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    我國模具材料與模具熱處理研究進(jìn)展
    發(fā)布者:本站 發(fā)布時(shí)間:2011/8/4 14:23:17 閱讀:4942次

     

    五十年代,我國模具用鋼全部因襲國外鋼號。進(jìn)入六十年代,為了節約原材料和提高毛坯精度,少無(wú)切削工藝和精密成形技術(shù)有了迅速的發(fā)展,為了提高生產(chǎn)效率, 采用了許多高效壓力加工設備,鍛錘逐漸被壓力機替代。原用模具鋼的性能常不能滿(mǎn)足服役條件對性能的高要求,影響了模具的使用壽命和壓力加工新工藝新設備的 推廣應用。七十年代末,精密及大型工程塑料制品的使用日益廣泛,對塑料模具用鋼的需求量急劇增加,對塑料模具鋼的性能也提出了新的要求,而我國當時(shí)尚無(wú)塑 料模具專(zhuān)用鋼。

    六十年代以來(lái),在國家有關(guān)部委的支持下,中國科技工作者結合國情,開(kāi)發(fā)出不少新模具鋼,其中一些使用性能優(yōu)異、工藝性能也 比較好的新鋼種受到模具制造和使用單位的歡迎。在此期間也引進(jìn)了一些國外通用的鋼號,其中有些鋼號通過(guò)生產(chǎn)試用,取得良好的效果[1]。對一些使用效果較 好的冷作模具鋼和熱作模具鋼,有關(guān)部門(mén)還分別組織了性能對比試驗研究,提出了選擇和應用的建[2,3]議。為滿(mǎn)足高耐磨、長(cháng)壽命模具的需要,五十年代末, 我國硬質(zhì)合金有了迅速的發(fā)展,同時(shí)也開(kāi)發(fā)了多種鋼結硬質(zhì)合金,用做模具取得良好的效果。

    本文分為冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼、硬 質(zhì)合金和鋼結硬質(zhì)合金、模具熱處理、展望和建議六部份論述。

    1 冷作模具鋼

    目前我國常用的冷作模具鋼仍是低合金工具鋼 CrWMn和高碳高鉻工具鋼Cr12MoV及Cr12這些老的鋼號。CrWMn鋼有適當的淬透性和耐磨性,熱處理變形小,但CrWMn鋼鍛后需較嚴格地控 制冷速,并采用適當的熱處理,使碳化物呈均勻細小的粒狀,分布于基體上,否則易形成網(wǎng)狀碳化物,導致模具在使用中的崩刃和開(kāi)裂。高碳高鉻工具鋼有高的耐磨 性,但其碳化物偏析較嚴重,導致變形的方向性和強韌性的降低。通過(guò)反復鐓撥可在一定程度上改善其偏析程度。

    1981年,我國引入國際通用 的高碳高鉻工具鋼D2(Cr12Mo1V1)。和Cr12MoV鋼相比,D2鋼的碳化物偏析較之Cr12MoV略有改善,強度與韌性稍有提高,D2鋼制作 的模具,其使用壽命亦有不同程度的提高[4]。高速鋼(主要是W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V)有更高的耐磨性和強度,常用于制作模具,但其韌性不 能滿(mǎn)足復雜大型和受沖擊負荷大的模具的需要。

    為了改善這類(lèi)鋼的強韌性,我國開(kāi)發(fā)了一些新的冷作模具鋼,如:

    1.1 低合金冷作模具鋼

    這類(lèi)鋼的主要特點(diǎn)是工藝性好,淬火溫度低,熱處理變形小,強韌性好,并具有適當的耐磨性。如 GD(6CrMnNiMoVSi)、7CrSiMnMoV(簡(jiǎn)稱(chēng)CH)、DS鋼等。GD鋼用于制作易崩刃、斷裂的冷沖模具有高的使用壽命[5]。CH鋼的 成分與日本的SX105V鋼相同,是一種火焰淬火鋼,常用于制做汽車(chē)等生產(chǎn)線(xiàn)上用的模具零件,火焰淬火時(shí)加熱模具刃口切料面,硬化層下又有一個(gè)高韌性的基 體做襯墊,從而使模具獲得較高的使用壽命[3[。DS鋼是一種沖擊冷作模具鋼,其沖擊韌性顯著(zhù)優(yōu)于常用的高韌性刀片用工具鋼6CrW2Si[6]。

