《模具钢概述》PPT课件.ppt

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1、,1 模具钢分类2 模具钢国外发展概况3 模具钢国内生产现状4 我国模具钢展望,（四）模具钢概述,在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%一80%的零部件都要依靠模具成形(型)。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能替代的。,模具钢重要性,主要有三大类：冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢一、冷作模具钢主要用于制造在冷状态（室温）条件下进行压制成形的模具。1、高碳低合金冷作模具钢9SiCr、9CrWMn、CrWMn、Cr2、9Cr2Mo、7CrSiMnMoV、8Cr2MnWMoVS、Cr2Mn2SiWMoV2、抗磨损

2、冷作模具钢6Cr4W3Mo2VNb、6W6Mo5Cr4V、7Cr7Mo3V2Si、Cr4W2MoV、Cr5Mo1V、Cr6WV、Cr12（D3）、Cr12MoV、Cr12W、Cr12Mo1V1（D2）3、抗冲击冷作模具钢4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si4、冷作模具碳素工具钢T7、T8、T9、T10、T11、T125、冷作模具用高速钢W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W18Cr4V、W9Mo3Cr4V6、无磁模具用钢7Mn15Cr2Ae3V2Wmo、1Cr18Ni9Ti,1 模具钢分类,二、热作模具钢所谓热作模具是指对加热至再结晶温度以上的金属或合金进行塑性变形的和对

3、液态的有色金属压制成型制造零部件的模具。1、低耐热性热作模具钢5CrMnMo、5CrNiMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoVSi2、中耐热性热作模具钢4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1（美国H13）、4Cr5W2VSi、8Cr33、高耐热性热作模具钢3Cr2W8V、3Cr3Mo3W2V、5Cr4Mo2W2VSi、5Cr4Mo3SiMnVAe、5Cr4W5Mo2V、6Cr4Mo3Ni2WV,1模具钢分类,三、塑料模具钢据估计我国塑料模具用钢量占全部模具用钢量的50%以上。1、碳素塑料模具钢SM45、SM50、SM552、预硬化型塑料模具钢3Cr2Mo（美国P20）、3Cr2NiM

4、nMo（瑞典718）、40Cr、42CrMo、10Ni3MnCuAI（日本NAK80）、5CrNiMnMoVSCa、30CrMnSiNi2A3、渗碳型塑料模具钢20Cr、12CrNi3A4、时效硬化型塑料模具钢 06Ni6CrMoVTiAl、10Ni3MnCuAlMoS 5、耐腐蚀型塑料模具钢2Cr13、4Cr13、9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2 以上（红字）钢种占有模具钢生产60%,1 模具钢分类,1、塑料模具钢高速发展并系列化塑料模具钢根据其性能和使用条件可分为：（1）小尺寸模具用中碳调质钢；（2）大中型模具用预硬型中碳低合金模具钢；（3）为改进切削性能的含

5、硫、铅预硬化易切削模具钢；（4）时效钢和马氏体时效钢。用于制造复杂、精密、高镜面模具，模具在固溶态加工，时效后使用，该钢具有高强度、高韧性、高硬度、热处理变形小等特点。（5）高淬透性的冷作或热作模具钢。用以制造整体淬火的高硬度模具或成形复合强化塑料的模具。（6）渗碳型塑料模具钢（低碳合金钢）；（7）耐蚀塑料模具钢（含不锈钢），耐聚氯、聚氟乙烯腐蚀。（8）镜面抛光模具钢（超高纯度钢），制造镜片、镜头等透明塑料制品。,2 模具钢国外发展概况,2、研制出先进的冷、热作模具钢目前世界上通用的冷作模具钢可分三类（美国ASTMA681标准）：（1）低合金冷作模具钢，以O1（9CrWMnV）为代表；（2）中

6、合金冷作模具钢，以A2（Cr5MoV）为代表;（3）高合金冷作模具钢，以D2（Cr12Mo1V1）为代表。还研制了以下几种新型冷作模具钢：（a）高韧性、高耐磨性冷作模具钢。有些冷作模具如冷镦模具、厚板冲剪模具对模具材料既要求有良好的耐磨性，又要求较高的韧性，通用型冷作模具钢不能满足需要，为此，美国、日本等在20世纪70-80年代开发出一批高韧性、高耐磨性冷作模具钢，如美国的Vasco Die（8Cr8Mo2V2Si）、Vasco Wear（Cr8Mo2VWSi）。日本的QCM-8（8Cr8Mo2SiV）、DC53（Cr8Mo2SiV）、TCD（Cr8V2MoTi）等，该类钢碳化物细小、弥散，抗

