|
在現(xiàn)代工業(yè)，模具領(lǐng)先。模具工業(yè)水平的高低已成為衡量國家制造業(yè)水平的重要標志之一。近年來，隨著汽車和IT工業(yè)的發(fā)展，我國模具工業(yè)得到快速的發(fā)展，2005年模具銷售額達610億元，模具出口達7.38億美元，同比增長達25％和51％。因此，展覽會的舉辦是對我國模具工業(yè)技術(shù)發(fā)展的大檢閱，也是國際和國內(nèi)模具制造新技術(shù)發(fā)展和交流的平臺!
作為模具工業(yè)重要物質(zhì)基礎(chǔ)的模具材料在本屆展覽會上也充分展示了其重要性。展會共設(shè)有30家模具材料的展臺，分別來自美國、德國、法國、日本、瑞典、韓國和我國。同時，在展會期間舉辦的技術(shù)交流會共有27場，其中模具材料的講座就有6場。可見，世界制造模具鋼的許多廠商都十分看中中國的市場。除了大家已熟悉的ASSAB、大同和日立等企業(yè)外，法國的Arcelor Group，Aubert & Dural，德國的KIND & Co，Edelstahl 和韓國的昌原（Chang Won Specialty Steel）都在采取果斷措施進入中國。本文將對本屆展覽會上參展的生產(chǎn)模具材料工廠的現(xiàn)狀和進展情況加以闡述。
1、Arcelor Group（阿賽洛集團）：
法國阿賽洛集團是世界上最大的鋼材生產(chǎn)集團之一，該集團2006年6月已與俄羅斯的 Severstal 集團合并成為世界上最大的鋼鐵企業(yè)。Indussteel 鋼廠是Arcelor集團的主要成員。現(xiàn)在有三個生產(chǎn)基地，分別設(shè)于法國和比利時。Creusot 的Schneider 工廠成立于1836年。該廠具有先進齊全的生產(chǎn)設(shè)備，擁有200T 100MVA的電爐，經(jīng)VAD和VOD真空精煉，澆鑄成鋼錠或壓鑄和連鑄。能生產(chǎn)厚度達950mm的板材，并確保均勻材質(zhì)和性能穩(wěn)定，生產(chǎn)鋼材的70％用于出口。在全球市場中模具鋼和工具鋼板材的市場占有率2003年占22％，生產(chǎn)量為65000 T 。該廠生產(chǎn)的熱作模具鋼有1.2343，1.2344，1.2767和AH－61，供給的尺寸寬度≤2000mm，厚度≤300mm；冷作模具鋼有1.2842，1.2510，1.2363，1.2379和Tenasteel ，其寬度與上相同，厚度≤150mm；塑料模具鋼有預(yù)硬300HB的P20 （1.2311，1.2312）1.2738和 Superplast 300；預(yù)硬400HB的有1.2714和Superplast 400。供應(yīng)的尺寸厚度都為≤800mm，寬度分別為≤2500mm和≤2000mm。
該廠新發(fā)展的熱作模具鋼；冷作模具鋼和塑料模具鋼有AH－61；Tenasteel和Superplast系列鋼，主要分別介紹如下。
1．1AH-61優(yōu)質(zhì)熱作鋼：它是專為鋁壓鑄模所設(shè)計，可以避免使用時的熱磨損和熱疲勞發(fā)生龜裂從而提高模具使用壽命。材料的化學(xué)成分列于表1，其硫磷含量為0.001％和0.008％，相應(yīng)非金屬夾雜物控制在極低水平，當然很好的改善了韌度和高溫強度。鋼材以退火態(tài)供貨，均勻和細小的晶粒的顯微組織使熱處理后晶粒保持細小，碳化物的均勻分布和相對低的偏析。
該鋼的奧氏體化溫度為1020~1050℃，加熱應(yīng)緩慢，保溫時間為1min/mm。
淬火時要有足夠的冷速，防止鐵素體F和貝氏體B的生成，對薄小工件實行高壓氣淬，對大厚工件需采用油淬達到要求的硬度，并同時避免變形和開裂，注意在50~70℃區(qū)間應(yīng)停止冷卻。
淬火后的回火分兩次進行：第一次回火在500~550℃范圍，應(yīng)在淬火后立即進行，到溫后保持2小時；第二次根據(jù)需要硬度選定，維持2小時。
表1 AH－61和Tenasteel鋼的化學(xué)成分
鋼號 C Si Mn Cr Mo V S P 其它
AH－61 0.40％ 1.00％ 0.35％ 5.00％ 1.30％ 0.90％ 0.001％ 0.008％
Tenasteel 1.00％ 0.35％ 7.50％ 2.60％ 0.30％ Ti
1.2 Tenasteel冷作模具鋼：是一種新型更通用的工具鋼，具有高的強度、韌度和耐磨性，并具較好的機加工和抗熱氧化性。采用電爐和真空精煉技術(shù)。化學(xué)成分見表1，相應(yīng)降低了C和Cr含量，另外加入Ti和Nb使碳化物細小均勻，加入MO以得保持耐磨性能。鋼材具有相當?shù)偷碾s質(zhì)含量，潔凈度有所提高。
鋼材的退火硬度≤255HB，在1050℃奧氏體下冷卻后經(jīng)二次回火后得到的性能列于表2，相應(yīng)的韌度指標接近于X160CrMoV12(相當于Cr12MoV)的兩倍，刀具使用壽命可增加25％以上。淬火冷卻最好是真空氣淬，或在250~350℃的鹽浴爐中進行，形狀簡單的工件才采用油淬。淬火后立即緩慢冷至－80℃，待完全均勻后緩慢加熱至室溫，可使殘余奧氏體的量減少，硬度壇加，這種冷處理可適用于簡單形狀工件。
