日本模具鋼開發(fā)應(yīng)用動向

1、日本模具鋼開發(fā)應(yīng)用動向1使用環(huán)境的變化1.1 生產(chǎn)動向日本國內(nèi)模具鋼的月產(chǎn)量從2000年的1.2萬噸穩(wěn)定增長到2005年的月產(chǎn)1.4萬噸以上，其需求量和模具產(chǎn)值也保障了這種增長態(tài)勢。與模具生產(chǎn)有關(guān)的環(huán)境最近發(fā)生了變化：伴隨生產(chǎn)向國外轉(zhuǎn)移(如2004年日本某公司在中國合資生產(chǎn)了80萬輛小轎車、約占當(dāng)年中國小轎車總產(chǎn)量的30)，在生產(chǎn)地共同籌措模具材料、熱處理及加工的動向正加速進(jìn)行，且日本產(chǎn)模具鋼和模具也增大了在以中國為主體的東亞地區(qū)的使用；另外，模具的無維修化和使用環(huán)境的變化，都對模具及所用鋼材提出了更多的新要求。為了滿足市場對模具的高質(zhì)量、低成本和縮短交貨期(即生產(chǎn)周期)的要求，必須不斷對模具

2、的質(zhì)量、性能進(jìn)行改善并開發(fā)新產(chǎn)品。1.2 環(huán)保問題因燃料費(fèi)用上漲及CO氣體減排都迫切需要實(shí)現(xiàn)汽車的輕量化，以及提高汽車的抗撞擊安全性能，這都擴(kuò)大了高強(qiáng)度鋼零部件在汽車上的應(yīng)用，從而對相關(guān)的模具材料提出了更多、更苛刻的要求。2模具鋼的開發(fā)動向2.1 模具鋼所需特性無論是冷用、溫、熱用或塑料用模具鋼，都必須滿足模具使用對耐磨性、韌性、疲勞強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗熱負(fù)荷損傷、耐蝕性、高鏡面性、表面處理性的要求，以及模具制造對淬透性、切削性、焊接性和低熱處理應(yīng)變的要求。因此，廠家總是根據(jù)不同的用途選擇這些特性和各自所需的模具鋼。2.2 各種用途模具鋼的開發(fā)動向2.2.1 冷模具用鋼冷模具鋼使用SK、SKS、

3、SKD、SKH等廣泛的JIB(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))鋼種及獨(dú)有鋼種，特別是以1.5C1.5Cr鋼(SKD11)為代表的高C高Cr系鋼為基礎(chǔ)，所開發(fā)的獨(dú)有鋼種改善了韌性和切削性，還能高溫回火處理，其代表性鋼種有1C8Cr系的DC53。最近的冷模具有高精度、高硬度材的傾向，要求高疲勞強(qiáng)度模具鋼；為了改善模具表面耐磨性；也在積極應(yīng)用PVD、CVD、TRD處理等表面鍍層技術(shù)。冷模具的主要損耗原因是磨損和裂紋。研究表明，鋼的耐磨性隨鋼中硬質(zhì)碳化物數(shù)量的增多而提高；當(dāng)鋼中碳化物的體積百分?jǐn)?shù)由10增至20時，其比磨損量(mm2/N)也減至原來的1/2。各種碳化物的硬度(HV)按Fe3C(5Cr鋼)Cr7C3(101

4、5Cr鋼)MO2C(5Mo鋼)WC(510W鋼)VC(2.55V鋼)的順序逐步升高(從1800HV2800HV)，所列鋼種耐磨性也相應(yīng)地逐次升高，然而碳化物數(shù)量的增加會降低鋼的韌性。作為保證耐磨性和韌性都不下降而單純提高一方面性能的方案有：改變降低韌性的碳化物形態(tài)，以提高強(qiáng)度并抑制韌性下降；均勻分散細(xì)小的硬質(zhì)碳化物；對韌性鋼材進(jìn)行表面改質(zhì)。模具熱處理應(yīng)變和精加工余量的大小與產(chǎn)品尺寸精度密切相關(guān)，而冷態(tài)磨削精加工時數(shù)又直接影響成本和交貨期。因此，如何減少熱處理應(yīng)變，改善磨削加工性是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)量、低成本并縮短交貨期的模具鋼開發(fā)重點(diǎn)。按不同的冷加工用途，分別開發(fā)了A(彎曲與深沖)型、B(冷鍛)型和

