國(guó)內(nèi)外模具材料的發(fā)展及現(xiàn)狀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上國(guó)內(nèi)外模具材料的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)趙輝材料082班 摘要：簡(jiǎn)單介紹了我國(guó)及國(guó)外模具材料發(fā)展的現(xiàn)狀及趨勢(shì)，還介紹了我國(guó)模具材料存在的一些問(wèn)題。關(guān)鍵詞：模具材料，現(xiàn)狀，發(fā)展趨勢(shì)1. 引言隨著世界經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，先進(jìn)的制造工藝已成為我國(guó)工業(yè)的發(fā)展方向之一。而制造業(yè)的基礎(chǔ)模具工業(yè)也隨之迅速地得到發(fā)展。中國(guó)模具潛在的市場(chǎng)很大，近年來(lái)中國(guó)已迅速地發(fā)展成為模具制造大國(guó)，在世界模具制造業(yè)產(chǎn)值中，所占的比例逐年上升，模具材料的用量也逐年增長(zhǎng)。工業(yè)技術(shù)不斷向前發(fā)展，對(duì)模具要求在更苛刻、更高速的工況條件下工作。因此，國(guó)內(nèi)外都在模具材料的研究和發(fā)展上做出了巨大的努力，也在這一方面取得了不少成

2、果。制造模具及其零件的材料有很多，如鋼，鑄鐵，非鐵合金及其合金、高溫合金、硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金、有機(jī)高分子材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、天然或人造金剛石等。但其中鋼是用的最多，應(yīng)用范圍最廣的材料。這篇文章，我將說(shuō)說(shuō)國(guó)內(nèi)外模具材料（包括冷作模具材料，熱作模具材料及塑料模具材料）的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。2. 國(guó)內(nèi)模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)2.1國(guó)內(nèi)模具材料現(xiàn)狀近幾年，我國(guó)模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長(zhǎng)速度發(fā)展，在世界模具產(chǎn)值中所占 比例顯著提高。經(jīng)過(guò)幾次鋼種整頓的標(biāo)準(zhǔn)修訂，在GB/T1299-2000合金工具鋼標(biāo)準(zhǔn)中包含了37 個(gè)鋼種，基本上形成了我國(guó)特色的模具鋼系列。據(jù)中國(guó)冶金工業(yè)聯(lián)合會(huì)調(diào)研，我國(guó)模具鋼按照

3、使用狀態(tài)主要分為：塑料模具鋼約占60%； 沖壓模具鋼約占20%；壓鑄模具鋼占6%8%。目前我國(guó)模具用鋼廣泛，除了工具鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼)外，還有軸承鋼、彈簧鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、不銹鋼等，鋼種達(dá)數(shù)十種之多，但常用的只有20余種，而用量最多的是Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、45、40Cr等。其中Cr12、Cr12MoV的應(yīng)用量大面廣，但在冶煉、鑄造、鍛造、熱處理等方面存在一系列問(wèn)題，模具使用壽命較低，特別是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方面還存在一些問(wèn)題1,8。國(guó)內(nèi)大多數(shù)冶金廠設(shè)備、工藝較落后,大多采用電爐冶煉,鋼的純度差,表面脫碳層深、

4、碳化物級(jí)別高、疏松超標(biāo)。鋼材的冶金質(zhì)量低、成材率低,一般質(zhì)量的模具鋼多,高質(zhì)量的模具鋼材少。而國(guó)外模具鋼生產(chǎn)80 %以上采用真空精煉和電渣重熔生產(chǎn),鋼材純度、等向性高。而國(guó)內(nèi)通過(guò)電渣重熔生產(chǎn)的模具鋼所占的份額很少,大約1/10 。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的模具鋼成材率在85 %90 % ,而國(guó)內(nèi)成材率僅為70 %。與國(guó)外相比存在很大差距3。2.2塑料模具材料塑料模具的工作條件比較復(fù)雜,它在工作過(guò)程中會(huì)受到高溫塑料填充和流動(dòng)的壓應(yīng)力和摩擦力作用,同時(shí)高溫塑料在成型過(guò)程中總會(huì)有一些腐蝕性物質(zhì)析出。這種特殊的工作條件對(duì)塑料模具材料提出了特定的性能要求。1.具有優(yōu)良的綜合性能；2.具有優(yōu)良的工藝性能。模具材料包括