    1.2 基體鋼

    基體鋼一般指其成分與高速鋼淬火組織中基體化學(xué)成分相同的鋼。美國、日本在七十年代初即研究過(guò)牌號為Vasco MA、Vasco Matrix I和MOD2的基體鋼,相當于M2和M36高速鋼的基體,但未得到廣泛的使用。我國研制了一些基體鋼,如65Cr4W3Mo2VNb(簡(jiǎn)稱(chēng)65Nb)、 65W8Cr4VTi(簡(jiǎn)稱(chēng)LM1)65Cr5Mo3W2VSiTi(簡(jiǎn)稱(chēng)LM2)鋼等。 這些基體鋼的主要特點(diǎn)是其含碳量稍高于基體的含碳量,以增加一次碳化物量和提高耐磨性,還加入少量的強碳化物形成元素鈮或鈦,以形成比較穩定的碳化物,阻 止淬火加熱時(shí)晶粒的長(cháng)大并改善鋼的工藝性能。這類(lèi)基體鋼已較廣泛地用于制作冷擠壓、厚板冷沖、冷鐓等模具,特別適于難變形材料用的大型復雜模具,還可用做 黑色金屬的溫熱擠壓模具[7]。

    1.3 韌性較高的耐磨冷作模具鋼

    為了改善Cr12型冷作模具鋼的碳化物偏析,提高其韌 性,并進(jìn)一步增加鋼的耐磨性,我國做了大量的研究工作,開(kāi)發(fā)出不少新的鋼種,如 LD[8]、ER5[9]和GM[10]鋼等。在這些鋼中,適當降低了鉻含量以改善碳化物偏析,增加鎢、鉬和釩的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性。 與Cr12型冷作模具鋼比較,這類(lèi)鋼的碳化物偏析有所改善,有較高的韌性。這類(lèi)鋼比Cr12型冷作模具鋼有更好的耐磨性,因而制做的模具有更高的壽命,更 適于高速沖床和多工位沖床的使用。

    2 熱作模具鋼

    我國常用的熱作模具鋼為5CrMnMo、5CrNiMo和 3Cr2W8V鋼。

    5CrNiMo鋼主要用做大中型鍛模。但其淬透性不夠高,回火穩定性也不高,其性能不能滿(mǎn)足大截面鍛模對性能的要求。 3Cr2W8V鋼廣泛用做黑色和有色金屬熱擠壓模和Cu、Al合金的壓鑄模。這種鋼的熱穩定性高,使用溫度達650?C,但鎢系熱作模具鋼的導熱性低、冷 熱疲勞性差。

    我國在八十年代初引進(jìn)國外通用的鉻系熱作模具鋼H13 (4Cr5MoSiV1),H13鋼有良好的冷熱疲勞性,在使用溫度不超過(guò)600?C時(shí),代替3Cr2W8V鋼,模具壽命有大幅度提高,因此H13鋼迅速 得到推廣應用,其產(chǎn)量已超過(guò)3Cr2W8V鋼。

    為適應壓力加工新工藝、新設備對模具鋼在強韌性和熱穩定性方面更高的要求,我國研制了不少 的新熱作模具鋼,主要有:

    2.1熱鍛模具鋼

    國內在八十年代,針對5CrNiMo鋼的淬透性不能滿(mǎn)足大截面錘鍛模的需要和 使用溫度不超過(guò)500?C的問(wèn)題,對國內外用鋼做過(guò)大量的分析對比和研究。研究工作表明,國外同類(lèi)鋼5CrNiMoV中的Cr、Ni、Mo含量均高于國產(chǎn) 5CrNiMo鋼,并含有少量的V,因而其淬透性和回火穩定性均高于國產(chǎn)5CrNiMo鋼,并建議選用5CrNiMoV鋼,用于制做大型、復雜的重載荷錘 鍛模[11]。

    國內還開(kāi)發(fā)了大截面熱鍛模具鋼5Cr2NiMoVSi和45Cr2NiMoVSi鋼,已獲得較廣泛的應用[1]。與 5CrNiMo鋼相比,這些鋼中的碳含量稍低,提高了Cr和Mo的含量并加入適當的V和Si,因之有高的淬透性和熱穩定性。45Cr2NiMoVSi鋼中 的碳和硅,較之5Cr2NiMoVSi鋼,稍有降低,更適宜于做錘鍛模。這種鋼用于制造4000t以上機械壓力機鍛模和3t以上鍛錘模,使用壽命較 5CrNiMo和5CrNiMoV提高0.5~1.5倍。3Cr2MoWVNi鋼也是我國開(kāi)發(fā)的一種熱鍛模用鋼,有高的使用壽命[11]。

