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我国模具钢应用技术现状与发展
时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 点击:
目前我国模具选材用钢较为广泛，除了工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢）外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、等，钢种达数十种之多，但常用的只有二十余种，而用量最多的只有八种： Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、SCrNIMo、45、40Cr。据估计，这八个钢号年用量占我国模具钢年总用量的80％。
随着工业生产发展和少、无切削工艺广泛应用，对模具钢性能提出了更多、更高的要求，常用钢种已经不能完全满足需要，迫切需要研制和应用新型模具钢。
近年，国内研制了近二百种新型模具钢种，如超硬高速钢W10Mo4Cr4V3A1、W6Mo5Cr4VsiA1Nb等；强韧耐磨钢7Cr7Mo2V2Si、Cr8MoV2Ti等；高速钢基体钢 65W3Mo2Cr4VNb、5OMo3Cr4SiMnAl等；中碳超高强度钢 4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3MoMnVNbB等；时效钢25Cr3NiMoAl、10Ni3MnCuAl等；火焰淬火钢7CrSiMnMoV、7Cr2 SiMnMoV TiRe等；易切削模具钢8Cr2MnWMoVS、5CrNiMnMoVSCa等。也引进了国际通用的几种美国钢号，如 D2（Cr12MolV1）、H13（4Cr5MoV1Si）、P20（3Cr2Mo）等。新钢种满足了模具较高力学性能、特殊工艺性能和特殊使用性能的需求，解决了模具设计、加工、使用中的一些难题，大幅度提高了模具使用寿命，带来十分显著的经济效益和社会效益，对工业发展和少、无切削工艺广泛应用起了极大促进作用。但因多种不利因素的影响，新型模具钢的应用量仍然较少，年用量仅相当于模具钢年总用量的1／40～ l／ 50。当然其用量仍呈逐年上升态势。
90年代，我国模具工业进人了快速发展时期，这极大地促进了模具钢生产、应用技术的进步。通过引进先进的设备和技术，已能生产高质量的模具钢，有些钢种的冶金质量已达到国际先进水平，并有少量出口，在国际上享有一定的声誉。但应看到，我国模具钢生产、应用的总体水平仍然较低，存在许多长期没有解决的问题。国产模具钢绝大多数是电炉钢，钢的成分偏析大，纯净度低，碳化物级别偏高，疏松级别超标，模块的纵横向性能相差悬殊。
模具钢材料利用率低，原因是钢材中圆棒料占85％以上，锯料、改锻中消耗量大；模块、扁钢、板材等品种很少，精品、制品更少。模具钢改锻效果差，绝大多数改锻仅以模坯达到形状、尺寸为目的，忽视组织改善，以致模坯中仍保留超级别的碳化物和不利的流线分布。模具选材和热处理不当也是模具钢应用中一个突出问题。模具设计、制造者不熟悉材料和热处理，热处理技术人员不熟悉模具工况条件，常常造成选材或热处理工艺不与模具相匹配。此外，热处理工艺执行不严，热处理设备和工艺落后，操作不当造成模具变形、开裂，是普遍存在的。调查表明，模具因选材和热处理不当造成早期失效者占70％左右。表面处理在模具上的应用，除渗碳、渗氮外，其它扩渗处理（渗非金属，渗金属）应用很少，镀膜和喷涂处理应用更少。一些应用又常因种类和工艺选择不当，达不到预期效果，甚至不但无益，反而有害，成为模具钢应用技术中一个薄弱环节。
国内模具钢近期发展重点应在下列几个方面：
（1） 提高冶金质量，增加品种规格，坏料制品化、精品化