5、模具鋼和合金材料,但主要是模具鋼。目前,專用塑料模具鋼系列主要包括滲碳型塑料模具鋼、淬硬型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、耐蝕型塑料模具鋼和無(wú)磁型塑料模具鋼等7。我國(guó)列入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的塑料模具鋼僅為3Cr2Mo 和3Cr2MnNiMo 。國(guó)外常用的塑料模具鋼已形成較完整的系列,如美國(guó)塑料模具鋼有7 個(gè)鋼號(hào),形成完整的P 系列:日本日立金屬公司有15 個(gè)鋼號(hào):日本大同特殊鋼13 個(gè)鋼號(hào)。我國(guó)塑料模用鋼的隨意性較大,80 %是用碳鋼和40Cr 鋼。對(duì)于復(fù)雜、精密模具,為避免熱處理變形,一般在退火態(tài)、正火態(tài)或調(diào)質(zhì)態(tài)加工使用,因此壽命僅為國(guó)外同類模具的1/101/2 。國(guó)內(nèi)汽車塑料模

6、具企業(yè)大多愿意選用德國(guó)、日本、瑞典三大系列的模具鋼,高光模具材料用N K80 、2738 、P20 ; 關(guān)鍵模具材料用進(jìn)口的2738 、NAK80 、S136 等。但是,在國(guó)內(nèi)購(gòu)買歐洲模具鋼材,價(jià)格上揚(yáng)30 %40 % ,嚴(yán)重影響了國(guó)內(nèi)模具的競(jìng)爭(zhēng)力3。2.3冷作模具材料冷作模具材料是應(yīng)用比較廣泛的一類模具鋼, 主要用于制造沖壓、剪切、輥壓、冷鐓、冷擠壓等模具, 國(guó)外通用的代表性鋼種有低合金油淬模具鋼01( 9CrWMnV) , 中合金空淬模具鋼A( 2Cr5Mo1V) 和高鉻高碳模具鋼D3(Cr12)D2(Cr12Mo1V1) 。我國(guó)通用的是20 世紀(jì)50 年代從前蘇聯(lián)引進(jìn)的CrWMn、Cr1

7、2、Cr12MoV 三種。1981 年我國(guó)引進(jìn)高碳高鉻工具鋼D2。為了滿足冷作模具的特殊要求, 各國(guó)有針對(duì)性地發(fā)展了一些新型的模具鋼, 主要有:高韌性高耐磨性模具鋼、低合金空淬微變形鋼、粉末冶金模具等。高韌性高耐磨性模具鋼比較有代表性的鋼號(hào)有美國(guó)釩合金鋼公司早期發(fā)表的VascoDie,近年來(lái)日本山陽(yáng)特殊鋼公司發(fā)表的QCM8, 我國(guó)自行開發(fā)的LD、GM鋼等, 分別用于冷擠壓模具、冷沖模具及高強(qiáng)度螺栓的滾絲模具, 都取得了良好的使用效果。低合金空淬微變形鋼代表性的鋼號(hào)有: 美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)A4、A6, 日本大同公司的G04, 我國(guó)自行研制的Cr2Mn2SiWMoV 和CrMnMoVS。粉末冶金

8、模具由于具有磨削性、韌性、等向性、熱處理工藝性好的特性, 近20 年來(lái)在國(guó)外發(fā)展很快, 代表性的鋼號(hào)有美國(guó)的CPM10V, 德國(guó)的320CrVMo13.5,用于制造形狀比較復(fù)雜, 工作條件苛刻的長(zhǎng)壽命模具2。我國(guó)目前的冷作模具材料包括碳素工具鋼、低合金高碳工具鋼、高耐磨鋼（高碳高鉻鋼、高碳中鉻鋼、高速鋼以及特殊用途冷作模具鋼。其中特殊用途冷作模具鋼包括：微變形鋼，硬質(zhì)合金以及鋼結(jié)硬質(zhì)合金。微變形空淬鋼,這類鋼有較高的淬透性，可用冷卻速度緩和的淬火介質(zhì)，從而減少了淬火應(yīng)力，降低了變形開裂傾向，在淬火時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)殘余奧氏體的比例，達(dá)到微變形。這類鋼號(hào)主要有GD鋼等。7CrNinSioV鋼(GD)的