表2 Tenasteel的性能改善
退火硬度 加熱溫度 兩次回火溫度 熱處理后硬度 韌 度
TENASTEEL X160CrMoV12
≤255HB 1050℃ 525℃ 60/62HRC 20J/cm2 12 J/cm2
550℃ 59/61HRC 30 J/cm2 15 J/cm2
575℃ 58/60HRC 35 J/cm2 19 J/cm2
1.3 Superplast 400：它是一種高硬度（出廠硬度為380HB）預(yù)硬塑料模具材料，特別適用于承受高擠壓力和沖擊力的模具，鋼材具有好的加工性能和優(yōu)異的焊接性能。板材在20mm至600mm厚范圍內(nèi)，硬度確保于360~400HB內(nèi)，鋼材的屈服強度，抗拉強度為1150和1250MPa，延伸率＞10％，鋼材的雜質(zhì)含量非常低，尤其是氧，保證了高的潔凈度，適合于鏡面拋光。適合于制作熱塑性塑料的注塑和擠壓模具等。
2、Aubert & Dural（奧伯杜瓦公司）
它是世界上生產(chǎn)合金、錳、鎳合金領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)的Eramet（埃赫曼）冶金礦業(yè)集團的成員之一。公司能夠設(shè)計、制造、加工和銷售特殊鋼、鋁合金和鈦合金等，同時與集團內(nèi)的愛和高速鋼公司（Erasteel）一起共同開發(fā)和生產(chǎn)范圍廣的鋼種。公司擁有40~70噸電弧爐，中間包精煉爐，真空脫氧設(shè)備，真空感應(yīng)熔煉爐（VIM）12噸，25噸電渣重熔精煉爐（ESR），3噸真空重熔精煉爐（VAR）等熔煉設(shè)備；鍛造設(shè)備主要有1200~4500噸的連續(xù)鍛造機械和4500~6500噸模鍛機；HIP設(shè)備（φ1200mm）；熱處理設(shè)備有長200 mm至21米的淬火回火爐，能處理數(shù)kg至20噸的產(chǎn)品部件。
Aubert & Dural公司生產(chǎn)的熱作模具鋼，塑料模具鋼，冷作模具鋼和玻璃模具鋼有ADC3，SMV3，SMV4，DH13，MEK4，DH13，SMV3，X13T6，XDBD，X15TN，APXV和SRV2，SANCY2，APXV，X25V，這些鋼種中的ADC3和MEK4介紹如下：
2.1 ADC3：是該公司的專利鋼種，也可表示成X36CrMo V5-1，出廠硬度為235HB,常用的硬度為（43~50）HRC，具有高的抗熱龜裂和高韌度、高耐磨性。材料鍛造溫度為1000/1150℃。退火溫度為830℃,保持后緩冷。淬火處理工藝如下：首先預(yù)熱700℃，然后升溫至990℃，在2~6 bar N2下快速冷卻，或急速冷至280℃鹽浴爐中然后空冷至室溫，（兩種冷卻方法按工件尺寸確定）。回火操作在550℃先施行第一次回火，然后按工件要求在550~650℃間選定,進行第二次回火，適用于高要求的大型Al合金，Mg合金的壓鑄模具和Al合金擠壓模具。模具適合進行滲氮處理使表面達1000 HV的硬度。同時模具可以進行預(yù)熱下的焊接和現(xiàn)場的焊接。
2.2 MEK4：相當于德國鋼號1.8523,或表示成40CrMoV13-9，公開的成分為：C 0.40％，Cr 3.00％，Mo 1.00％和V 0.20％。鋼材的相變點為：Ac1 795℃，Ac3 835℃，它通常在預(yù)硬條件下供貨，硬度為400HB（Rm為1400N/mm2），具有良好的加工性能，它具有好的韌度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。可用于制造塑料模具，光蝕刻花性好，模具可進行滲氮處理，表面達800HV的硬度。
對于以退火態(tài)的供貨材料進行淬火處理工藝為:預(yù)熱700℃，奧氏體化溫度920℃，冷卻條件為：空冷或氣體加壓淬火，根據(jù)零件形狀可采用油冷。可適合于制作輕合金壓鑄模具和大型錘鍛模具等。
該公司正在研究壓鑄用最佳熱作模具鋼SDC，目前未見相關(guān)資料。
3、KIND & Co公司
KIND & Co公司的Edelstahl werk（特殊鋼工廠）成立于1888年，積累了百余年生產(chǎn)精煉工具鋼的經(jīng)驗和不斷改進及發(fā)展的生產(chǎn)設(shè)備，產(chǎn)品日益滿足顧客對高品質(zhì)的要求，公司專門研發(fā)和生產(chǎn)高級熱作模具鋼，塑料模具鋼，不銹鋼和玻璃模具鋼等。工廠擁有兩臺電渣重熔爐（25T）和進行三維鍛打的1000T，2000T鍛壓設(shè)備。2001年購置了歐洲最先進的13 bar真空淬火爐，工作室尺寸為1500×1000×1000 mm，最大加載質(zhì)量為2500kg。2003年購置了滲氮爐，工作室尺寸為1500×1000×1000 mm,最大加載重量為3500 kg。為此，能對高級模具鋼提供特定要求的熱處理來獲得最佳性能。
