钢集团抚顺生产基地生产的圆钢共晶碳化物实物水平均好于国家标准。1 扁钢实物水平及分析通过研究表明,在其它生产工艺基体一致的前提下,锻造加工比对钢材共晶碳化物水平有直接的影响,经实验研究,我们得出表1的结论。表1:钢材锻造加工比与共晶碳化物级别的关系钢材锻造加工比共晶碳化物不均匀度级别(级)556512351223东北特钢集团抚顺生产基地所生产的精轧扁钢厚度均在1090mm范围内,宽度大致可分为三个范围,即大于255
11、mm宽、150250mm宽及小于130mm宽。国内材及出口材均以精炼钢为主,电渣钢生产较少,所以试验以精炼扁钢为主。试验结果见表2、3。表2:精轧精炼扁钢共晶碳化物实物水平扁钢宽度(mm)扁钢厚度(mm)锻造加工比共晶碳化物不均匀度级别(级)生产锭型3052040810231.2t,1.1t2558.511205912.5105913700方30540905.58341.2t,1.1t2556.58.52057.5910589700方表3:精轧电渣扁钢共晶碳化物实物水平扁钢尺寸(mm)锻造加工比共晶碳化物不均匀度级别(级)生产锭型305*5064(网)400205*387.53(带)360注:
12、共晶碳化物不均匀度级别按GB/T1299-2000评级图片及有关规定评定从表2、3中试验结果可以看出,扁钢实物水平与理论研究基体相符。但是实物显微视场与国标评级图片有一定的差异,完全按照国标评级图片评定扁钢共晶碳化物不均匀度级别有一定的难度。实物水平见照片1-3。2 D2MOD钢实物水平本批D2MOD钢为供美国克鲁次勃公司的电渣扁钢,其尺寸规格均小于115*40mm,该钢客户要求其共晶碳化物不均匀度级别按伯乐公司(BOHLER)评级图片检验,合格级别大致敬相当于国标1-2级,但其结碳化物带席及颗粒大小的要求要严于国标要求。本批钢材产生选用360锭型,其锻造加工比大于11.5,共晶碳化物不均匀度
13、水平按GB/T1299-2000标准评定为1-2级,其实物水平见照片4。3 圆钢实物水平东北特钢集团抚顺生产基地所生产的圆钢尺寸范围为8450mm,根据GB/T1299-2000标准中所规定的合格级别,选择了相应的圆钢作为代表,试验结果见表4。表4:圆钢共晶碳化物实物水平GB/T1299-2000标准精炼钢电渣钢钢材截面尺寸(mm)组合格级别()实物级别圆钢截面直径(mm)锻造加工比实物级别圆钢截面直径(mm)锻造加工比5031219、22151220、3013507042355、701370125411010003495、1009120641801000415564218753016.586
14、4563.4从表4中可以看出,东北特钢集团抚顺生产基地生产的D5系列圆钢,共晶碳化物不均匀度水平均优于或达到国家标准中较严格的组要求。4 国外钢料实物水平本次解剖的进口料共计两块,一块为来自美国的1.2379,扁钢尺寸20*40mm;另一块为试样块,无法了解其具体外形尺寸,分析其化学成分,确定此钢种为Cr12MoVS,较D2钢的区别为硫含量达0.101%,为伯乐公司钢料。钢料解剖分析后可各,其共晶碳化物不均度水平较好,按GB/T1299-2000标准评级,为1-2级水平。实物水平见照片5、6。四、 结论1 东北特钢集团抚顺生产基地生产的D2系列精轧扁钢,共晶碳化物不均匀度实物水平均不大于4级(
15、按GB/T1299-2000标准评级)。由于受锻造加工比的影响,厚度大于40mm的扁钢实物水平在34级,厚度在40mm以下的扁钢实物水平可达23级。2 东北特钢集团抚顺生产基地生产的D2系列圆钢,共晶碳化物不均匀度实物水平均优于或达到国家标准中较严格的组要求。3 扁钢系列实物较国外先进水平还有一定的差距,与国外实物的对比,从伯乐公司的评级图片与国标评级图片合格级别的具体规定及碳化物颗粒、带宽的表现形式上都可看出。为增加耐磨性而研发的工具钢(CPM10V)一、 CPM冶金工艺CPM为粉末钢,与传统冶金工艺相比独到之处在于成锭过程,经过精炼的钢水通过一个喷嘴,高速气体的冲击使其雾化成为微小的球形液
16、滴,快速冷却形成微粒粉末,并在雾化塔底部收集起来。实质上,可以将每个微小的球状粉末颗粒都视为一个微小的钢锭,由于冷却速度极高,从而阻止了偏析的形成,每个粉末颗粒的化学元素成分是十分均匀的。细微的粉末颗粒尺寸和极高的冷却速度使沉淀碳化物的尺寸非常微小,CPM钢细微的碳化物在此后的加工过程中能持久地保持,直至最终产品。粉末微粒经过筛分,置于包套中并抽真空和密封,然后在相等于锻造温度的条件下进行热等静压压制(HIP),使其成为完全致密、组织结构均匀、晶粒度细小的钢锭,高碳钢则呈现出极为均匀的碳化物分布状态。尽管钢锭是经过热等静压压制成型的,以后的加工工艺完全同传统钢锭一样采用锻造、轧制等通用手段进行
17、加工。但是材料最终性能的改善是巨大的。二、 CMP消除偏析高合金钢在结晶过程中合金元素会出现偏析的倾向,一般来说,由于钢锭的中心需要数小时才能结晶,同几分钟就会结晶的表层相比合金元素含量更高,晶体结构更粗大。高碳工具钢在结晶时,碳化物会大量析出沉淀至晶间,形成网状碳化物,必须对钢进行热处理和热加工才能使这样的铸造组织得到均匀化处理来破碎碳化物网,改善机械性能合计加工性能。以传统工艺生产的工具钢,无论经过多少的压力加工,都无法消除不均匀的铸造组织残留碳化物,从而对工具钢的制造和性能产生负面的影响。CPM钢是将微小的金属粉末颗粒经过热等静压(HIP)工艺固化在一起,每个颗粒具有相同的化学成分和分布
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