7、弯强度、断裂韧性、耐磨性、可切削性、可磨削性高，抗回火稳定性高，热处理变形小，有可能发展成为一种通用型冷作模具钢。,2 模具钢国外发展概况,(2、研制出先进的冷、热作模具钢)续新型冷作模具钢（b）火焰淬火冷作模具钢。为简化工艺、缩短模具制造周期，发展了一些适应火焰淬火要求的专用钢号，如日本的SX105（7CrMnSiMoV），SX5（Cr8MoV）等，其特点是淬火温度范围宽，淬透性较高，以适应火焰局部加热空冷淬火的要求，广泛用于汽车制造业。（c）粉末冶金冷作模具钢。用粉末冶金方法生产，在制粉过程中由于钢水雾化后迅速凝固，形成非常细小、弥散的碳化物，可显著改善钢的韧性和可磨削性。粉末冶金方法可生

8、产常规工艺难以生产的超高碳、高合金（尤其是高钒含量）、高耐磨性的模具钢和钢基碳化钛，如德国的X320CrVMo135，碳含量超过3%，含钒量超5%，细小、弥散分布的碳化物面积达50%，制造特种陶瓷模具的寿命高于硬质合金模具。,2 模具钢国外发展概况,(2、研制出先进的冷、热作模具钢)续热作模具钢用量最大的为三类通用型热作模具钢，即低合金热作模具钢，代表性钢号为5CrNiMo和5CrMnMo；中合金热作模具钢，代表性钢号为H13（4Cr5MoSiV1）、H11（4C5rMoSiV）、H12（4Cr5MoWSiV）、H10（4Cr3Mo3SiV）；高合金热作模具钢，应用最广的钢号为H21（3Cr2

9、W8V）。为适应一些热作模具的特殊要求，研制了一些新型高性能热作模具钢，主要有以下几种：（a）基体钢。基体钢的化学成分相当于淬火后的高速钢基体组织的成分，所以淬火后残留的共晶碳化物数量很少，回火后碳化物细小，弥散分布，钢的强韧性和热疲劳性能好，如美国的Vasco MA。,2 模具钢国外发展概况,(2、研制出先进的冷、热作模具钢)续热作模具钢（b）低碳高速钢。低碳高速钢是通过将高速钢的碳含量降至0.3%0.6%而得到，这样可以减少其共晶碳化物的数量，既保持较高的红硬性，又改善钢的韧性和热疲劳性能，如美国的H25、H26、H43。（c）高温热作模具钢。对于马氏体为基体的热作模具钢，当工温度超过70

10、0时，其高温强度急剧下降，使模具磨损、变形而早期失效，国内外相继开发了以奥氏体为基体组织的CrMn系和CrMnNi系热作模具钢，加入钒、钨、钼等合元素，通过时效硬化提高钢的强度、硬度和耐磨性，以适应工作温度为700800热作模具的要求；但是这类钢的导热性差、线（膨）胀系数大、热疲劳性差，不宜制作激冷激热条件下工作的高温模具，如日本的5Mn15Cr10V2、5Mn15NiCr8Mo2V等。,2模具钢国外发展概况,(2、研制出先进的冷、热作模具钢)续热作模具钢（b）低碳高速钢。低碳高速钢是通过将高速钢的碳含量降至0.3%0.6%而得到，这样可以减少其共晶碳化物的数量，既保持较高的红硬性，又改善钢的

11、韧性和热疲劳性能，如美国的H25、H26、H43。（c）高温热作模具钢。对于马氏体为基体的热作模具钢，当工温度超过700时，其高温强度急剧下降，使模具磨损、变形而早期失效，国内外相继开发了以奥氏体为基体组织的CrMn系和CrMnNi系热作模具钢，加入钒、钨、钼等合元素，通过时效硬化提高钢的强度、硬度和耐磨性，以适应工作温度为700800热作模具的要求；但是这类钢的导热性差、线（膨）胀系数大、热疲劳性差，不宜制作激冷激热条件下工作的高温模具，如日本的5Mn15Cr10V2、5Mn15NiCr8Mo2V等。,2 模具钢国外发展概况,(2、研制出先进的冷、热作模具钢)续热作模具钢（d）高温耐蚀模具钢