該公司主要生產(chǎn)的熱作模具鋼、塑料模具鋼、和玻璃模具鋼等。前者主要有USN（1.2343,X38CrMoV5-1）,USD(1.2344,X40CrMoV5-1),USNS(1.2347,X40CrMoVS5-1),RPU(1.2367,X38CrMoV5-3),MAK(1.2567,X30WCrV5-3),MA(1.2581,X30WCrV9-3),HWD(1.2678,X45CoCrWV5-5-5),RPCo(1.2885,X32CrMoCoV3-3-3),RM10Co (1.2888,X20CoCrWMo10-9),HMoD(1.2889,X45CoCrMoV5-5-3)和TQ1（專利鋼種）；塑料模具鋼除一些熱作模具鋼和相當于P20的鋼外,還有RF（1.2083,X42Cr13）,CRS(1.2085,X33CrS16),CMR(1.2316, X36CrMo17),N400(1.2767,X45NiCrMo4)和專利鋼種Plast 1等；玻璃模具鋼有USN(1.2343,X38CrMoV5-1),ZF2(1.2782,X16CrNiSi25-20)和FAM（1.2787,X23CrNi17）等，本文主要介紹TQ1和 Plast 1。
3.1 TQ-1
TQ-1是KIND & Co公司的專利高級模具鋼。其合金元素的含量設(shè)計按優(yōu)化組合和按最新的熔煉和鍛造制作技術(shù)，經(jīng)合理的熱處理工藝處理后能獲得 高的韌性和很高的高溫強度的結(jié)合并具高的抗熱疲勞、熱沖擊開裂和高溫耐磨性。從而能可靠地增加模具壽命。適合于制造結(jié)構(gòu)復(fù)雜和大型的精密壓鑄模具，并可用來制造擠壓模具，鍛模和熱變形模具。
該鋼的化學(xué)成分列于表2，它是一種Cr-Mo-V合金模具鋼，在測試溫度600℃和水冷條件下的熱沖擊試驗中，經(jīng)6000次后裂紋長度僅為1.2367鋼的1/2左右和1.2343(H11)鋼的1/3左右,由此可見TQ-1鋼的韌性提高是很明顯的.
TQ-1鋼的退火工藝溫度為820~840℃，經(jīng)4~6 hr后爐冷，退火后硬度≤220HB。其去應(yīng)力退火工藝為：650℃經(jīng)2~4 hr后慢冷。淬火工藝為：1010~1020℃奧氏體化，經(jīng)保溫后空冷，或在約540℃的浴槽中冷卻,或在油或聚合物介質(zhì)中冷卻，或在油或聚合物介質(zhì)中冷至230~280℃取出，或采用真空氣淬，淬火后硬度約54HRC；回火工藝為：溫度范圍為540~680℃按使用硬度選定，為提高韌度需回火3次。該鋼可以進行氮化，對壓鑄模具按特定工藝, 不出現(xiàn)化合物層從而不出現(xiàn)對熱交換的影響。
3.2 Plast 1
Plast 1是King & Co公司的專利塑料模具鋼，屬具有極高耐蝕性，極好的機加工性和尺寸穩(wěn)定性，還具有好的導(dǎo)熱性能，焊接性,耐磨性和韌度。常以預(yù)硬態(tài)供貨，硬度約320HB。該鋼的化學(xué)成分列于表2中，屬含Mn的鉻不銹鋼。
該鋼和1.2085鋼相比,可加工性、耐蝕性、韌度和可焊接性均有不同程度的提高，但其拋光性與1.2085鋼相當。
4. Schmiede werke Gröditz GmbH(德國葛利茲鋼廠)
該廠專注于塑膠模具鋼、熱作模具鋼、冷作模具鋼、不銹鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼的生產(chǎn)，下設(shè)7個分廠，工廠擁有高容量的電弧爐，鋼錠重量可達140噸，電渣重熔工廠的最大鋼錠質(zhì)量為84噸，最大直徑達1600mm，并具有最高的純凈度滿足工業(yè)上高技術(shù)的要求。作為全球性的跨國企業(yè)，葛利茲有17個區(qū)域性的辦事機構(gòu)和代理機構(gòu)。
該廠生產(chǎn)的塑料模具鋼除P20，420等常規(guī)的以外，有XPM36， XPM40HH，Tiger Mould和GESTSO等。生產(chǎn)的熱作模具鋼有ED1.2343,1.2344,1.2344Victory ESR,1.2347,1.2767,1.2606和1.2885等。冷作模具鋼有1.1545,1.2080,1.2363,1.2365,1.2379,1.2601,1.2436,1.2510,1.2550,1.2842等。本文僅介紹XPM36和1.2344 Victory ESR兩種。
4.1 XPM36
該鋼的化學(xué)成分列于表3。其特性如下：①模具橫截面上硬度均勻；②很好的拋光性能和機加工性能；③大大增加導(dǎo)熱率；④具有高的韌度；⑤可以適用于氮化，鍍鉻和刻花；⑥改進了的可焊性。供貨條件為經(jīng)淬火和二次回火處理，硬度值為（32~36）HRC或（36~40）HRC（與使用條件相關(guān)）。該廠供給的棒料尺寸可至1300mm，板塊厚度可達1000mm。其熱成形溫度為1100~850℃；退火溫度為710～740℃；淬火溫度為870～890℃；回火溫度在600～680℃內(nèi)按硬度選定。材料的顯微組織為細的貝氏體。