    2.2 熱擠壓用模具鋼

    H13已是國內外廣泛使用的熱作模具鋼,在使用溫度不超過(guò)600?C時(shí),有良好的冷熱疲勞性能,用做熱擠壓模和鋁合金壓 鑄模,有比較高的使用壽命。但H13鋼有較大的尺寸效應, 國外采用爐外精練、高溫擴散退火、等向鍛造等工藝,以改善其尺寸效應,減小Cr和Mo的成分偏析,國內多采用電渣重熔等工藝。

    我國研制 了許多強韌性好、熱穩定性高的熱擠壓用熱作模具鋼。一些鋼是在國外鉬系3Cr3Mo3V鋼和鉻系H13鋼的基礎上發(fā)展起來(lái),并在合金化方面有一定特色,如 HMI(3Cr3Mo3W2V)、 TM(4Cr3Mo2WMnVNb) 、Y4(4Cr3Mo2MnVB)、Y10(4Cr5Mo2SiV1)、HD2(4Cr3Mo2VNiNbB)、 012Al(5Cr4Mo3SiMnVAl) 等鋼。這些鋼在保持較好的強韌性條件下,具有高的其熱穩定性,分別用于制做熱擠壓模、精鍛模、有色金屬壓鑄模等,有良好的使用效果[3,12]。

    我 國有關(guān)部門(mén)曾組織一些研究單位和使用單位,選擇了27種國內外應用和新研制成功的熱作模具鋼,對其基本力學(xué)性能、工藝性能和使用性能進(jìn)行測試和對比,并提 出了各類(lèi)熱作模具的選材準則[2]。

    3 塑料模具鋼

    塑料成形用模具產(chǎn)值已在模具工業(yè)總產(chǎn)值中占首位。 中國過(guò)去無(wú)專(zhuān)用塑料模具用鋼。近年在引進(jìn)國外塑料模具用鋼的同時(shí),自行研制和開(kāi)發(fā)出一些新的塑料模具專(zhuān)用鋼。

    3.1 預硬型塑料模具鋼

    這 類(lèi)鋼在鋼廠(chǎng)經(jīng)過(guò)充分鍛打后制成模塊,預先熱處理至要求的硬度(一般預硬至30~35RHC)后,供使用單位制模。 P20(即3Cr2Mo)是國外使用最廣泛的預硬塑料模具鋼,已列入我國合金工具鋼標準,八十年代以來(lái)已在我國一些工廠(chǎng)廣泛采用。718是瑞典生產(chǎn)的改型 P20鋼,較P20有更高的淬透性,調質(zhì)后可在大截面尺寸保持硬度均勻一致,亦在我國得到較廣泛地使用。

    3.2 易切削預硬鋼[13]

    為 了改善預硬塑料模具鋼的被切削性能,可加入易切削元素。美國、日本、德國都發(fā)展了一些易切削預硬鋼。國外易切削預硬鋼主要是S系,也有S-Se系、Ca 系。但Se價(jià)格較貴。S系易切削鋼的各向異性較大,在截面增大時(shí),硫化物的偏析比較嚴重。

    我國研制了一些含硫易切削預硬塑料模具鋼,如 8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)和S-Ca復合易切削塑料模具鋼5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)。 5NiSCa鋼采用了S-Ca復合易切削系和噴射冶金技術(shù),改善了硫化物的形態(tài)、分布和鋼的各向異性,在大截面中硫化物的分布仍比較均勻。5NiSCa鋼 有高的淬透性和鏡面拋光性,模具硬度為35~45HRC時(shí),可順利進(jìn)行各種加工。

