从近几届的模具展览会分析国内外模具钢的发展水平及趋势
从近几届参展企业的介绍可以看出,模具钢生产企业对模具钢的冶炼质量都非常重视,提高模具钢的纯净度已经成为进一步提高材料质量与性能的重要措施和致力发展的方向。
北美压铸学会NAD-CA2003年标准中把S、P含量限制在P<0.015%,S<0.003%。日本大同特殊钢公司把DHA1(JIS SKD61)钢中S、P含量从0.03% 降到0.01% 以下。日立金属公司把DAC(SKD61)钢中S、P含量从0.03%降到0.001%,钢的冲击韧性提高两倍以上。对于高档的镜面塑料模具钢,为提高钢的抛光性能和改善表面粗糙度,降低钢中有害杂质含量更为重要。如日本山阳特殊钢公司规定高纯净度的模具钢中[o]≤10×10-6,[S]≤50×10-6。
通过炉外精炼、真空脱气及电渣重熔等冶炼工艺来努力降低钢中的S、P含量,已经逐渐成为先进模具钢生产企业提高材料质量的常规性措施。近年来,国外先进模具钢生产企业除了在冶炼上采用一系列措施来提高钢的性能外,还采用多向锻造等措施改善锻造效果,消除碳化物偏析,缩小钢的纵、横向性能之差,提高钢的等向性,从而大幅度提高模具的使用寿命。
近几届的模展展览了一些新型模具钢材。一些参展商在针对市场需求不断开发新型模具钢材的同时,也逐渐形成了自己的钢种系列。
瑞典UDDEHOLM钢厂的研发生产的新型模具钢包括CALMAX、SLEIPNER、VIKING/CHIPPER、CALDIE、QRO 90 SUPREME、CORRAX、MIRRAX ESR、UNIMAX等。CALMAX钢的强度高,韧性好,淬透性及焊接性能好,可火焰硬化至56~60 HRC,淬硬层大于5mm,特别适合厚板的冲切,广泛用于汽车零部件刀口模具上。SLEIPNER钢高温回火后,硬度>60 HRC,具有优异的耐磨性和较高的韧性。VIKING钢具有优良的耐磨损性能,高温回火后硬度为58-60 C,热处理变形小,适合于制造高载荷冲切成形模,也可用于高耐磨塑料模具。CALDIE是高合金工具钢,具有非常优良的抗崩角抗开裂性能,适用于以崩角和开裂为主要失效机理,而需要一个高的抗压强度(硬度超过HRC60)的中低寿命模具。QRO 90 SUPREME在铜和黄铜的成形、压铸时具有非常优良的高温强度和非常优良的抗热疲劳性能。CORRAX是时效硬化不锈钢,具有优秀的抗腐蚀性能,抗腐蚀性比AISI 420和W.-Nr.1.2083、W.-Nr.1.2316还要好。Mirrax ESR作为一种专门研发的优质高级不锈钢,适合尺寸/直径超过102mm并有耐蚀性、高抛光表面要求的塑料模具钢材。UNIMAX具有高硬度,非常优良的韧性,通过ESR(电渣重熔)冶炼工艺,获得优良的抛光性能,适合做涂层或氮化。
日本山阳特殊钢公司研发的塑料模具钢PCM40和QCM8,前者预硬处理后硬度可达40~44 HRC,后者经热处理后硬度为55~62 HRC,分别用于高精度镜面模具和高硬度、高耐磨的塑料模具。QCM8模具钢具有高硬度(高温回火后可达62 HRC以上),高韧性(是传统SKD11韧性的4倍),极好的抗疲劳和优良的耐磨性能,模具使用寿命高。该公司开发的QDH高性能热作模具钢,兼具3%Cr-3%Mo(SKD7)类钢的高的高温强度及抗高温软化性能,和5%Cr-1%Mo(SKD61)类钢的良好的淬透性及韧性,适用于应力集中较严重的热作模具。
