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碳素模具钢及其一般特性

由于碳素模具钢具有加工性能好,价格低廉,原料方便等优点,因此被广泛用于制造形状简单的小型模具或精度低,寿命长的模具。对于冷作模具钢,通常由碳含量为0.7%至1.3%的高碳碳模具钢(即碳工具钢)制成;对于塑料模具,通常使用碳含量为0.4%-0.6%的碳。普通塑料模具钢的制造如下所述。

碳工具钢

1。碳素工具钢的一般特征

碳工具钢的碳含量在0.7%至1.3%的范围内。其主要特征是热处理后的高硬度和高耐磨性;退火硬度低,加工性能好;生产成本低,原料来源方便,因此被广泛用于模具制造。然而,这种钢的红色硬度差,并且当工作温度高于250℃时,钢的硬度和耐磨性急剧下降。模具失去了工作能力。另外,它的可硬化性低,并且较大的模具不能被硬化。例如,如果有效厚度大于15mm,则水淬只能使表面层具有较高的硬度,并且表面与中心部分之间的硬度有很大不同(淬火)硬层HRC 60-65,中心部分HRC 4045),淬火时容易形成模具。工具钢的淬火温度范围窄且淬火变形大,因此在热处理过程中必须严格控制温度,以防止过热,脱碳和变形。因此,不适合由碳工具钢制成的较大的模具。

当钢中的碳含量高于0.6%时,淬火硬度随碳含量的增加而缓慢增加。对于有效厚度为1至5毫米的模具,水淬后,当碳含量为0.6%至0.7%时,硬度可以达到HRC 62-63。但是,对于较大的模具,要获得相同的高表面硬度,必须将碳含量增加到0.8%-0.9%。这是因为具有大横截面的模具在冷却期间冷却速率较低并且在奥氏体中的渗透量较小。碳沉淀,从而降低了马氏体中的碳含量。当钢中的碳含量增加到0.9%至1.0%时,硬度可以增加到HRC 65。

碳工具钢通常在低温回火后使用。回火过程中硬度降低,下降趋势也与碳含量有关。碳含量较高的钢在回火过程中的硬度较小。这是由于钢。更多的碳化物颗粒沉淀在膜中,以防止硬度降低。硬度与耐磨性有很大关系。实践表明,当工具钢的硬度低于HRC 60-62时,耐磨性会大大降低。除硬度外,工具钢的耐磨性还与组织中残留奥氏体的量,大小,形状和分布有关。例如,在硬度基本相同的情况下,碳含量为1.1%。共析碳素工具钢的耐磨性优于碳含量为0.8%的共析碳素工具钢,T12钢也应优于

T10钢的耐磨性略高。然而,当碳含量太高时,渗碳体颗粒由于渗碳体数量的增加而变得粗大且分布不均,并且当它们被摩擦时,这些渗碳体易于从金属基体上剥离。

碳含量也会影响淬火和低温回火后的强度和延展性。对于次共析钢,随着碳含量的增加,淬火后钢的强度增加到碳含量为0.6%。达到0.7%时达到最大值。然后它减少,当它接近共析成分时是最低的。当碳含量超过1.15%时,由于渗碳体的不均匀分布,强度再次降低。通常,随着碳含量的增加,钢的韧性逐渐降低。

碳工具钢通常在电弧炉或平底炉中冶炼。由于钢中碳含量高且导热性差,在热加工中,钢锭或大钢坯的温度不应太高,加热速率(尤其是在低温下)不应太快,因此为避免过度,热应力会导致裂纹。加热过程中必须允许钢通过。但是,高温下的停留时间不应太长,以免严重脱碳。在热加工(锻造,轧制)中,必须确保热加工后钢中的大部分网状碳化物都破裂。由于钢中碳化物的不均匀或粗大,钢的质量变差,切割过程变得困难,热处理过程中模具容易破裂,热处理后的硬度不均匀,并且在切削过程中芯片容易碎裂采用。因此,在锻造和轧制热加工碳素工具钢时,必须具有适当的压缩比(通常大于4)。对于高碳含量的T12和T13钢,有时需要使用of锻和拉长的方法进行锻造。为了均匀地细化钢中的碳化物。碳工具钢的最终锻造和精加工温度通常约为800°C。锻造和轧制后,应将其迅速冷却至6501 C,然后缓慢冷却以避免粗大或网状碳化物的析出。