采用先进的设备和技术，采用先进的冶金方法和工艺，如炉外精炼，电渣重熔，真空处理，多向锻轧，精锻、精轧，生产纯净度的优质钢材；增加生产高均匀性、高等向性的模块、扁钢、方钢、板材等。通过机加工、调质处理等方法提供制品化、精品化的模具钢产品。把我国丰富的合金资源及劳动力资源转化为模具钢产品优势，提高国际市场竞争力，扩大出口，这是我国模具钢发展的战略目标。
（2） 研制、推广应用新型模具钢
国内新型模具钢种类繁多，但研制新型模具钢的空间仍然很大、况且有些新钢种性能有待改进。如铝合金大型铸件日渐增多，研制大型铝合金压铸模具钢仍是当务之急。又如建筑业近年发展很快，研制价格低、耐磨性高、有足够强韧性的、耐火砖模具钢也是一个急需解决的课题。
鉴于新型模具钢能大幅度提高模具使用寿命，能解决模具设计、制造、使用、修复中的生产和技术难题，能获得巨大综合效益，应大力推广应用新型模具钢，可望新型模具钢应用量逐年增加。同时也要重视老钢种的使用，通过合理选材，采用新工艺，扬长避短，发挥其更大效用。
（3） 建立模具选材用材专家系统
随着产品品种多样化，模具工况条件复杂化，合理选材用材更显重要和迫切。已有的研究工作积累了大量数据资料，在此基础上补充完善钢种性能数据，总结国内外在模具材料技术领域的最新成果和经验，借助日益广泛普及应用的现代计算机技术，建立具有指导性强、先进、可靠、实用的模具钢选材用材专家系统势在必行。
（4） 建立模具钢系列
我国塑料工业发展很快，塑料制品广泛用于农业、机械、化工、建筑、玩具、日用品、汽车、灯具，家用电器等，需求量大，质量要求高，与之相应，塑料模具钢需求量急速增加，对钢的使用性能、工艺性能也提出了更高要求。但目前塑料模具选材比较混乱，无章可循，随意性大，影响了模具使用寿命，也影响了塑料制品质量和市场竞争力，急需通过研制、引进、补充完善钢种，建立适合我国的塑料模具钢系列，使塑料模具钢冶炼、质量控制、供货、选材、加工和使用水平上一个新的台阶。
（5） 加强表面处理技术的应用
表面处理能在保持模具心部原有成分和性能的基础上，赋予模具表面特殊使用性能（主要是耐磨性、耐蚀性等），大幅度提高模具使用寿命，拓宽了模具钢应用范围，还可以价格低的模具钢取代价格高的模具钢，因此有广阔应用前景，受到世界各国的重视。我国应大力加强表面处理基础理论和应用研究，采用先进设备和技术，以期多种类、高质量的表面处理在模具上广泛应用。
随着工业生产发展和少、无切削工艺广泛应用，对模具钢性能提出了更多、更高的要求，常用钢种已经不能完全满足需要，迫切需要研制和应用新型模具钢。
近年，国内研制了近二百种新型模具钢种，如超硬高速钢W10Mo4Cr4V3A1、W6Mo5Cr4VsiA1Nb等；强韧耐磨钢7Cr7Mo2V2Si、Cr8MoV2Ti等；高速钢基体钢 65W3Mo2Cr4VNb、5OMo3Cr4SiMnAl等；中碳超高强度钢 4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3MoMnVNbB等；时效钢25Cr3NiMoAl、10Ni3MnCuAl等；火焰淬火钢7CrSiMnMoV、7Cr2 SiMnMoV TiRe等；易切削模具钢8Cr2MnWMoVS、5CrNiMnMoVSCa等。也引进了国际通用的几种美国钢号，如 D2（Cr12MolV1）、H13（4Cr5MoV1Si）、P20（3Cr2Mo）等。新钢种满足了模具较高力学性能、特殊工艺性能和特殊使用性能的需求，解决了模具设计、加工、使用中的一些难题，大幅度提高了模具使用寿命，带来十分显著的经济效益和社会效益，对工业发展和少、无切削工艺广泛应用起了极大促进作用。但因多种不利因素的影响，新型模具钢的应用量仍然较少，年用量仅相当于模具钢年总用量的1／40～ l／ 50。当然其用量仍呈逐年上升态势。