    3.3 非調質(zhì)塑料模具鋼

    這種鋼不經(jīng)調 度處理,鍛、軋后可達到預硬硬度,有利于節約能源、降低成本、縮短生產(chǎn)周期。我國開(kāi)發(fā)的這類(lèi)鋼有:中碳錳硼系空冷貝氏體鋼、可用于制作塑料模和橡膠模;非 調質(zhì)塑料模具鋼2Mn2CrVTiSCaRe (FT),鋼中加入S、Ca、Re做為易切削元素,比S-Ca復合系易切削鋼有更好的切削性能[13];低碳MnMoVB系非調質(zhì)貝氏體型大截面塑料模具 鋼(B30),鋼中加入S、Ca作為易切削元素,工業(yè)試生產(chǎn)表明400mm厚板坯熱軋后空冷,硬度沿截面分布較均勻[14]。

    3.4 時(shí)效硬化鋼

    我國開(kāi)發(fā)了幾種低鎳時(shí)效硬化鋼,這些鋼經(jīng)調質(zhì)后進(jìn)行機械加工,再經(jīng)時(shí)效,通過(guò)析出金屬間化合物提高硬度,熱處理后變形很小。時(shí) 效硬化鋼適于制作高精度塑料模具、透明塑料用模具等。

    這類(lèi)鋼有25CrNi3MoAl[3]、10Ni3Mn2AlCu(PMS) [15]]和06Ni6CrMoVTiAl [11]等鋼。這些鋼經(jīng)調質(zhì)后,硬度為20~30HRC,可進(jìn)行機械加工,再經(jīng)時(shí)效,硬度可達38~42HRC、。

    3.5 耐蝕塑料模具鋼

    塑料制品在以化學(xué)性腐蝕塑料為原料時(shí),模具需具有防腐蝕性能,一般采用耐蝕鋼制造模具,此時(shí)還要求有較好的耐磨性。常用的 鋼種為4Cr13(420)、9Cr18、17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我國開(kāi)發(fā)的一種耐蝕塑料模具鋼,有較好的綜合力學(xué)性能良 好的抗蝕性[3]。

    4 硬質(zhì)合金和鋼結硬質(zhì)合金

    硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法制造的一類(lèi)復合材料。硬質(zhì)合金的硬度很高、耐磨 性好,有高的彈性模量和高的使用工作溫度。用于制作某些模具,模具使用壽命可提高數倍、數十倍以上。但硬質(zhì)合金較脆,抗彎強度和韌性較差,且不能進(jìn)行機械 加工。硬質(zhì)合金作為模具材料,主要用于拉絲模具、受沖擊力不大的冷擠和冷沖模具等。目前,我國已可生產(chǎn)各類(lèi)牌號的硬質(zhì)合金,基本上可以滿(mǎn)足國內市場(chǎng)的需 要。

    為了滿(mǎn)足制造集成電路板鉆孔用的微型鉆頭、計算機用的點(diǎn)陣打印針、精密工模具等的需要,近年來(lái),各國都研制出一些微晶(WC晶粒小 于1微米)和超細晶粒硬質(zhì)合金(WC晶粒小于0.6微米),傳統的硬質(zhì)合金中,WC晶粒尺寸為1.3~1.5微米。超細晶粒硬質(zhì)合金彌補了常規硬質(zhì)合金的 許多不足,擴大了其應用范圍,在制造耐磨耐沖擊工模等方面取得了良好的效果。我國一些研究單位和硬質(zhì)合金廠(chǎng)已研制出多種牌號的微晶硬質(zhì)合金和超細晶粒硬質(zhì) 合金[16,17]。開(kāi)發(fā)高性能超細晶粒硬質(zhì)合金目前仍是硬質(zhì)合金研究的熱點(diǎn)。

    鋼結硬質(zhì)合金是以碳化物為硬質(zhì)相,鋼作粘接相形成的復合材 料。鋼結硬質(zhì)合金有良好的耐磨性,其強度和韌性一般高于硬質(zhì)合金,并具有可熱處理性、可切削加工性、可鍛性和可焊性這樣一些工藝性能。模具是鋼結硬質(zhì)合金 的主要應用領(lǐng)域。我國于60年代開(kāi)始研制這種材料,已研制成多種牌號的鋼結硬質(zhì)合金,用作模具的鋼結硬質(zhì)合金,硬質(zhì)相主要用TiC和WC,鋼的基體主要采 用低合金鉻鉬鋼、中高合金工具鋼或高速鋼,如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。鋼結硬質(zhì)合金已用于制 作冷鐓模、擠壓模、拉伸模、沖裁摸、拉絲模、熱鐓模等[11,18]。