適用于厚度大于400 mm的塑料模具，電視機殼和后壁的模具，儀器儀表外殼、控制板和大型殼體部件的模具。
表3 葛利茲1.2344和XPM36鋼的化學(xué)成分
鋼號 C Si Mn P S Cr Mo V Ni 其它
1.2344 0.38/
0.42 0.80/
1.20 0.30/
0.50 ≤0.025 ≤0.005 4.80/
5.50 1.20/
1.50 0.90/
1.10
XPM36 0.23/
0.29 ≤0.40 1.40/
1.70 ≤0.025 ≤0.005 1.20/
1.80 0.30/
0.70 0.90/
1.20 特加元素
4.2 W 1.2344 Victory ESR
該鋼化學(xué)成分見表3。其特性如下：①好而均勻的加工性和拋光性；②高的塑性和韌度，并且所有方向都具有極好的塑性和韌度；③在低和高的溫度下都具好的抗磨粒磨損能力；④優(yōu)良的整體淬硬性；⑤好的高溫強度和抗疲勞能力；⑥淬火變形小。材質(zhì)潔凈度（按ASTM E45方法A）硫化物≤0.5，氧化物、硫酸鹽和球狀氧化物均≤1。
該鋼出廠硬度為229HB，也可按要求以調(diào)質(zhì)態(tài)供應(yīng)。使用硬度為（30~55）HRC。其熱成形溫度為1100~900℃，退火溫度為820~840℃，淬火溫度1020~1050℃，回火溫度為520~700℃按需要硬度確定，退火組織按“退火熱作模具鋼顯微組織圖”評級鑒定。 材料適用于制造A1,Mg,Cu合金的壓鑄模具和擠壓模具，也適用于要求高硬度、耐磨和拋光性的塑料模具。
5、大同特殊鋼株式會社
大同特殊鋼公司的英文名稱為Daido Steel Co.,Ltd.。1916年設(shè)立電氣制鋼所（株）開始生產(chǎn)合金鋼和工具鋼，1921年成立大同制鋼株式會社。1916年工廠生產(chǎn)采用的1.5T Heroult型電弧爐，是日本最古老的一種煉鋼爐，已于1988年由美國金屬學(xué)會（ASM）命名為世界上第59個ASM歷史性標志（列日本第二）。大同特殊鋼經(jīng)過90年的發(fā)展，現(xiàn)在在特殊鋼鋼材，電子材料，汽車零部件，產(chǎn)業(yè)機器零部件，工程設(shè)備和新材料等六個領(lǐng)域日益顯示出其強大的實力。它在日本擁有17個設(shè)備完善的工廠和一個技術(shù)研究開發(fā)中心。
在熔煉上，大同特殊鋼與新日本制鐵（株）和法國Usinor-Sacilor一起共同開發(fā)了DC電弧爐（DC arc furnace）,它能減少閃爍50％,能提供大功率和實現(xiàn)高速熔化，減小能量消耗和降低生產(chǎn)成本。大同特殊鋼已建立了潔凈鋼制造系統(tǒng)ELVAC，據(jù)稱列世界第一綜合鋼鐵制造過程。它包括電弧爐熔煉，鋼包精煉，真空脫氣和連續(xù)鑄造，其核心是鋼包精煉LF（Ladle Furnace Refining）,采用大同自行開發(fā)的第二代精煉過程。大同已開始用新發(fā)展的結(jié)合了RH真空脫氣系統(tǒng)的AOD爐（Argon-Oxygen Decarburizing）精煉生產(chǎn)潔凈不銹鋼。
大同還采用TEKISON多過程（multi-cycle）軋制系統(tǒng)生產(chǎn)高精度的所有尺寸規(guī)格的棒材（中小規(guī)格），使工具鋼產(chǎn)品實現(xiàn)尺寸連續(xù)可調(diào)軋制。
大同在日本除擁有可靠控制的VAR（Vacuum Arc Remelting）、ESR設(shè)備外，還擁有能重熔鈦及其合金的PPC爐(Plasma Progressive Casting Furnace)。大同提供的特殊鋼產(chǎn)品有軸承鋼、不銹鋼、工具鋼，此外還有高合金和鈦合金等。其高端產(chǎn)品還有獲得世界三大航空發(fā)動機制造廠產(chǎn)品材料認定的飛機發(fā)動機主軸,具有制作卓越耐熱性、耐磨性的飛機發(fā)動機主軸高速軸承產(chǎn)品，為下一代磁懸列車提供螺釘和內(nèi)部零件開發(fā)的兼具非磁性、高強度和耐腐蝕材料和具有廣闊應(yīng)用前景的具有高強度和耐蝕抗力的Ni-Ti形狀記憶合金。
大同特殊鋼生產(chǎn)的冷作模具鋼、有YK30、YK4、GOA、GO4、GO5、GO40F、GM2、DC53和 DC11；熱作模具鋼有DHA、DHA1、DHA2、DH2F、DH62、DH21、DH31-S、DH4、DH41、DH71、DH32、GFA和GF78；塑料模具鋼有PXZ、PDS3、PX4、PX5、NAK55、NAK80、S-star、G-star、E-star、和MASIC等。本文主要介紹DHA-1和一些塑料模具鋼。
5.1 DHA-1
大同特殊鋼稱DHA-1為耐磨性、抗疲勞性優(yōu)質(zhì)的熱作模具鋼；稱專利鋼種DH31-S（super）為高壽命熱作模具鋼；DHA為美國Ford公司推薦標準AMTD-DC2010上介紹的鋼種，它們相應(yīng)的化學(xué)成分列表5 中。