日本大同特殊钢株式会社新型模具钢包括:DHA-WORLD、DH31-EX、DHA-Thermo、S-STAR、NAK-PRM、PD613、NAK101等。DHA-WORLD是一种新型高韧性通用热作模具钢,是DHA1(JIS SKD61)的改良的钢种,接近ESR品质,DHA-WORLD的合金成分配合最优化,可减少早期开裂。DHA-Thermo是高热传导率热作模具钢,耐热性能优异,抗软化性能优于SKD61,适用于小型模具及其镶嵌件。DH31-EX是一种高寿命热作模具钢,经最优化成分和均质化处理,淬透性、韧性大幅提升,抗疲劳强度提升。S-STAR是一种超镜面耐腐蚀塑胶模具钢,具有超镜面研磨抛光性能及耐腐蚀性能良好的特长,抛光镜面度可达12000#,性价比极佳。NAK-PRM(NAK-PREMIUM)模具钢是日本大同特殊钢最新研发生产的新钢种,是在NAK80的基础进行改良,预硬硬度可达HRC37-43,而且大幅度提高了韧性和防锈性,镜面度可达10000目以上,NAK-PRM的导热性和耐热疲劳能力更优于目前市场上沿用的蒸汽模钢种。PD613是一种汇聚耐久性镜面性韧性等各种特性的高品质模具钢,是在SKD11基础上进行改良的高硬度高镜面淬火回火型塑料模具用钢。NAK101是时效硬化不锈钢,具有优秀的抗腐蚀性能,可以承受大部分腐蚀性塑料原料和稀酸的侵蚀,用NAK101制作的模具也可以抵抗潮湿的服役和贮藏环境。
德国KIND工具钢研发了Plast 1塑胶模具钢。该钢是高性能特硬超低碳不锈钢,其抗腐蚀性能、加工性能和尺寸稳定性能良好,焊接性能优良(不需预热和焊后热处理),适用于对耐腐蚀性能有极高要求、但镜面抛光要求不高的塑料模具。该公司还推出了一种新等级的热作钢-TQ1(含义为:顶级品质钢)。据介绍,其生产完全按照最新的熔炼、锻造及热处理的技术标准来执行。凭借先进的熔炼工艺技术,钢的杂质含量较低;合金元素的最优化重组使钢的高温强度和韧性同步大幅度提高,从而增加了模具寿命,降低了产品的成本。
以粉末冶金方法生产工模具钢已成为国外模具材料生产企业的重点发展方向之一。采用粉末冶金工艺生产工模具钢,钢中的碳化物细小均匀,在提高了钢的强韧性的同时,也改善了钢的可加工性和磨削性能。近年来,国外工模具生产企业已开发了一系列的粉末高速钢和高合金工具钢,如日立金属公司的HAP系列粉末冶金钢,硬度可达62~67HRC,耐磨性和柔韧性比普通工艺制造的工模具钢有明显提高。
参展的模具钢生产企业大多已形成了自己较齐全的钢种系列,使用户能针对自己产品的要求挑选适合自己模具要求的模具钢,且有较多的选择余地。如日立金属公司的HPM塑料模具钢系列就又分3种:第一种是预硬钢,其硬度范围为29~42HRC;第二种是淬火回火钢,其硬度范围为50~65HRC,其中包括粉末冶金钢ZDP282和HAP10;第三种是时效处理钢。日本大同特殊钢公司的塑料模具钢系列,从PX4、PX5(预硬钢),NAK55、NAK80(高硬镜面钢),至S-STAR、D-STAR 及G-STAR(不锈钢、高耐蚀、镜面钢),根据不同需求形成三个种类。还有高硬度、高镜面塑料模具钢PD613,硬度可达到56~60 HRC。尽管近几届模展上国内模具钢研究、生产的大型企业并不多,但根据参展企业的介绍及参展内容,仍然可看出当前国产模具钢与国外先进企业产品的差距,主要表现在以下3个方面:① 产品质量仍存在一定差距:国内多数企业的设备及工艺仍较落后,钢的纯净度、表面脱碳层、碳化物级别、中心疏松等较国外先进企业的产品仍存在一定差距。国内通过电渣重熔生产的模具钢所占的比例很少,大约仅有1/10;② 品种规格较少:我国模具钢市场80%是黑皮圆棒料。扁钢、精料(六面光)、经过预硬化处理的材料以及标准件少。经过改锻后的锻件,内在质量难以保证、尺寸偏大,加工余量大,因此模具钢利用率低。国外发达国家锻材和轧材多用精锻精轧工艺,提高了尺寸精度,降低了加工量,利用率在80% 以上;③ 模具钢新品种开发较少:近年来,国内新开发的钢种较少,形成批量化生产及应用的新钢种更少。同时,对钢种的系列化工作也做得较少。
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