9、特點(diǎn)是強(qiáng)韌性較好，工藝性能好，可代替CrWMn、WCr12型鋼制冷作模具，解決模具早期崩刃或斷裂。硬質(zhì)合金，具有高的硬度、高的抗壓強(qiáng)度和高的耐磨性，所以用其制作的模具堅(jiān)固耐用，使用壽命比一般鋼制沖模高30100倍，且制品表面質(zhì)量好，故適用于大批量生產(chǎn)，主要用來(lái)制作多工位級(jí)進(jìn)模，大直徑拉深凹模鑲塊。缺點(diǎn)是脆性大，加工困難，不能鍛造及熱處理，且成本高，致使其應(yīng)用受限制。鋼結(jié)硬質(zhì)合金，是以難熔金屬碳化物為硬質(zhì)相，以合金為粘結(jié)劑，用粉末冶金方法生產(chǎn)的一種新型模具材料，具有硬質(zhì)合金的高硬度、高耐磨性和高抗壓強(qiáng)度，又具有鋼的可加工性和熱處理性。以 WC 為硬質(zhì)相的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，又簡(jiǎn)稱DT合金，還具有較好的

10、抗熱裂能力，不易出現(xiàn)崩刃、淬裂等，是較理想的模具材料之一4。2.4熱作模具材料熱作模具鋼主要用于制造高溫狀態(tài)下進(jìn)行壓力加工的模具，如熱鍛模具、熱擠壓模具、壓鑄模具、熱鐓模具等。隨鍛壓機(jī)械能力的加大、加工件形狀的復(fù)雜化，尤其是被加工材料加工難度的增大，如加工鈦合金、高合金鋼、不銹鋼和耐熱鋼，模具趨向大型化、高性能。對(duì)熱作模具用鋼性能的要求也越來(lái)越高，傳統(tǒng)的熱模具鋼5CrNiMo和5CrMnMo鋼由于熱強(qiáng)性、熱穩(wěn)定性較低、易龜裂和塌陷，使用壽命短。3Cr2W8V鋼由于鎢含量高、耐熱振性較差、易熱疲勞，導(dǎo)致龜裂等缺陷。近年來(lái)，一些具有較高的熱強(qiáng)性、高的熱疲勞性和良好的韌性的新型熱作模具鋼相繼問(wèn)世。我

11、國(guó)的熱作模具鋼包括低耐熱高韌性熱作模具鋼、中耐熱高韌性熱作模具鋼、高耐熱熱作模具鋼及特殊用途熱作模具鋼。 低耐熱高韌性熱作模具鋼主要用于生產(chǎn)承受很大沖擊載荷的錘鍛模、平鍛機(jī)鍛模、大型壓力機(jī)鍛模等，我國(guó)常用鋼號(hào)為5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV、5Cr2NiMoV、45Cr2NiMoVSi等。中等耐熱性韌性鋼，主要有5%的鉻型熱作模具鋼和鉻鉬系熱作模具鋼，含有較多的鉻、鉬、釩等碳化物元素，主要包括4Cr5MoSiV（H11）、4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5W2SiV、3Cr3Mo3W2V（HM1）、25Cr3Mo3VNb（HM3）、2Cr3Mo2NiVSi。高耐熱熱

12、作模具鋼主要用于較高溫度下工作的熱頂鍛模具、熱擠壓模具、銅及黑色金屬的壓鑄模具、壓力機(jī)模具等。其中壓力鑄造是在高的壓力下，使熔融的金屬擠滿型腔而壓鑄成型，在工作過(guò)程中模具反復(fù)與熾熱金屬接觸，因此要求有較高的回火抗力和熱穩(wěn)定性。高耐熱熱作模具鋼主要包括3Cr2W8V（H21）、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、4Cr3MoW4VNb、6Cr4Mo3Ni2WV、4Cr3Mo2NiVNbB等5。2.5國(guó)內(nèi)模具材料發(fā)展趨勢(shì)針對(duì)我國(guó)模具材料生產(chǎn)和強(qiáng)化技術(shù)的現(xiàn)狀及存在問(wèn)題， 今后我國(guó)模具材料技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用要重視以下幾個(gè)方面：1）、擴(kuò)大模具鋼的品種規(guī)格充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備，特別是新引進(jìn)設(shè)備的