    粉末冶金技術(shù)的發(fā)展和熱等靜壓的應用,導致七十年代無(wú)偏析粉末高速 鋼的生產(chǎn)和使用,其主要特點(diǎn)是強韌性、可磨削性、等向性、熱處理工藝性都優(yōu)于一般高速鋼,并有比較高的使用壽命。以后用此技術(shù)生產(chǎn)常規工藝無(wú)法生產(chǎn)的高碳 高釩高耐磨冷模具鋼,這類(lèi)鋼有較好的切削加工性和磨削性能,并有較好的韌性,制成的模具使用壽命與一些硬質(zhì)合金相近。國外已生產(chǎn)多種牌號的粉末冶金高耐磨 冷模具鋼,國內尚少研究[11]。

    5 模具熱處理

    模具制造的成本高,特別是一些精密復雜的冷沖模、塑料模、壓鑄模等。采 用熱處理技術(shù)提高模具的使用性能,可以大幅度提高模具壽命,有顯著(zhù)的經(jīng)濟效益,我國模具技術(shù)工作者十分重視模具熱處理技術(shù)的發(fā)展。

    5.1 真空熱處理[19,20]

    模具鋼經(jīng)真空熱處理后有良好的表面狀態(tài),變形小。與大氣下的淬火比較,真空油淬后模具表面硬化比較均勻,而且 略高一些,主要原因是真空加熱時(shí),模具鋼表面呈活性狀態(tài),不脫碳,不產(chǎn)生阻礙冷卻的氧化膜。在真空下加熱,鋼的表面有脫氣效果,因而具有較高的力學(xué)性能, 爐內真空度越高,抗彎強度越高。真空淬火后,鋼的斷裂韌性有所提高,模具壽命比常規工藝普遍提高40%~400%,甚至更高。冷作模具真空淬火技術(shù)已得到 較廣泛的使用。

    5.2 深冷處理[21]

    近年來(lái)的研究工作表明,模具鋼經(jīng)深冷處理(-196℃),可以提高其力學(xué)性 能,一些模具經(jīng)深冷處理后顯著(zhù)提高了使用壽命。模具鋼的深冷可以在淬火和回火工序之間進(jìn)行, 也可在淬火回火之后進(jìn)行深冷處理。如果在淬火、回火后鋼中仍保留有殘余奧氏體,則在深冷處理后仍需要再進(jìn)行一次回火。深冷處理能提高鋼的耐磨性和抗回火穩 定性。深冷處理不僅用于冷作模具,也可用于熱作模具和硬質(zhì)合金。深冷處理技術(shù)已越來(lái)越受到模具熱處理工作者的關(guān)注,已開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用深冷處理設備。不同鋼種在 深冷過(guò)程中的組織變化及其微觀(guān)機制及其對力學(xué)性能的影響,尚需進(jìn)一步研究。

    5.3 模具的高溫淬火和降溫淬火[22]

    一 些熱作模具鋼,如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等,采用高于常規淬火溫度加熱淬火,可以減少鋼中碳化物的數量、改善其形態(tài)和分 布,使固溶于奧氏體中碳的分布均勻化,淬火后可在鋼中獲得更多的板條馬氏體,提高其斷裂韌性和冷熱疲勞抗力,從而延長(cháng)模具使用壽命。例如3Cr2W8V鋼 制的一種熱擠壓模具,常規淬火溫度為1080~1120℃,回火溫度為560~580℃。當淬火溫度提高至1200℃,回火溫度為680℃(2次),模具 壽命提高了數倍。

    W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速鋼和Cr12MoV等高合金冷作模具鋼,可適當降低其淬火溫度,以改善其塑韌 性,減少脆性開(kāi)裂傾向,從而提高模具壽命。例如W6Mo5Cr4V2的淬火溫度可選用1140~1160℃。

    5.4 化學(xué)熱處理[23,24]

    化學(xué)熱處理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化性等性能。幾乎所有的化學(xué)熱處理工藝均可用于 模具鋼的表面處理。

    研究工作表明,高碳及低合金工具鋼和中高碳高合金鋼均可進(jìn)行滲碳或碳氮共滲。高碳低合金鋼滲碳或碳氮共滲時(shí),應盡可能 選取較低的加熱溫度和較短的保溫時(shí)間,此時(shí)可保證表層有較多的未溶碳化物核心,滲碳和碳氮共滲后,表層碳化物呈顆粒狀,碳化物總體積也有明顯增加,可以增 加鋼的耐磨性。W6Mo5Cr4V2和65Nb鋼制模具進(jìn)行滲碳以及65Nb鋼制模具真空滲碳后,模具的壽命均有顯著(zhù)提高。