表5 大同一些熱作模具鋼的化學(xué)成分 ％
鋼號 C Si Mn Cr Mo V P S
DHA 1
DHADH31-S 0.32/0.42
0.39 0.80/1.20
1.1 ≤0.50
0.4 4.50/5.50
5.0 1.00/1.50
1.2 0.80/1.20
0.6 ≤0.030 ≤0.030
DHA-1鋼的特點有①細小球狀碳化物均勻分布；②優(yōu)良的淬透性；③抗高溫回火軟化性強；④優(yōu)質(zhì)的耐高溫沖擊和熱疲勞性和⑤好的抗高溫熔損性。該鋼的鍛造溫度為1100~900℃,退火溫度為820~870℃,緩冷，退火硬度≤229HB；淬火溫度為1000~1050℃,空冷；回火溫度為550~650℃，空冷。淬火回火后硬度≤53HRC。相應(yīng)的相變點為：Ac為847~918℃；Ar為769~725℃；1030℃奧氏體化后的Ms為320℃。
該鋼1050℃奧氏體化油冷的淬火硬度可達55HRC，此時的夏氏沖擊值保持在較高水平（經(jīng)600℃ 1 hr回火）；淬火后在560℃回火1hr硬度能達到峰值，接近55HRC，經(jīng)600℃回火1 hr硬度為50HRC左右。（以上數(shù)據(jù)僅對一定尺寸試樣而言，供參考）。
該鋼可施行570℃×3 hr的鹽浴滲氮處理，可使表面硬度高達1100HV（載荷300g）。
DH31-S鋼的淬透性，耐熱疲勞開裂性和耐熱熔模性均高于DHA-1。按介紹資料估算，DHA-1鋼1030℃奧氏體化，φ150mm圓棒空冷可淬得馬氏體組織；對DJ31~S鋼同樣條件可達φ200mm左右。該鋼退火后硬度≤235HB，切削加工性相對SKD61稍有降低。
5.2大同的塑料模具鋼
塑料模具鋼可分為預(yù)硬系和淬火回火系兩類。預(yù)硬系材料是生產(chǎn)廠將材料經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理至30HRC和40HRC的硬度，模具制造商對之進行加工成塑料模具后直接予以使用。人們最熟悉的預(yù)硬態(tài)模具材料是P20和718兩種。對大同特殊鋼生產(chǎn)的預(yù)硬系材料按合金系分為S-C系，SCM系，SUS系，3％Ni的析出硬化系，熱作模具鋼（SKD）系幾種。分別對應(yīng)于1055碳素鋼的PXZ鋼；對應(yīng)于4145的PDS3和常用P20改良品種PX4、PX5；對應(yīng)于X36CrMo17的 G-Star和對應(yīng)于SUS630改良的析出硬化鋼E-Star；3％Ni的析出硬化系鋼有NAK55、NAK80；SKD系的鋼號為DH2F。大同特殊鋼生產(chǎn)的淬火回火系塑料模具鋼有熱作模具鋼DHA1（使用硬度45~50HRC）和AISI D2改良品種DC53和PD613（使用硬度分別為60~62HRC和56~61HRC）；另外有對應(yīng)于SUS 420改良的S-Star（使用硬度為50~53HRC）。
PX4是硬度為30~33HRC的預(yù)硬化鋼，適用于一般樹脂和大批量生產(chǎn)的模具材料。它通過真空脫氣處理，組織的均勻程度好，材料表面中心的硬度分布均勻性比P20等提高。其切削加工性和鏡面精加工性在30HRC級的材料中最為良好。它以焊接開裂敏感性低的成分平衡進行設(shè)計、改善了焊接性，有介紹即使省略預(yù)熱和焊后加熱或不過只在200℃進行，也不易出現(xiàn)焊接開裂。PX5與之相當。
NAK55和NAK80是0.1C-3Ni-1Cu-1Al析出硬化型鋼，前者加S，具有良好切削加工性,后者未加S,具有良好的鏡面加工性和放電加工性.同屬37~43HRC的預(yù)硬化鋼，經(jīng)特殊熔煉生產(chǎn)，潔凈度高，性能穩(wěn)定。兩者具有良好的焊接性,在焊接部位硬度起先出現(xiàn)下降，焊接后經(jīng)500℃×5hr的時效處理和風(fēng)冷后，其硬度值和熱影響區(qū)的硬度值均與基材的硬度相同。該鋼經(jīng)520℃ 5 hr的氣體軟件氮化后，其表層硬度可達750HV，從而能提高服役壽命。
S-Star是具超鏡面性、高硬度和耐腐蝕的馬氏體型不銹塑料模具鋼，經(jīng)特殊熔煉而成，其化學(xué)成分為0.38C-0.9Si-13.5Cr-0.1Mo-0.3V，其交貨硬度可在≤229HB下或在（30~34）HRC預(yù)硬狀態(tài)下。經(jīng)機加工后的最終熱處理為：經(jīng)500℃和800℃兩次預(yù)熱后加熱至1020~1070℃奧氏體化，然后油冷、空冷或氣淬，淬火硬度可達56HRC，回火視耐蝕性或硬度要求在200~400℃或490~510℃范圍進行，一般要求2次，回火后空冷，達53HRC左右，也可進行冷處理。適合于制造照相機機身、唱片、透鏡和表殼的塑料模具。
6、日立金屬株式會社
日立金屬株式會社的英文名為Hitachi Metals,Ltd,.1956年（昭和31年）設(shè)立，接受加工的五個工廠有戶田（Tobata）、深川(Fukagawa)、桑名(Kuwana)、若松(Wakamatsu)和安來(Yasugi)。其中安來工廠前身的安來制鋼所起始于1899年成立的云伯鐵鋼合資會社，1915年擴大發(fā)展成為制造高速鋼和高級特殊鋼的專業(yè)工場。