13、能力，大力發(fā)展高精度高質(zhì)量模具扁鋼和中厚模具鋼板的生產(chǎn)。至少應(yīng)達(dá)到模具鋼產(chǎn)量的3%左右。擴(kuò)大精料生產(chǎn)，根據(jù)需要提供剝皮、冷拔、銀亮鋼材的生產(chǎn)，逐步開發(fā)經(jīng)過(guò)機(jī)械加工和淬回火處理的模塊和制品，提高產(chǎn)品的附加值。2）、完善模具材料系列，合理使用材料結(jié)合模具工業(yè)的發(fā)展，形成我國(guó)新的模具鋼系列，當(dāng)前尤其應(yīng)注意開展粉末冶金高性能模具鋼的研究開發(fā)工作，以滿足高性能長(zhǎng)壽命模具生產(chǎn)的需要，相應(yīng)地開展模具鋼強(qiáng)韌化機(jī)理及模具失效機(jī)理的研究工作，指導(dǎo)材料研究，并相應(yīng)地開展測(cè)試手段和測(cè)試技術(shù)的開發(fā)工作。3）、建成幾條技術(shù)先進(jìn)的模具材料生產(chǎn)線有計(jì)劃地建立完善的科研試制基地和技術(shù)情報(bào)中心，在全國(guó)建成各具特色的幾條技術(shù)先進(jìn)的

14、模具鋼生產(chǎn)線，采用先進(jìn)的工藝裝備先進(jìn)的技術(shù)，生產(chǎn)高純凈度、高等向性，品種規(guī)格齊全的高精度高質(zhì)量模具鋼鋼材和制品，使我國(guó)模具鋼的生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品質(zhì)量迅速全面地達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。4）、大力開拓模具鋼的國(guó)外市場(chǎng)充分發(fā)揮我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)，盡快研究出國(guó)外市場(chǎng)需求的高質(zhì)量模具鋼精品，以產(chǎn)頂進(jìn)，變資源和原料出口為模具制品出口，創(chuàng)更高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益6。3國(guó)外模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)3.1國(guó)外模具材料現(xiàn)狀隨著模具制造業(yè)的不斷發(fā)展， 對(duì)模具鋼從冶金質(zhì)量、數(shù)量、性能上要求不斷提高。在國(guó)外出現(xiàn)高合金、高質(zhì)、優(yōu)化、低級(jí)材料強(qiáng)化及擴(kuò)充材料領(lǐng)域等趨向，模具材料由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展，發(fā)展的趨向是碳素工具鋼低合金工具鋼高合金工具鋼

15、，相繼出現(xiàn)一系列新型模具材料，模具標(biāo)準(zhǔn)鋼的合金化程度也日趨提高。例如美國(guó)，15 種熱作模具鋼合金元素含量全部大于5%， 而合金元素含量大于10%的有10 種，用量占80%。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼種類比較齊全，并已形成系列，如美國(guó)的冷作模具鋼有O 系列、A 系列、D 系列， 熱作模具鋼有H 系列，塑料模具鋼有P 系列。但常用的模具鋼種集中在幾個(gè)鋼號(hào)或十幾個(gè)鋼號(hào)，其中用量較大的有O1(CrWMnV)、V2(Cr5SMOIV)、D3（Cr12）、h2(Cr12Mo1V1)、H13(4Cr5MoV1Si)、H11(4Cr5MoVSi)、H10(4Cr3Mo3V)、P20(3C