    采用 500~650℃高溫回火的合金鋼模具,均可在低于回火溫度的范圍內或在回火的同時(shí)進(jìn)行表面滲氮或氮碳共滲。

    滲氮工藝目前多采用離子滲 氮、高頻滲氮等工藝。離子滲氮可以縮短滲氮時(shí)間,并可獲得高質(zhì)量的滲層。離子滲氮可以提高壓鑄模的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞性和抗粘附性能。

    氮 碳共滲可在氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)中進(jìn)行,滲層脆性小,共滲時(shí)間比滲氮時(shí)間大為縮短。壓鑄模、熱擠壓模經(jīng)氮碳共滲后可顯著(zhù)提高其熱疲勞性能。氮碳共滲對冷鐓 模、冷擠壓模、冷沖模、拉伸模等均有很好的應用效果。

    冷作模具和熱作模具還可以進(jìn)行硫氮或硫氮碳共滲。近年許多研究工作都表明稀土有明顯 的催滲效果,從而發(fā)展了稀土氮共滲、稀土氮碳共滲等新工藝。

    5.5 滲硼和滲金屬[23,24,25]

    滲硼可以是固體滲 硼、液體滲硼和膏劑滲硼等,應用最多的是固體滲硼,市場(chǎng)上已有固體滲硼劑供應。固體滲硼后,表層的硬度高達1400`2800HV,耐磨性高,耐腐蝕性和 抗氧化性能都較好。

    滲硼工藝常用于各種冷作模具上,由于耐磨性的提高,模具壽命可提高數倍或十余倍。采用中碳鋼滲硼有時(shí)可取代高合金鋼制 作模具。滲硼也可應用于熱作模具,如熱擠壓模等。

    滲硼層較脆,擴散層比較薄,對滲層的支撐力弱,為此,可采用硼氮共滲或硼碳氮共滲,以 加強過(guò)渡區,使其硬度變化平緩。為改善滲硼層脆性,可采用硼釩、硼鋁共滲。

    滲金屬包括滲鉻、滲釩、滲鈦等工藝均可用于處理冷作和熱作模 具,其中TD法(熔鹽滲金屬)已得到一些應用,可使模具壽命提高幾倍乃至十幾倍。

    5.6 氣相沉積[23,25]

    氣相沉 積按形成的基本原理,分為物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)。

    PVD分為真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍。離子鍍是蒸鍍和濺射鍍 相結合的技術(shù),離子鍍膜具有粘著(zhù)力強、均鍍能力好、被鍍基體材料和鍍層材料可以廣泛搭配等優(yōu)點(diǎn),因而獲得較廣泛的應用。近年來(lái)多弧離子鍍受到人們的重視。 目前在模具上應用較多的是離子鍍TiN,這種膜不僅硬度高而且膜的韌性好、結合力強、耐高溫。在TiN基礎上發(fā)展起來(lái)的多元膜,如 (TiAl)N、(TiCr)N等,性能優(yōu)于TiN,是一類(lèi)更有前途的新型薄膜。

    CVD是用化學(xué)方法使反應氣體在基礎材料表面發(fā)生化學(xué)反 應形成覆蓋層(TiC、TiN)的方法。CVD有多種方法。通常,CVD的反應溫度在900℃以上,覆層硬度達到2000HV以上,但高的溫度容易使工件 變形,沉積層界面易發(fā)生反應。發(fā)展趨勢是降低溫度,開(kāi)發(fā)新的涂層成分。例如,金屬有機化合物CVD(MOCVD),激光CVD(LCVD),等離子 CVD(PCVD)等。

    5.7 高能束熱處理[26]

    高能束熱處理的熱源通常是指激光、電子束、離子束等。它們共同的 特征是:供給材料表面功率密度至少103W/㎝2。它們的共同特點(diǎn)是:加熱速度快,加熱面積可根據需要選擇,工件變形小,不需要冷卻介質(zhì),處理環(huán)境清潔, 可控性能好,便于實(shí)現自動(dòng)化處理。國內外對高能束熱處理的原理、工藝等均投入較多的研究,比較成熟的是激光相變硬化、小尺寸電子束處理和中等功率的離子注 入,并在提高模具壽命方面獲得了應用。