12、。为了改善模具在高温下抗液态金属及其他介质的冲蚀和抗高温氧化能力，针对压铸模具和压制玻璃制品的模具，发展了高温耐蚀模具钢，如日本三菱制钢公司开发的用于制造玻璃成形模具的3Cr13MoV钢等。（e）高淬透性热作模具钢。为了适应特大型锻模模块用钢的需要，在5CrNiMoV钢的基础上增加Ni、Cr、Mo等合金元素的含量，改善钢的淬透性，热强性和韧性，如ISO4975标准中40NiCrMoV4（4Ni4Cr2MoV)，法国NF-35-590标准中的40NCD16（4Ni4Cr2Mo）等。,2 模具钢国外发展概况,(2、研制出先进的冷、热作模具钢)续热作模具钢（f）中合金高强韧性热作模具钢。这类钢能够比

13、较合理地使用合金元素，降低了产品的生产成本，因此近几年发展较快。如在H13钢的基础上降低铬含量、提高钒含量，发展以MC型碳化物为主要强化相的钢种，代表性的钢号如瑞典的QRO80，QRO90M。,2 模具钢国外发展概况,3、模具钢品种规格多样化，产品精料化、制品化品种规格多样化 相当部分的模具，如塑料模具、冷冲模、下料模、剪切模、压铸模等大部分是由几块扁平形部件组装而成的，所以国外合金工具钢钢材产量中扁钢和厚板占较大的份额。如日本，1990年以来，合金工具钢热轧钢的扁钢和板带产量占总产量的40%以上。美国ASTM A681合金工具钢标准中对锻造扁钢、热轧扁钢、热轧板材、冷拉扁钢的技术条件都分别做

14、了详细的规定。精料化 国外模具钢已日趋精料化，由钢厂直接提供不同要求的经过机械加工的高尺寸精度、无脱碳层的精料。国外有些主要的模具钢生产厂的模具钢精料的比例已占60%左右。,2 模具钢国外发展概况,3、模具钢品种规格多样化，产品精料化、制品化制品化 由冶金厂供应经过淬回火和精加工的模板、模块等制品，模具厂可以直接采购标准模块，只对模具的型腔或刃部进行精加工后即可与标准模架配套组装后交货。由于模具成形后不需要再进行最终热处理就可以直接使用，这样即保证模具的使用性能，又可以避免由于热处理而引起的模具变形、氧化、脱碳、开裂等质量问题。该类制品适宜制造形状复杂、大型、精密、长寿命的塑料模具，深受模具制

15、造行业的欢迎。,2模具钢国外发展概况,3、模具材料性能高级化高纯净度模具钢 钢的纯净度提高到一定水平，不但可以高纯净度模具钢改进钢的原有性能，而且可以赋予钢新的性能，日本大同特殊钢公司把SKD61钢中硫、磷含量从0.03%降到0.01%从以下，冲击韧性提高一倍以上。等向性模具钢 模具大部分是多向受力，因此提高模具钢的等向性，改善钢的横向韧性和塑性，使其与纵向性能接近，就可以大幅度提高模具的使用寿命。生产高性能模具钢必须采用新工艺、新技术和新装备。,2 模具钢国外发展概况,随着模具工业的发展，从仿制到自行开发，我国模具钢产量已跃居世界前列。绝大部分国外的标准钢号和在科研试制中的模具钢号，我国基本

16、上均开展生产和研制工作。我国又自行开发了一些新型模具材料，经过几次钢种整顿的标准修订，在GB/T1299一2000(合金工具钢)标准中包含了37个钢种。基本上形成了我国特色的模具钢系列。,3 模具钢国内生产现状,年,产值（亿元）,与工业发达国家相比，存在差距：（一）钢种系列与产品结构（1）钢种系列有待进一步完善 如用量很大的塑料模具钢，在GB/T1299-2000中只纳入了3Cr2Mo(相当于美国钢号P20)和3Cr2NiMnMo（相当于瑞典ASSAB 718）两个钢号，显然不能满足各种不同类型的塑料模具的要求。此外，陶瓷、玻璃、耐火砖等非金属制品成形模具也有待于发展先进的模具钢。（2）钢种产