热加工碳工具钢具有高硬度的珠光体组织,其显微组织不能满足最终热处理的要求。为了提高钢的切削性能并为最终的热处理做准备,需要球化退火。退火后的组织和硬度应符合GB1298-86的要求;连续的网状碳化物不允许在钢中破碎。网状碳化物根据GB1298-86标准所附的第二级图进行评估。

淬火后获得马氏体组织,因此模具钢具有高硬度和耐磨性。淬火后不可避免地存在一定数量的残留奥氏体和粗马氏体,这会降低钢的机械强度并增加脆性,因此对高碳钢制成的模具的淬火马氏体等级有一定的限制。否则,使用时模具容易发生脆性损坏。碳素工具钢的淬火加热温度通常根据钢的临界点来选择。取A,j并高于30 50V,但是A,点高钢,淬火温度也可以更高。为了增加大型模具的表面硬度,可以考虑使用更高的淬火温度。对于小型模具,可以选择较低的淬火温度以获得良好的机械性能。为了减小模具的变形和破裂,在尺寸或使用条件的情况下,应使用冷却能力相对较慢的冷却介质。在这种情况下,可以使用更高的淬火温度。例如,在用油或硝酸盐淬火的模具中,加热温度比水淬火的温度高约20°C,因此仍可获得较深的硬化层和较高的硬度。由于淬火温度的升高而引起的机械性能的下降可以通过缓慢冷却使淬火内应力降低一定程度来弥补。如果原始组织为细粒状和点状珠光体形式,渗碳体在加热过程中很容易溶解,应选择较低的加热温度。具有粗糙球状珠光体组织的钢可以选择更高的淬火加热温度。淬火和保温所需的时间必须确保模具内部达到淬火温度并形成具有均匀碳浓度的奥氏体。否则,淬火后将无法获得良好的性能。当然,太长的保持时间也会使模具过热,使表面脱碳,浪费能量并降低生产率。在淬火加热的情况下,为了防止模具表面的氧化和脱碳,通常在盐浴中进行加热。由于碳工具钢的淬透性较低,因此有效厚度为5的模具通常采用油淬火;将有效厚度为5-10的模具分类并在150-160°C的硝酸盐浴中淬火;有效厚度为10-15nm的模具可以在140-160°C的碱浴中淬火和淬火;有效厚度为15-18 nm的模具可以在水中硬化,但很容易产生较大的内应力和变形。因此,碳工具钢仅适用于制造横截面较小的模具。

碳素工具钢在淬火后具有高硬度,但存在淬火内应力,塑性低、强度也不高,必须经过回火,以改善其力学性能。低温回火时,在 钢中。一碳化物(Fez_4C)从马氏体中析出,具有很高的弥散度,马氏体中碳含量下降,钢的硬度有点降低,但是强度和塑性提高,从而减少了模具的崩刃现象。随着回火温度的提高,钢中的残余奥氏体量减少,至250℃基本上分解完毕。高于200℃回火、钢的硬 度、强度性能迅速下降。因此,使用碳素工具钢制造的模具,一般采用低温回火(<200`C ),对于制造锻模用的模具钢,为了得到

高的韧性,回火温度可提高至350一450`C。

亚共析成分的碳素工具钢,如T7钢具有较好的塑性和强度,适于制作承受冲击负荷的工、模具(如锻模、凿子、锤子等)和切削软材料的刀具(如木工工具)。T8,T9钢淬火加热时容易过热,但硬度和耐磨性较高,一般用于制造形状简单的模具和切削软金属的刀具和木工工具。过共析成分的碳素工具钢,如碳含量在0.95%-1.15%之间的T10,T11钢,在780-800℃加热,仍保持细晶粒组织 ,而且淬火后钢中有未溶的过剩碳化物,有利于耐磨,所以,这种钢应用较广,适宜制造耐磨性要求较高的模具,如冷冲模、拉丝

模具,修整模等。碳含量在1.15%和1.35%之间的T12,T13钢在淬火后具有更多的碳化物,因此具有较高的耐磨性和硬度,低韧性,并且不适合用于制造工作和具有冲击载荷的模具。拉丝模具,丝锥,模具等的制造。

[出处:模具钢手册/陈在志,兰德(Lander)编辑。北京:冶金工业出版社,2002.3

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