發(fā)展至今的日立金屬株式會社的產(chǎn)品涵蓋電子、汽車、機械、建筑和環(huán)境等領(lǐng)域，如IT部品和材料，磁性應(yīng)用部件，平板顯示屏，計算機和半導(dǎo)體集成電路器件，汽車零部件和材料，環(huán)保系統(tǒng)產(chǎn)品，航空航天和核電工業(yè)材料等。
日立金屬生產(chǎn)的冷作模具鋼除去高速鋼、 Co高速鋼、粉末高速鋼和基體高速鋼外,有SLD（相當于Cr12MoV），SLD-Magic，SLD-8，APK-1，CRD，YCS3，SGT，ACD37和火焰淬火鋼HMD1，HMD5。熱作模具鋼有DAC（SKD61），DBC（SKD62），YEM（SKD7，為3Cr3Mo系），專利鋼種YEM-K（3 Cr系），含W熱作模具鋼HDC，YDC，MDC（對應(yīng)SKD5，SKD4，SKD8），此外DAC系列鋼還有DAC10，DAC55和DAC3以及FDAC等。塑料模具鋼有HPM1（P21改進型，快削型）HPM50（P21改進型）；HPM7（P20改進型）HPM2（P20改進型，快削型）；HPM38（SUS 420J2改進型），HPM77（SUS420J2改進型，快削型）；PSL（SOS630改進型）和FDAC（SKD61快削型），還有含CrNiAl元素的析出硬化鋼CENA1，以上屬預(yù)硬型塑模鋼，硬度為30HRC的和40HRC的兩種。淬火回火型塑模鋼除時效處理鋼，粉末高速鋼和基體高速鋼外，主要有HPM38和HPM38S（SUS420J2改進型，硬度為50~55HRC），HPM31（SKD11改進型，硬度為56~60HRC），ZCD-M（SKD11改進型，硬度為60~63HRC）和ZDP4（高合金粉末模具鋼，硬度為60~65HRC）。鋼種中HPM為high quatity plastil Mold steels縮寫。
本文介紹冷作鋼SLD-Magic，熱作鋼DAC55和塑模鋼HPM38。
6.1冷作模具鋼SLD—Magic: 它是具有高服役壽命和易于加工的新一代模具鋼,具有以下特性：①與SLD8鋼（為SKD11改進型的8％Cr鋼）比，其耐磨性在62HRC時可提高35％；②加工切削性比上述鋼提高35％；③韌度與上述鋼相當，比SKD11有提高；④熱處理變形比上述鋼可降低約40％，形狀誤差改善；⑤表面處理性能改善，進行TD，CVD等處理后,處理層的結(jié)合性提高30％；⑥上述8％Cr和10％Cr鋼由于碳化物量減少，雖然改善切削加工性，但耐磨性和耐咬合性比SKD11差。本材料與SKD11相當，同時韌度有提高，這樣模具壽命會較大幅度增加；⑦使用后尺寸改變小，與SKD11相當，經(jīng)熱處理后進行低溫回火或冷處理、穩(wěn)定化處理后尺寸改變更小；⑧由于對碳化物形態(tài)進行控制,與SKD11相比，疲勞強度提高。
該鋼的退火硬度≤255HBW。淬火加熱溫度1010~1040℃，施行空冷淬火，淬火硬度可達64HRC。回火溫度：低溫回火在150~250℃進行，然后空冷，或在480~530℃進行,然后空冷,獲得≥58HRC硬度, 注意，這時會在500℃回火時出現(xiàn)硬度峰值，一般會達60~62 HRC。
6.2熱作模具鋼DAC55
DAC是A1，Zn壓鑄用最廣泛應(yīng)用的材料，具有優(yōu)良的強度、韌度和耐熱性的熱作模具材料。近年來向高韌度和等方向性（Isotropy）發(fā)展。DAC55屬高性能壓鑄模具鋼，具有更長的使用壽命和中大型模具適用的高淬透性，耐熱疲勞性和韌度高的5％Cr系列材料。
材料的特點：①耐熱疲勞裂紋性優(yōu)良；②可在50~53HRC的高硬度下使用；③耐裂紋擴展性優(yōu)良；④高的高溫強度；⑤高的淬透性。應(yīng)用場合：中大型壓鑄模具，精密壓鑄模具和擠壓型壓鑄模具。
熱處理條件：淬火加熱溫度1010~1030℃,急冷；回火溫度550~640℃；使用硬度：43~53HRC。當1020℃淬火時在550℃~500℃范圍出現(xiàn)二次硬化峰值，破度可達53HRC。注意淬冷速度與 氏沖擊值密切有關(guān)，可查相關(guān)曲線圖。
模具推薦使用硬度：當耐熱裂為主時（如小件，擠壓型模具）采用50~53HRC；一般條件下為46~50HRC；當以韌度為主時，則選43~46HRC較合適。
6.3 HPM38
HPM38 是13Cr系含Mo不銹鋼，經(jīng)過特殊熔煉制成，最適合于要求高硬度，耐腐蝕和鏡面加工性高的塑料模具。
HPM38的特點主要有：①鏡面加工性優(yōu)良；②比SUS 420 J2具有更好的耐蝕性，可以不鍍鉻條件下使用；③熱處理變形極小，適用于精密模具；④在預(yù)硬狀態(tài)下（29~33HRC）下供貨，可以直接使用。使用場合為：①一般透明制品用模具，如透鏡、化妝品外殼；②添加阻燃劑的樹脂模具，如家電用品，辦公用品，通訊器件的模具；③不能進行鍍鉻的模具，如食品容器和醫(yī)療器械的模具。