90年代，我国模具工业进人了快速发展时期，这极大地促进了模具钢生产、应用技术的进步。通过引进先进的设备和技术，已能生产高质量的模具钢，有些钢种的冶金质量已达到国际先进水平，并有少量出口，在国际上享有一定的声誉。但应看到，我国模具钢生产、应用的总体水平仍然较低，存在许多长期没有解决的问题。国产模具钢绝大多数是电炉钢，钢的成分偏析大，纯净度低，碳化物级别偏高，疏松级别超标，模块的纵横向性能相差悬殊。
模具钢材料利用率低，原因是钢材中圆棒料占85％以上，锯料、改锻中消耗量大；模块、扁钢、板材等品种很少，精品、制品更少。模具钢改锻效果差，绝大多数改锻仅以模坯达到形状、尺寸为目的，忽视组织改善，以致模坯中仍保留超级别的碳化物和不利的流线分布。模具选材和热处理不当也是模具钢应用中一个突出问题。模具设计、制造者不熟悉材料和热处理，热处理技术人员不熟悉模具工况条件，常常造成选材或热处理工艺不与模具相匹配。此外，热处理工艺执行不严，热处理设备和工艺落后，操作不当造成模具变形、开裂，是普遍存在的。调查表明，模具因选材和热处理不当造成早期失效者占70％左右。表面处理在模具上的应用，除渗碳、渗氮外，其它扩渗处理（渗非金属，渗金属）应用很少，镀膜和喷涂处理应用更少。一些应用又常因种类和工艺选择不当，达不到预期效果，甚至不但无益，反而有害，成为模具钢应用技术中一个薄弱环节。
国内模具钢近期发展重点应在下列几个方面：
（1） 提高冶金质量，增加品种规格，坏料制品化、精品化
采用先进的设备和技术，采用先进的冶金方法和工艺，如炉外精炼，电渣重熔，真空处理，多向锻轧，精锻、精轧，生产纯净度的优质钢材；增加生产高均匀性、高等向性的模块、扁钢、方钢、板材等。通过机加工、调质处理等方法提供制品化、精品化的模具钢产品。把我国丰富的合金资源及劳动力资源转化为模具钢产品优势，提高国际市场竞争力，扩大出口，这是我国模具钢发展的战略目标。
（2） 研制、推广应用新型模具钢
国内新型模具钢种类繁多，但研制新型模具钢的空间仍然很大、况且有些新钢种性能有待改进。如铝合金大型铸件日渐增多，研制大型铝合金压铸模具钢仍是当务之急。又如建筑业近年发展很快，研制价格低、耐磨性高、有足够强韧性的、耐火砖模具钢也是一个急需解决的课题。
鉴于新型模具钢能大幅度提高模具使用寿命，能解决模具设计、制造、使用、修复中的生产和技术难题，能获得巨大综合效益，应大力推广应用新型模具钢，可望新型模具钢应用量逐年增加。同时也要重视老钢种的使用，通过合理选材，采用新工艺，扬长避短，发挥其更大效用。
（3） 建立模具选材用材专家系统
随着产品品种多样化，模具工况条件复杂化，合理选材用材更显重要和迫切。已有的研究工作积累了大量数据资料，在此基础上补充完善钢种性能数据，总结国内外在模具材料技术领域的最新成果和经验，借助日益广泛普及应用的现代计算机技术，建立具有指导性强、先进、可靠、实用的模具钢选材用材专家系统势在必行。
（4） 建立模具钢系列
我国塑料工业发展很快，塑料制品广泛用于农业、机械、化工、建筑、玩具、日用品、汽车、灯具，家用电器等，需求量大，质量要求高，与之相应，塑料模具钢需求量急速增加，对钢的使用性能、工艺性能也提出了更高要求。但目前塑料模具选材比较混乱，无章可循，随意性大，影响了模具使用寿命，也影响了塑料制品质量和市场竞争力，急需通过研制、引进、补充完善钢种，建立适合我国的塑料模具钢系列，使塑料模具钢冶炼、质量控制、供货、选材、加工和使用水平上一个新的台阶。
（5） 加强表面处理技术的应用
表面处理能在保持模具心部原有成分和性能的基础上，赋予模具表面特殊使用性能（主要是耐磨性、耐蚀性等），大幅度提高模具使用寿命，拓宽了模具钢应用范围，还可以价格低的模具钢取代价格高的模具钢，因此有广阔应用前景，受到世界各国的重视。我国应大力加强表面处理基础理论和应用研究，采用先进设备和技术，以期多种类、高质量的表面处理在模具上广泛应用。