    6 展望和建議

    可以認為,我國已建立了較完整的模具用材系列,其中一些模具材料 的性能優(yōu)異,達到國際先進(jìn)水平。我國模具熱處理的研究開(kāi)發(fā)亦可與國際同步,一些新的模具熱處理技術(shù)在不同程度上得到推廣和應用。

    針對存在 的問(wèn)題,對今后我國模具用材料和模具熱處理技術(shù)的發(fā)展,提出如下建議:

    6.1 加速模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和模具鋼經(jīng)銷(xiāo)的商品化。

    我 國每年模具用鋼超過(guò)20萬(wàn)噸,且逐年增長(cháng)。近年,國外模具鋼的進(jìn)口量,約占模具鋼需要量的1/3,呈逐漸增加趨勢。主要問(wèn)題是我國模具鋼的品種規格較少, 模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和經(jīng)銷(xiāo)的商品化程度低。在一些工業(yè)發(fā)達國家,冶金企業(yè)供應經(jīng)機加工的模具鋼制品已達50~60%,而中國80%以上的模具鋼仍 以黑皮圓棒供貨。越來(lái)越多的模具制造廠(chǎng)點(diǎn)要求在模具設計完成后,模具鋼供應廠(chǎng)商能迅速提供所需鋼材,減少庫存鋼材數量,縮短制模周期。中國鋼材生產(chǎn)企業(yè)尚 不適應這一商品市場(chǎng)機制,這是進(jìn)口模具鋼材在中國日益擴大的重要原因。

    6.2 大力推廣應用性能優(yōu)良的新型模具鋼不斷完善模具鋼鋼種系列

    我 國已開(kāi)發(fā)出不少有一定特色的新型模具鋼,其中一些鋼的性能優(yōu)異,達到或超過(guò)國外同類(lèi)鋼的水平。但這些新鋼的推廣數量和應用范圍不夠大,主要原因是由于中國 模具鋼的生產(chǎn)尚未走制品化、精料化的道路而經(jīng)銷(xiāo)方式不適應商品市場(chǎng)的要求,解決了這些問(wèn)題,這些性能良好的新型模具鋼有廣闊的推廣前景,將會(huì )產(chǎn)生巨大的經(jīng) 濟效益。

    中國已經(jīng)有了較完整的模具鋼系列,尚需不斷提高其質(zhì)量,擴大應用,在應用中進(jìn)一步存優(yōu)去劣。同時(shí),有選擇地開(kāi)發(fā)先進(jìn)模具鋼,完善 中國的模具鋼系列,例如開(kāi)發(fā)粉末冶金模具鋼,多元易切削系塑料模具鋼,建立玻璃、陶瓷,耐火磚和地磚等成形模具用鋼系列等

    6.3 進(jìn)一步提高模具鋼的質(zhì)量

    我國某些特殊鋼廠(chǎng)已采用新的冶金設備和工藝生產(chǎn)模具鋼,如爐外精煉、真空冶煉、快鍛機和精鍛機等,一些模具鋼的質(zhì) 量有大幅度提高,如D2、P20等鋼已批量出口,出口產(chǎn)品的質(zhì)量可以達到國際先進(jìn)水平。工業(yè)發(fā)達國家一直在努力提高模具鋼的純凈度、致密度、均勻性和質(zhì)量 穩定性。國外有的企業(yè)規定在高純度模具鋼中[O]?10ppm,[H]? 2ppm,S?50ppm,因為鋼的純凈度的進(jìn)一步提高可以顯著(zhù)提高鋼的韌性和疲勞性能。對大型模具還必須采用真空除氣、高溫擴散退火,減少合金元素的偏 析,并使用等向鍛選工藝,提高等向性,使模具鋼的橫向和厚向的塑性和韌性達到縱向的80~90%以上。我國還需要在這方面進(jìn)一步開(kāi)展工作。

    6.4 加強先進(jìn)模具熱處理技術(shù)的推廣與應用[28]

    模具的可控氣氛熱處理與真空熱處理應進(jìn)一步得到發(fā)展、推廣和應用。一些行之有效的模具表面 熱處理技術(shù),應完善其工藝,加強其推廣和應用。提高裝備和工藝材料的制造水平,加強熱處理專(zhuān)業(yè)廠(chǎng)的建設。



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