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H13模具钢的选用

宣布工夫:2016-1-15 文章作者:恋冥 信息泉源:茂优鼎 阅读:2614
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1. 压铸模具和H13  

  海内有色金属压铸模具广泛接纳H13热做模具钢。所谓热做模具是指对加热至再结晶温度以上的

金属或合金停止塑性变形的和对液态的有色金属压抑成型制造零部件的模具。  

  作为有色金属的压铸模具用钢一样平常应具有下述前提:  

(1)具有较下的淬透性,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)具有下的抗热裂性和耐热委靡抗力,使模具禁受激冷激热不容易构成裂纹和构成的裂纹不容易扩

展,制止模具生效;  

(3)具有下的抗热硬化才能和抗高温磨损才能,使模具连结肯定的高温强度和尺寸稳定性;  

(4)具有下的抗液态金属的粘焊 (soldering)和化学冲蚀毁伤,海内以融化液态金属的熔损来表

征。要到达这些兼具高温强度和下韧度要求,又有较高的高温硬度和抗磨损才能,重要由钢的化学

身分决意,一样平常接纳中碳含量(0.35~0.45%)和露Cr、W、M0和V等合金元素,合金元素总量正在

6~25%局限。  

  正在美国,热做模具钢分为三种:铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢,悉数以H定名。

离别为H10~H19,H21~H26,和H42、H43[1]。用于Al合金压铸模的钢种,现在很广泛接纳H13钢,它属

于第一种。海内钢号为4Cr5M0SiVl。之前海内接纳较多的3Cr2W8V钢的热委靡性和韧度显得缺乏。  

  H13钢的含碳量正在0.5%以下。美国AISI H13,UNS T20813, ASTMA681(最新版)的H13钢和FED QQ-

T-570的H13的含碳量都划定为(0.32~0.45)%, 是一切H13钢中含碳量局限最宽的。  

  我国GB/T1299和YB/T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1钢号的含碳量为(0.32~0.42)%和

