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模具鋼的使用非常廣泛,因此,對于模具鋼的工作條件,必須滿足一定的剛度、強(qiáng)度、耐磨性,以及足夠的韌性,高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。
模具鋼在工藝性能上,我們需要知道四大重要要點(diǎn)。
1.加工性
是指鍛、軋熱加工性能以及切削、研磨等形式的冷加工性能,它們與鈉的化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)及硫、磷含量等有關(guān)。模具鋼大部分是含有多種合金元素,而且其含量較高的鋼種,尤其是高碳、高合金鋼,在進(jìn)行熱加工時(shí),要嚴(yán)格控制加熱溫度及冷卻方式,以避免或減少熱加工廢料。而在冷加工之前,應(yīng)改善組織狀態(tài),以減少在冷加工過程中刀具的磨損,并提高模具的表面質(zhì)量。
2.熱處理變形和淬火溫度
淬火溫度又叫淬火加熱溫度,是指對將進(jìn)行淬火處理的工件進(jìn)行加熱所達(dá)到的最高溫度,也是其進(jìn)行冷卻處理時(shí)的初始溫度,其在臨界溫度以上。通常,亞共析鋼的淬火溫度為Ac3以上30-50℃;共析鋼或過共析鋼的淬火溫度為Ac1以上30-50℃。
制成的模具,進(jìn)行最終熱處理時(shí),要求模具的尺寸與形狀愈穩(wěn)定愈好,因此,在熱處理時(shí),對模具所產(chǎn)生的變形程度要求很嚴(yán),同時(shí),要求淬火溫度范圍足夠?qū)?,以減少出現(xiàn)過熱現(xiàn)象。
3.淬硬性和淬透性
淬硬性(Hardening Capacity),指鋼在淬火時(shí)的硬化能力,用淬成馬氏體可能得到的最高硬度表示。主要取決于馬氏體中的含碳量,碳含量越高,則鋼的淬硬性越高。其他合金元素的影響比較小。
淬透性是指奧氏體化后的鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力。其大小以鋼在一定條件下淬火獲得的淬透層深度和硬度分布表示。
淬硬性主要與鋼的化學(xué)成分特別是含碳量有關(guān)。淬透性除了取決于鋼的化學(xué)成分外,還與鋼在淬火前的原始組織有關(guān)。模具鋼對這兩種性質(zhì)要求,根據(jù)不同模具的使用條件各有側(cè)重。例如,對于要求表面具有高硬度的沖切模具和拉伸模具用鋼,淬硬性顯得較為重要;而對于要求整個截面具有均勻一致性能的熱錘鍛模具鋼,則淬透性顯得更為重要。
如,刀具材料中的高速鋼,應(yīng)在600℃下保持60分鐘后空冷,連續(xù)地重復(fù)進(jìn)行4次后去表面氧化層,然后得出的硬度。
有些人把紅硬性和熱硬性混為一談。熱硬性應(yīng)該理解為在高溫下保持其硬度的能力,即其檢測應(yīng)該在高溫下進(jìn)行。這要求硬度標(biāo)準(zhǔn)塊和硬度計(jì)都能在高溫下正常地工作,其誤差也可以控制在可接受的水平內(nèi)。
4.脫碳敏感性
鋼在加熱時(shí),表層的碳與介質(zhì)(或氣氛)中的氧、氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應(yīng),降低了表層碳濃度稱為脫碳,脫碳鋼淬火后表面硬度、疲勞強(qiáng)度及耐磨性降低,而且表面形成殘余拉應(yīng)力易形成表面網(wǎng)狀裂紋,最終導(dǎo)致鋼材不符合相應(yīng)的要求。
模具表面發(fā)生脫碳,會使模具表面層的機(jī)械性能降低,因此,要求模具鋼的脫碳敏感性愈低愈好。但是,在相同的加熱條件下,鋼的脫碳敏感性取決于鋼的化學(xué)成分,特別是含碳量。