5、C(精密下料和沖裁)型模具鋼。A型的代表性鋼種為DC53(1C8Cr)，不但韌性和切削性優(yōu)良，且高溫回火后能獲得63HRC高硬度，還與表面處理CVD、TD被膜有良好粘合性。B型的代表性鋼種為馬特里克斯(matrix)系高速鋼DRAM(分為1、2、3共3個鋼號)，是以化學(xué)成分、特殊熔煉及其后的鍛造、熱處理技術(shù)改善而顯著減少了粗大碳化物的鋼種，其顯微組織的碳化物比原來的MH8 5和AISIM2的分布更均勻且更細(xì)小，即使在各種苛刻的使用條件也能延長模具壽命。C型的代表性鋼種為高純凈粉末冷工具鋼，其耐磨性、耐屑性優(yōu)良，可顯著減少模具壽命的波動。2.2.2 熱模具用鋼這類模具的主體是溫?zé)徨憠耗＞?，含熱沖

6、壓模具、高速沖壓模具和閉塞鍛壓模具。在熱沖壓模具方面，廣泛應(yīng)用的材料是SKD61鋼，它具有優(yōu)良的高溫耐磨性、韌性、淬透性，能滿足熱鍛模具的要求。熱鍛模材料最近的研究動向是在把握模具的損壞形態(tài)并查清鋼種特性的基礎(chǔ)上選定鋼種，以期延長模具壽命。有研究認(rèn)為，應(yīng)充分利用5Cr-3Mo鋼優(yōu)良的低周疲勞強(qiáng)度，以提高模具壽命。在溫鍛模具中，正在廣泛使用耐高負(fù)荷強(qiáng)度優(yōu)良且能確保韌性的馬特里克斯高速鋼DRM1。這是因?yàn)榇虽摰膶?shí)用表明其無塑性變形，在500C的溫度范圍的強(qiáng)度比原來的SKD7、SKD61更高，且疲勞強(qiáng)度高，韌性也優(yōu)良。2.2.3 塑料模具用鋼廣泛使用的塑料模具用鋼除SCM系鋼之外，其主體是沉淀硬化和

7、SUS420J2鋼等高性能鋼。近幾年對這類鋼的要求是確保穩(wěn)定的光潔度，改善耐蝕性并提高精密模具的韌性。高性能精密塑料模具正廣泛使用以NAD55、NAK80為代表的3NiIAl一1Cu系沉淀硬化鋼，且使用范圍還在擴(kuò)大；還進(jìn)行了同系列耐蝕性、韌性、光潔度改善鋼的開發(fā)，其產(chǎn)品已經(jīng)投放市場。既保持了耐蝕性、又改善了切削性能的 SUS420F系易切鋼CSTAR能用于塑料模具襯套以外的主要部位，有助于改善模具維修性能。另外，以SUS420J2鋼為基礎(chǔ)而改善了淬透性的模具鋼已開發(fā)成功；還開發(fā)生產(chǎn)了向高Cr系鋼(如C一16r鋼)中加N以提高耐蝕性的模具鋼，且已成功用于生產(chǎn)實(shí)際。3今后面臨課題及展望在模具性能方面，將會繼續(xù)要求更穩(wěn)定的模具壽命；以高級鋼材制作模具有利于其制作技術(shù)的改善，性能和壽命波動少的通用模具鋼材的生產(chǎn)是關(guān)鍵。另一方面，必須建立能與穩(wěn)定的材料供應(yīng)體制和在生產(chǎn)現(xiàn)場的熱處理設(shè)備相適應(yīng)的高性能、小應(yīng)變熱處理技術(shù)。并且，在使用了高強(qiáng)度鋼板作為加工材料的汽車部件冷成形中，必須對模具進(jìn)行高性能表面處理；隨著表面處理技術(shù)的改善，為了提高模具表面的粘合性，以改善鍍層性能，將需要研發(fā)表面處理專用的模具鋼。針對壓鑄模具使用的高周期化傾向，為了解決模具材料易產(chǎn)生大裂紋的弊端，如何改善模具材質(zhì)的超細(xì)化組織和韌性也是今后的重要課題。雖然如何將提高模具鋼切削性能的要求與縮短模具制作的交貨期