? 深度解读日本压铸模具钢钢种的发展历程(二)|东莞市弘超模具科技有限公司
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深度解讀日本壓鑄模具鋼鋼種的發展歷程(二)

深度解讀日本壓鑄模具鋼鋼種的發展歷程(二)

熱作模具鋼的高性能化首先從改善韌性開始。已經知道高速工具鋼在淬火冷卻速度慢時,大約在900~1000℃碳化物析出于晶界或晶格缺陷處,隨著回火硬度的減小韌性降低,這種現象在熱作模具鋼淬火的情況下也同樣看到。特別是熱作模具鋼在淬火冷卻速度小時易生成貝氏體。通過高溫回火貝氏體相變為鐵素體加碳化物,但與馬氏體回火情況相比韌性降低。這是因為在急冷淬火(油冷)時形成相當于寬度0.2m程度的馬氏體板條束,隨著淬火冷卻速度的降低還生成了貝氏體。
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20世紀80年代中葉,由上述結果形成了熱作模具鋼適用的熱處理方法是采用急冷淬火馬氏體回火熱處理法,如大同特殊鋼的HIT法熱處理工藝,或在貝氏體相變區以適當的冷卻速度冷卻的控制淬火法。圖1中表示熱作模具鋼中沖擊值和斷裂韌性值KIC與淬火冷卻速度(半冷時間)間的關系。

圖1  斷裂韌性KIC值與沖擊值與淬火冷卻速度間的關系
采用的另一個改善韌性的方法是高純凈鋼生產法的開發。在精煉中高純凈化通常是定向的目標,精煉技術的發展,更適用于工具鋼。這是引入從1950年時歐美開發的爐外精煉技術。爐外精煉爐是熔化與精煉分開進行的二次精煉,所謂鋼包精煉是將鋼包內通氬氣等進行攪拌、真空處理、電弧加熱處理等合并采用的有效率地精煉方法(圖2)。

圖2  二次精煉法(LF法)的概要
日本從20世紀60年代至70年代,引入此技術時進行了改良,結果將氧、硫等雜質及非金屬夾雜物顯著降低。特別在熱作模具鋼中發揮了它的效果,隨著一般韌性及斷裂韌性的提高力學性能的各向異性也極小。從20世紀80年代后半期各公司應用此技術生產出高純凈鋼,日立金屬、日本高周波、山陽特殊鋼等公司宣傳命名為高純凈鋼。由于高純凈化硫含量約0.002%,氧含量10×10-6以下,其純凈度當雜質含量為0.004%時與原來相比降低1/2以下,夾雜物約降低1/5。

圖3  SKD61等向性能改善鋼與原先鋼韌性的比較圖
SKD61系列鋼種包括:日本大同模具鋼DHA1日本日立模具鋼DAC、日本山陽特殊制鋼QD61、日本高周波鋼業KDA、日本三菱制鋼HD21AX以及瑞典烏德霍姆工具鋼UDDEHOLM ORVAR SUPREME德國葛利茲模具鋼1.2344等。
伴隨著韌性的提高及各向異性降低的情況示于圖3。在實際模具材料生產中,與高純凈化的同時合并采用了沒有凝固偏析的鑄錠法、均熱處理及鍛造法等。根據將二次精煉等技術適用于壓鑄模情況的實用性能,與原先工程材料相比,工具壽命提高1.5~3倍。
與上述改良的同時,各公司通過化學成分的研討進行高性能材料的開發。
鋁壓鑄根據制品用途的要求其品質也是多樣的。如一般應用鋁壓鑄的情況熔融金屬溫度是620~660℃,但像照相機體那樣重視制品表面的制品,模具初始熱裂紋的產生必須極遲緩。為此希望模具的硬度盡可能高。用于VTR磁帶錄像機或OA輸出放大器零件等形狀復雜高精度的精密壓鑄法,熔融金屬溫度超過700℃。還有由于汽車零件等輕量化,所以從原先的鑄鐵替換為鋁合金的情況;采用高熔點的耐蝕耐磨高硅系鋁合金,這種鋁合金的熔融金屬溫度也在700℃以上。這種情況下模具承受的熱負荷苛刻。熱疲勞或熔損容易進展,作為模具必須要700℃以上高溫強度高的。

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