(0.32~0.45)%。德国DIN17350 X40CrM0V5-1和WNr1. 2344钢的含碳量为(0.37~0.43)%,露

碳局限较窄[2]。北美压铸协会尺度NADCA 207-90中对中高级H13钢的露碳量规定为

(0.37~0.42)%。  

  铬和其他碳化物构成元素一同提供给钢具有较下的淬透性亲睦的抗硬化才能,以是该钢正在空热

条件下可以或许淬硬。正在6 barN2气体真空处置惩罚条件下可淬透直径为160mm[3]。但铬的加入会增添碳化物

的不均匀水平,以致钢中会泛起亚稳固的共晶碳化物,这类碳化物如今海内一样平常可用高碳铬轴承钢

相干尺度予以评定[4]。铬含量的进步有利于增添质料的热强度,但对韧度晦气。质料中增添钼和钨

,有人提出[5],(1/2W+M0)的量至1%以上时,会使质料500℃以上停止回火时仍得到较下硬度

,并具有二次软化才能。H13钢的二次软化才能不很显着,可拜见材料[1]。进步V的含量,如V的量

由0.4%(SKD6,相当于H11)进步至1%,使H13钢(SKD61)的热强度和热稳定性进步了,同时V也删

加水冲刷抗力,实际上是进步火浸腐蚀磨损抗力(erosive wear)[1]。  

  别的,钢中到场W、M0、V、Nb等构成M6C和MC型碳化物的元素,能对奥氏体晶粒细化,也使溶入

奥氏体后正在回火历程中发生二次软化结果。对Cr的到场构成的碳化物为M23C6型,其正在1100℃奥氏体

化时基本上消融完了,(悉数溶入奥氏体的温度是1160℃),那将决意H13钢的最好奥氏体化温度处

于1020~1080℃范围内[6]。  

  露Cr热做模具钢的露Si量皆正在0.80~1.20%,只要H19钢露Si量为0.20~0.50%。钢中增添Si的

量除固溶强化影响中,它能革新钢的高温抗氧化才能,直至800℃(1475℉)。但Si有损于韧度提

下。如今H13钢的生长正在背低Si下M0的第二阶段停止,(生长第一阶段是进步H13钢的材质和热处

理程度)。人们已逐步认识到低Si的结果重要有:减轻质料的偏析,改进宏观构造匀称水平;削减

凝固时液/固界面上身分过冷,改进结晶的微观构造和奥氏体晶粒细化;进步钢的韧度和抗热裂能

力和减低高温委靡裂纹扩大速度和高温蠕变裂纹扩大速度;延缓钢的贝氏体改变。同时增添M0的

量至3%阁下,日本低Si下M0的SKD61的身分局限为:C(0.30~0.40%)、Si(0.05~0.30)、

Cr(4.9~5.5%)、M0(2.0~3.5%)和V(0.50~1.20%)。响应低Si下M0的德国钢号为

1.2367,其身分为C 0.40%, Si 0.40%,Cr 4.95%, M03.0%和V0.9%。 M0的量进步至

3.0%,则使钢的淬透性进步,防备奥氏体晶界碳化物的析出和延缓贝氏体改变;进步回火抗力和韧

度;进步高温强度和高温蠕变强度;进步抗热裂才能。关于延缓贝氏体改变,有材料报导:对

610×203×500mm的H13模块经3 bar(约3atm)气淬后心部和外面的贝氏体量达70%和40%, 而对低

Si下M0SKD61钢响应唯一2%和1%[7]。那对模具使用寿命进步非常有益。我国的一种新型热做模具钢

3Cr3M03VNb的M0量也为3%(局限为2.70~3.20%),Si的量为≤0.60%, 其机能优秀的一个缘由也

应归咎于低的Si下M0的。  

  2.H13钢的外面改性  

  压铸模具的使用寿命决意于许多身分:模具设计的合理性,模具质料挑选正确性,模具机器加

工和热处理工艺的公道准确制定,固然借应触及模具的运用前提和保护。个中模具质料的质量和热

处置惩罚是相称主要的关键因素。热处理应包孕整体工件的热处理和工件的外面改性。相干的尺度重要

有北美压铸协会尺度、法国汽车工业会、德国钢铁协会、质料协会和压铸协会的尺度,另有通用汽

车、福特汽车的推荐尺度等。对H13钢整体热处理和检测十分重要,我们将另有专论。  

H13钢锻模和铝合金压铸模的外面改性现在重要正在以下两个方面:(1)铁素体氮碳共渗和硫氮碳共

渗手艺和(2)PVD涂层手艺。海内外在那两方面停止的研讨论文有了宣布, 但详细产业运用报导不

多。专门处置质料外面改性手艺的法国HEF集团正在一些国际性会议上以论文情势报导了H13钢外面改

性产业运用的实例,同时艾祸外面处置惩罚手艺(上海)有限公司(HEF Shanghai)联合舍祸外面处置惩罚

技术有限公司(TS Shanghai)的理论汇同外洋的相干文献(尤其是NADCA的专家和Case Western

Reserve 大学教授的事情)做肯定形貌。  

  海内广泛以为, 热委靡发作龟裂毁伤和热磨损是热作模具生效的两大主要原因。那方面,外洋