對鏡面加工性要求更高的模具可應(yīng)用HPM38S鋼，其潔凈度比HPM38更高，可適合于表面粗糙度0.01µm以下的模具，如用于制造光碟和非球面透鏡的模具，其使用硬度為50~55HRC。HPM38也可在該硬度下使用，適合制作CD外殼、醫(yī)療器械，食品容器模具等。
HPM38的熱處理條件：淬火加熱溫度1000~1050℃，空冷；回火溫度200~500℃，空冷；硬度可達50~55HRC。它在52HRC條件下，屈服強度1618MPa，抗拉強度1912Mpa，延伸率為13％，斷面收縮為35％。
7、高周波鋼業(yè)株式會社
高周波鋼業(yè)株式會社的英文名稱為Nippon Koshuha steel Co.,Ltd.,原來為日本高周波重工業(yè)（株）于1936年1月設(shè)立，1950年5月成立日本高周波鋼業(yè)（株）。它作為神戶制鋼所集團的一個成員，主要從事高級特殊鋼和超合金的制造和銷售，鑄鐵制品的制造和銷售，模具工具的制造和銷售，生產(chǎn)的鋼種有軸承鋼、高速鋼、合金工具鋼、碳素工具鋼、不銹鋼、耐熱鋼、馬氏體時效鋼，碳素結(jié)構(gòu)鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼和高級特殊鋼，超合金材料有鐵基、鈷基和鎳基的材料，此外還有恒彈性材料和電磁材料等。
特殊鋼生產(chǎn)主要在富山制造所（Toyama Plant）,擁有先進的生產(chǎn)設(shè)備和進行先進的工程管理,滿足多樣化和高性能化需求。熔煉設(shè)備有40T 和10T的弧光電爐，爐外精煉爐，真空脫氣，真空感應(yīng)爐、高頻感應(yīng)爐和ESR爐等。鍛造設(shè)備有600T，1500T和3000T高速油壓設(shè)施。熱處理設(shè)備有線材、棒材的連續(xù)的正火爐和真空爐等。
高周波鋼業(yè)的冷作模具鋼有K3M，KS3，KRCX，F(xiàn)H5，KD11，KD11S，KD12，KD31T和KPS6。熱作模具鋼有KTV，TD3，KDA，KDB，KDA1，KDA1S，KDAMAX，KDF，KDF4和UH660。塑料模具鋼有KPM1，KPMAX，KPM30，KAP65，KAP88，420M，KAP90和SM3。
本文介紹KD11S，KDAMAX和KPM30。
7.1 KD11S冷作工具鋼
KD11S是具有優(yōu)良切削加工性的常用新型冷作工具鋼，保持了SKD11鋼的基本特性的專利鋼。切削性能的提高主要因為控制了碳化物形態(tài)，從而能延長切削工具的壽命和提高機加工效率，如對銑床加工，在一定切削長度下切削速度比SKD11可相應(yīng)提高50％。當進行車床加工時，切削加工的表面粗糙度改善。而且在熱處理后仍可進行切削加工，如在熱處理后得到60HRC下,仍可進行攻牙加工。刀具斷損時的攻牙數(shù)相對于SKD11有明顯提高。
該鋼的熱處理條件與SKD11相同，熱處理后的變形情況也與SKD11相同，推薦的熱處理工藝條件為: ①淬火：500/600℃第一次預(yù)熱→800/850℃第二次預(yù)熱→1020/1040℃奧氏體化加熱→油冷至200℃提出空冷；也可進行空冷淬硬或氣淬。②回火：低溫回火溫度為170~200℃；高溫回火溫度為500~530℃。注意，熱處理后的切削加工是針對高溫回火件而言。
該鋼熱處理后相對于SKD11具有高的疲勞強度和耐磨性。
7.2 KDA MAX熱作工具鋼
KDA MAX是一種高強度熱作工具鋼，具有優(yōu)質(zhì)的抗模具R形轉(zhuǎn)角處開裂和抗水冷孔開裂性能，為此它適用于制造復(fù)雜形狀的模具或壁薄，應(yīng)力易集中的R形轉(zhuǎn)角的模具。它能抑止水冷孔處因生銹引起水中脆化的開裂，測試表明，在30℃水中浸漬50hr也難以銹蝕。相應(yīng)與SKD61相比，模具的水冷孔開裂可改進1.3~10倍。對抗激冷激熱的龜裂測試，采用高頻加熱方法，從100℃加熱至600℃然后再冷至100℃，使加熱和冷卻時的溫差為500℃，對SKD61和KDAMAX鋼出現(xiàn)開裂的次數(shù)約提高2.5倍，同時KDA MAX的開裂長度比SKD61的短40％，裂紋的擴展速度減慢。對1R缺口測試片在100和600℃之間往復(fù)1500次的開裂長度對KDA MAX和SKD61鋼分別為1.73和4.21mm,前者只為后者的0.41。
該鋼的淬火處理工藝如下：≤500℃第一次預(yù)熱→800~830℃第二次預(yù)熱→1020/1040℃奧氏體化加熱→油冷至100/150℃取出空冷或加壓氣淬冷卻。回火工藝為：＜300 ℃裝爐回火，回火溫度為570~650℃,空冷到室溫后,再在570~650℃進行第二次回火，回火后空冷。
該鋼的另一個特點是具有高的淬透性，在1030℃奧氏體化的CCT曲線上，出現(xiàn)貝氏體的臨界冷速約為3.5℃/min,比KDA1S鋼的小相當多,為此, 該鋼適用于中大型模具。
該鋼還具有優(yōu)良的抗熔損性,在50HRC條件下,在700℃ADC12熔鋁中保持1hr,其熔損失重僅為SKD61鋼的2/3，即可減小約30％。
