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冷作模具材料的内部冶金质量要求

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具有优良的冶金质量,可以充分利用钢的基本特性。模具钢的内部冶金质量与其基本性能同等重要。冷作模具钢的内部冶金质量要求化学成分均匀性,磷和硫含量,钢中夹杂物,碳化物均匀性和孔隙率。

(1)化学组成不均。

模具钢通常是含有多种元素的合金钢。当钢在锭模中从液态凝固时,由于选择性结晶,熔融钢中的各种元素不均匀地分布在凝固组织中以形成偏析。这种化学成分的偏析将导致结构和性能上的差异,并且是影响钢质量的重要原因之一。例如,奥地利伯乐钢铁厂已对H13(4CrSMOSiv1)进行了测试,该测试将钢中钼的偏析度从1.5降低到1.1,并提高了直径200-300mm的钢的横向延展性和韧性。硬度为45 HRC。近年来,许多外国钢厂正在致力于生产成分均匀,结构精细的钢。

(2)磷和硫含量。

在凝固过程中钢中磷化物和硫化物的形成会在晶界处沉淀,从而引起晶间脆性,从而降低钢的可塑性,不仅在锻造铸锭时在偏析区产生裂纹,它还降低了钢的机械性能。

(3)钢中的夹杂物。

在某种意义上,钢中的非金属夹杂物可以认为是一定尺寸的裂纹。它破坏了金属的连续应力集中。在外力作用下,裂纹扩展容易发展和扩展,导致模具失效。塑料夹杂物的存在会在锻造过程中变形,从而导致钢的各向异性。同时,在抛光过程中剥离的夹杂物会增加模具表面的粗糙度值。因此,对于大型且重要的模具,重要的是提高钢的纯度。

(4)碳化物不均匀。

碳化物是大多数模具钢的重要组成部分。除了可溶于奥氏体的碳化物外,还有一些不溶于奥氏体的残留碳化物。此类碳化物的尺寸和形状分布取决于凝固和热变形处理的条件。过共析钢的碳化物可以在晶界上形成网状碳化物,或者可以在工艺变形中将碳化物拉长以形成带状碳化物,或两者。莱氏体的碳化物可以是二次碳化物或低共熔碳化物。在热变形的过程中,网状的共晶碳化物可能会破裂,碳化物颗粒首先沿变形方向延伸并产生带状,随着变形逐渐变得均匀,但与变形程度不成正比,甚至如果非常大,则变形率也不能完全使碳化物分布变得非常细密和均匀。碳化物的不均匀性对钢的机械性能(包括各向异性)有很大的影响。因此,模具钢必须具有相对均匀的碳化物分布。例如,当量块规由超共析钢制成时,碳化物的分布必须均匀(不应大于2)。用于模具时,不得高于3;当绉板,滚轮或挤压冲头由莱斯特钢制成时,使用不超过3级的钢。

(5)宽松。

在钢的横截面中,通常由于液体中的凝固而引起疏松和偏析,从而降低了钢的强度和韧性并严重影响了加工后的表面粗糙度。普通模具中的松动影响并不明显,并且对模具有特殊要求,例如冷辊,大型模块和冲头。例如,深型腔的锻件和冲头要求的等级不超过1或2级,而拨盘冲模的钢要求等级不超过1级。

来源:《模具材料与表面处理》康俊元主编李立明徐永军主编,北京理工大学出版社,2007.6p

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