17、品结构的选择不合理 如塑料模具产量很大，但目前90%左右的塑料模具均采用碳素结构钢制造，模具的使用寿命短，质量差。冷作模具钢的钢号系列比较完整，但目前占产量70%左右是Cr12、Cr12MoV、CrWMn三个钢号。世界上用量较大、综合性能较好的A2（Cr5Mo1V）钢，虽然已纳入国家标准，产量很少，高耐磨的D2（Cr12Mo1V1）钢，用量也不高。热作模具钢的产品结构要好一些，通过10余年的大力推广，世界上应用最广、综合性能较好的中合金铬钼系热作模具钢4CrMoSiV1(H13)的产量已居国产模具钢的首位。,3 模具钢国内生产现状,（二）钢材品种 在我国模具钢生产中，有相当一部分中大型锻造模块

18、已经采用快锻水压机多向锻造，用大型带锯锯切成型，冶炼采用炉外精炼和真空脱气工艺，产品质量可以与国外进口模块相媲美。大型棒材也已部分采用精锻机或大型轧机生产，尺寸精度较好。但是钢材的品种单一，90%左右是黑皮圆棒材，精料和制品的比例很低。国内中小型模块，都是由模具制造厂将圆钢锯切改锻成扁钢或模块，由于采用自由锻锤改锻，加工余量大，材料利用率低，严重地影响模具的制造周期。,3 模具钢国内生产现状,（三）生产工艺和装备 为了提高模具钢的质量，国内陆续推广了炉外精炼、电渣重熔、快锻、精锻、可控气氛热处理等新工艺技术，采用新技术生产的模具钢产品质量可以与国外实物质量水平相当。在一些钢厂相应地建成了一批先

19、进的工艺装备（锻后或轧后热处理），在建的模具钢扁钢和厚板生产线，投产以后对改善我国模具钢的品种、规格起到了比较大的作用。但由于发展历史短，很多方面处于初创阶段，还需要一定的时间进行配套、掌握、适应和完善。特别是后步工序和质量检验手段落后，缺乏深度加工设备和在线质量检测设备，在不少工厂中仍然采用20世纪50年代水平的工艺装备进行生产。所以总体而言，在生产效率，产品的内在质量，特别是尺寸精度和表面质量方面，与国外产品比较尚存在一定的差距。,3 模具钢国内生产现状,（四）专业化生产 我国模具钢分散在多个特殊钢厂生产，生产分散，先进的生产设备不配套，影响国产模具钢质量的提高和产品的开发。（五）模具钢标

20、准落后 如国外H13钢标准控制指标最多达8项，而我国标准只有3项，其中纯净度、退火组织和冲击韧性单项指标是国外标准均采用的，而中国标准没有采纳。我国国家标准与部分国外标准对H13钢的材质要求,3 模具钢国内生产现状,（六）差距导致结果 在品种、质量、尺寸规格及性能等方面都难以满足市场需求，导致我国每年大批的中高档模具必须从国外进口。进口模具钢的规格主要是大尺寸的锻制模块(厚250800mm)(宽6001200mm)及大尺寸的模具扁钢(厚30300mm)(宽4001500mm)，这在国内目前只有少数钢厂能生产。导致我国每年花费近60亿元人民币进口约10万吨的精品模具钢。进口材料中：热作模具钢约占

21、20%(2万t/年左右)，主要是H13(日本牌号SKD61)；冷作模具钢约占20%(2万t/年左右)，主要是D2(日本牌号SKD11)；塑料模具钢约占60%(6万t/年左右)，主要是P20及其改进型738。进口模具钢的价格很贵，一般为国产模具钢的35倍，甚至十几倍。国外高端模具钢的品质主要体现在纯净、均匀、组织细小、尺寸精确 及长寿命。,3 模具钢国内生产现状,今后我国模具钢技术的发展，主要是积极引进、开发高性能钢种，加强系列化、标准化工作，向精料化、高级化方向发展，发展专业化生产，采用先进工艺和装备（世界第一条在线预硬化生产线），增加品种、提高质量、降低成本，使我国模具钢产品迅速达到世界先进水平。,4 我国模具钢展望,