的相干文献叙说得十分明确:模具的破坏和限定模具寿命上升的三个机制为:1)液态金属铝的粘焊

(soldering)和化学冲蚀毁伤。2)磨损和侵蚀。3)热委靡开裂。个中1)是最重要的生效机制。他们

提出接纳铁素体氮碳共渗和离子氮化能明显进步工具钢的模具寿命。海内有关铝熔损的实验指出

,当模具质料硬度为45HRC时,已外面处置惩罚的铝熔损率高达54.90%时,当接纳盐浴硫氮碳共渗,其

熔损率仅为0.10%,当接纳盐浴氮碳共渗(硬氮化)后正在加上PVD处置惩罚时,熔损率更显着低落至

0.10%。因而可知H13钢的外面改性的结果非常显着。  

  处理H13钢外面改性题目的最好路子是正在模具质料外面涂覆硬膜,使其不被铝合金熔液润湿,同

时涂覆的硬膜也付与模具质料外面的侵蚀磨损抗力。HEF集团对汽车转向操作系统的铝合金工件压铸

成型模具中的挺杆(38CDV5,相当于H13钢)外面堆积3μm薄的CERTESS SD 涂层,其硬度可达

4000~4500HV,运用温度可达800℃,还可抗铝合金的黏结,使用寿命进步至10万次,是已停止堆积

处置惩罚挺杆的6~7倍。  

  对怎样得到这类不被液态金属润湿的硬质膜, Colorado School of Mines(CSM)的D.Zhong和

J.J.Moore等[8]提出多层优化涂膜的构造是:①先对H13模具基体停止外面改性,如接纳铁素体氮碳

共渗或离子渗氮;②50~100nm的联合中间层(adhesion interlayer)如Ti或Cr;③调解基材和涂

层之间因为压铸功课引发的热剩余应力的中央过分层(intermediate graded layer),那可运用有

限元模仿要领肯定,他们举例以为,那取决于所选的事情软化层,当事情层选用Al2O3层时,那中央

过渡层为Ti-Al-N梯度层;④事情涂层,取液态金属或玻璃不相润湿(non wetting), 对Al合金

压铸,可采用CrN,TiAlN,TiCB和Al2O3等。响应多层构造膜总厚正在5~8μm之间。  

  正在模具工件上经由过程PVD手艺得到优秀质量的涂层, 应当依赖于下机能的装备和能优化挑选的工

艺参数。这类装备最好具有下述手艺要求:①涂覆处置惩罚温度低;②绕涂性好;③涂层堆积匀称

;④接纳加强离化率手艺;⑤准确的涂层身分掌握;⑥肯定的堆积速度;⑦能停止多层复合涂

;⑧能获得纳米构造的涂层;⑨具有PVD和CVD的事情形式;⑩能边涂覆边刻蚀,得到最好的涂层量

量。  

法国HEF集团生长并运用等离子体加强磁控溅射(PEMSTM)手艺对涂层的堆积历程停止准确的掌握。

运用PEMSTM手艺能够到达涂层最高实际密度。HEF集团真空涂层装备和手艺因而在世界上处于抢先天

位。归纳综合天道,HEF的装备和手艺的重要上风在于:  

 1) 能够独登时对离子的流量和能量停止掌握,从而获得最高密度和机能的涂层;  

 2) 接纳奇特的OES体系对等离子体波长停止丈量,实现涂层身分的准确掌握;  

 3) 得到的一切硬质涂层皆具有纳米级(≤20nm)构造;  

 4) 低电压、下真空度情况下匀称的轰击,能够极大天削弱尖角效应;  

 5) 正在抽真空的同时停止加热,充裕敏捷天去除水份,得到优良、高效的堆积结果;  

 6) 最低处置惩罚温度可到达80℃,可用于对险些一切质料,包孕铝合金和聚合物质料停止涂层加工;

 

 7) 一台装备同时具有PVD和PACVD加工形式,给客户的手艺晋级以充裕的支撑。  

法国HEF集团经由过程艾祸外面处置惩罚手艺(上海)有限公司已正在上海舍祸外面处置惩罚技术有限公司(上海松

江)投资引入两种系列的PVD/PACVD装备,如今能涂覆的硬膜涂层重要有CrN、CrxNY、TiN、TiBN、

TiCN、TiALN和类金刚石DLC膜,他们对PVD涂膜前的H13钢基材等的外面改性接纳液体硫氮碳共渗或

液体氮碳共渗也具有明显特征,称作为Sursulf/Arcor(舍舍夫/阿可)手艺或Tufftride/

Tenifer(由其2001年并入HEF集团的德国子公司Durferrit供应)。相干  

引见可拜见本期告白及《模具工程》往年第四期论文。  

3 结束语  

 1) H13钢是世界上广泛运用的强韧兼具的热做模具钢,具有下的淬透性和抗热裂才能。许多场所

应用于制造铝合金压铸模具。  

 2) H13钢的海内商标为4Cr5M0SiVl,如今正在背低Si下M0偏向生长。  

 3) H13钢的外面改性重要有铁素体氮碳共渗大概硫氮碳共渗和物理气相堆积硬膜等要领, 更加

优胜的设施是这些要领停止公道组合。

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