7.3 KPM30塑料模具鋼
KPM30鋼是改進SCM440系塑料模具鋼的某些特性的預(yù)硬（30HRC）型模具鋼，并具有優(yōu)良的切削加工性，它與27HRC的P20鋼相比，在相同切削長度條件下立銑刀的磨耗量約可減少50％，可以預(yù)期會顯著延長加工刀具的壽命和提高加工效率。此外，它還具下列特點：①具有優(yōu)良的焊接性能，與P20鋼相比焊接開裂的敏感覺性明顯下降；②具有好的鏡面加工性，焊接部位的鏡面加工性也好；③具有高的淬透性，與P20鋼相比，對500mm厚150mm試件，表面至心部的硬度均勻性明顯改善。有數(shù)據(jù)表明，硬度均勻落于30~31HRC范圍，而P20鋼則落于23~27HRC范圍。這些特點使HPM30適合于制作中大型模具。
8、日本山陽特殊制鋼株式會社
山陽特殊制鋼的英文名稱為Sanyo Special Steel Co.,Ltd.，創(chuàng)業(yè)于1933年。1935年設(shè)立山陽制鋼株式會社，開始生產(chǎn)軸承鋼。1959年更名為山陽特殊制鋼株式會社。鋼廠主要生產(chǎn)特殊鋼棒材、線材、管材和半成品等。涉及軸承用鋼、工模具用鋼、汽車零部件用鋼、運輸機械、工程建筑機械、石油化工設(shè)備、火力發(fā)電、電器機械等領(lǐng)域用鋼。此外還生產(chǎn)耐蝕、耐熱用超合金，金屬粉末，金屬粉末冶金制品，復(fù)合材料和磁性材料等。
冶煉設(shè)備擁有電弧爐，二次精煉，RH真空脫氣設(shè)備和電渣重熔、真空電弧—自耗電極重熔等裝量，鍛造方面有1500T，3000T壓機，并擁有專用熱擠壓技術(shù)。熱處理方面擁有球化退火，批量處理爐和連續(xù)處理爐等。通過多年積累的技術(shù)精煉提純，使鋼材達到超低含量的非金屬夾雜物的高純凈度鋼，特別將氧、硫和磷的含量控制在低的水平，并控制加入合金元素量的偏差，使生產(chǎn)鋼材的力學(xué)性能穩(wěn)定和熱處理變形的穩(wěn)定，減少熱龜裂，開裂等的發(fā)生。
山陽特殊鋼生產(chǎn)的冷作模具鋼有QK3M、QK5M、QKS3、QC1、QC11、QCD2、QCM8、QCM10、QF1、QF3和QF5。熱作模具鋼有QD4、QD61、QDA61、QDN、QD62、QD62HC、QDH、QD10、QD6F、QDT、QXD7和QT41。塑料模具鋼有預(yù)硬化的PCM40和淬火回火后在55~62HRC使用的QCM8。本文主要介紹QCM8和QDH鋼。
8.1 QCM8冷作模具鋼
QCM8是在SKD11和基體高速鋼相結(jié)合的產(chǎn)物，這種專利鋼種具有以下一些特點：①Q(mào)CM8鋼含有極少共晶碳化物，既使有，其顆粒也細小得多。這樣在淬火回火以后，在60HRC的硬度下也具有高的韌度和優(yōu)良的抗疲勞性能。按該公司資料，V形缺口沖擊韌度可達80J/cm2,比 SKD11約高出四倍。②鋼的淬火工藝條件與SKD11相同，在450~550℃范圍回火后硬度可達60HRC以上，高于SKD11鋼，但這時的沖擊韌度較低些（仍比SKD11鋼高出2倍多）。③具有優(yōu)良的耐磨性能。④具有良好的淬透性和更小的熱處理變形。出現(xiàn)貝氏體的臨界冷速小于SKD11鋼。⑤比SKD11鋼更合適進行TD法和滲氮處理。⑥可進行高精度線切割加工，不易開裂。
該鋼在1030℃奧氏體化，AC1b為825℃， Ac1e為885℃ Ms點為200℃，相應(yīng)淬火工藝參數(shù)為：第一次預(yù)熱500~650℃，第二次預(yù)熱800~850℃，淬火加熱溫度為1030~1050℃，氣淬或分級淬在250~500℃鹽浴中（每25mm保持10~20分），也可進行油淬至200℃出油空冷。回火溫度為500℃或更高，回火后空冷，一般進行2次。
該鋼可應(yīng)用于精沖模具，冷鍛模具，冷擠模，拉伸模，卷邊模，成形軋輥或磨粒磨損塑料成形模具等。
8.2 QDH熱作模具鋼
QDH是獲專利的鋼種，兼具SKD7(3％Cr3％Mo型)鋼的高溫強度和抗高溫軟化能力，又具SKD61（5％ Cr1％ Mo型）的淬透性。該鋼在冶煉過程中采用了山陽特殊鋼獨特的LF中間包工藝及RH真空脫氣，使其雜質(zhì)含量降至極低，明顯減少模具的龜裂。同時其熱處理變形比SKD61小以及具更佳的表面滲氮性能。
QDH鋼的退火處理溫度為820~870℃，緩慢冷卻，退火硬度≤229HB。經(jīng)深度機械加工后的退火工藝為：緩慢加熱到860~870℃爐冷到500℃下空冷，如厚度＞250mm，則隨爐冷至300℃后空冷。
淬火工藝：650℃第一次預(yù)熱，800~820℃第二次預(yù)熱（大件），淬火加熱溫度1020~1050℃，在鹽浴爐或真空條件下淬火，當工件厚度大于150 mm時應(yīng)選用鹽浴爐分級或油淬方法。淬火后硬度≤55HRC。
回火工藝：溫度按需要硬度選取，回火一般2次，大尺寸模具應(yīng)進行3次。按資料介紹600℃回火后，硬度約52HRC。
該鋼主要用于溫鍛模具，銅鍛模具，銅壓鑄模具，鋁擠出模具等。
|