16、r2Mo)等。這些鋼的使用性能較好，由于合金工具鋼標(biāo)準(zhǔn)比較完善合理，針對(duì)性較強(qiáng)，具有一定的先進(jìn)性、代表性，在國(guó)際上信譽(yù)較高，而被世界各國(guó)廣泛采用，形成國(guó)際上的通用化趨勢(shì)。此外，國(guó)外也不斷地研制新鋼種，以滿足模具工業(yè)不斷發(fā)展的需求。國(guó)外相繼開發(fā)的新型熱作模具鋼包括：高淬透性特大型鍛壓模具鋼，如國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 中的40NiCrMoV7， 法國(guó)NF 標(biāo)準(zhǔn)中的等；高熱強(qiáng)性模具鋼，如美國(guó)H10A，日本日立金屬公司的YHD3， 以及特殊鋼公司的5Mn15Ni5Cr8Mo2V2 鋼等； 高溫?zé)嶙髂＞咪?，如美?guó)的T2M、T2C，日本的Nimowal 等。各國(guó)發(fā)展的新型冷作模具鋼有：高韌性、高耐磨性模具鋼，如美

17、國(guó)釩合金鋼公司的VascoDie(8Cr8Mo2VSi)鋼， 日本大同特殊鋼公司的SLDB、QCM8、TCD、DC53 鋼等；低合金空淬微變形鋼，如美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)A14、A16， 日本的G04 和ACD37 等；火焰淬火模具鋼， 如日本SX5、SX105V、G05、HMDl、HMD5，日本日立HMD1、HMD5 等鋼；粉末冶金冷作模具鋼， 如美國(guó)CPM10V， 德國(guó)320CrVMo13.5 等； 高速鋼基體鋼有美國(guó)的VASCOMA； 時(shí)效模具鋼有日本的NAK55、NAK80、N5M 等；熱作模具鋼有瑞典的QR080M、QR090S 等； 塑料模具鋼有日本的S-STAR、PX5及法國(guó)的SP

18、60 等。塑料模具鋼的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：易切削、拋光性好的塑料模具鋼，如美國(guó)的412、M-300，日本的YAG，英國(guó)的EAB，瑞典的STAVAX-13 等； 預(yù)硬化型塑料模具鋼，如美國(guó)P20、445，日本的PDS，德國(guó)MOVTREX-A(2312)等；整體淬硬型塑料模具鋼，如美國(guó)A2、D3 和H13等；耐腐蝕塑料模具鋼，如ISO 中的110CrMo17，瑞典ASSAB 公司的4Cr13 等；無(wú)磁塑料模具鋼，如日本大同特殊鋼公司的NAK301 等1。3.2國(guó)外模具材料發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)外模具鋼發(fā)展的一個(gè)特點(diǎn)是從分散生產(chǎn)走向集中，以獲得數(shù)量、質(zhì)量和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。集中生產(chǎn)可以很快地建成技術(shù)先進(jìn)的

19、模具鋼生產(chǎn)線，開展?fàn)t外精煉、電渣重熔、連鑄、精鍛、精軋、可控氣氛熱處理、無(wú)損檢測(cè)等技術(shù)和裝備研究，從而生產(chǎn)出高純度、高等向性、品種規(guī)格齊全的鋼材與制品，創(chuàng)名牌，提高國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家一般都有13 家工廠專業(yè)生產(chǎn)模具鋼，其產(chǎn)量往往占國(guó)家模具鋼產(chǎn)量的70%80%，如日本的日立金屬公司和大同特殊鋼公司。為了加強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力量，一些大的模具鋼生產(chǎn)廠有跨國(guó)合作的趨勢(shì)， 如奧地利的百樂鋼廠與瑞典烏德赫姆公司合作， 模具鋼產(chǎn)量達(dá)15 萬(wàn)噸。國(guó)外模具鋼發(fā)展的另一個(gè)特點(diǎn)是模具鋼的制品化和精品化。除增加模塊、板材、扁鋼外，還進(jìn)行深加工，提供高附加值制品和精品，為此設(shè)置了設(shè)備先進(jìn)的機(jī)加工和熱處理部門。一些大型企業(yè)供應(yīng)的模具鋼制品、精品已達(dá)60%左右，不僅方便了用戶、加快了制模周期，企業(yè)也獲得了經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)外模具