模具钢的工艺性能

在模具制造的总成本中，特别是对于小精度和复杂的模具，模具材料成本往往只占总成本的10% ~ 20%，有时甚至不到10%;加工、热处理、表面处理、装配和管理费用占总成本的80%以上。因此，模具材料的工艺性能已成为影响模具成本的重要因素。提高模具的工艺性能，不仅可以使模具生产工艺简单，易于制造，而且可以有效降低模具制造成本。模具材料的工艺性能往往需要考虑以下几点。

01. 加工性能

模具材料的可加工性包括冷加工性能，如切削、磨削、抛光、冷挤压和冷拉拔。热加工性能包括热塑性和热加热温度范围。模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢，其冷加工和热加工性能一般都不是很好。在生产过程中，须严格控制热加工和冷加工的工艺参数，避免缺陷和废品。另一方面，还需要提高钢材的纯度，减少有害杂质，改善钢材的微观组织，并采取一些措施，以提高钢材的工艺性能，降低模具的制造成本。为了改善切削加工性能和模具钢的易磨性,自1930年代以来,各种自由切割模钢开发了通过添加适量的硫、铅、钙、稀土金属和钢或其他元素的元素导致模具钢碳的石墨化。后来发现，在模具钢中加入一些易切削的元素后，会产生一些有害的夹杂物(如硫化铁)，会降低钢的力学性能，特别是横塑性和韧性。因此，在精炼后期通过添加变性剂(如Sica、稀土元素等)对钢水进行变性，富钙硫化物或稀土硫化物的形成使硫化物球化，抑制了硫对钢力学性能的不利影响，保留并发挥其在钢的可切削性和可磨削性方面的良好作用，进一步发展易切削模具钢。一些模具材料，如高钒高速钢、高钒高合金模具钢，可磨性差，磨削比低，不方便磨削。近年来,粉末冶金的使用可使钢中的碳化物细均匀,完全消除大颗粒高死钒钢中碳化物由普通的过程,不仅大大提高这类钢的易磨性,此外,提高钢的塑性和韧性,以便在模具制造中推广应用。有些模具对表面粗糙度要求较低，如需要镜面抛光的塑料模具和一些冷加工模具。须使用抛光性能好的模具材料。这种钢通常采用电渣重熔或真空电弧重熔精制，获得满足镜面抛光要求的高纯钢。

(1)皮革花纹加工性:有些塑料制品要求制造带有皮革花纹、花纹或文字花纹的表面。为了生产这些产品，需要在压制这些产品的模具表面加工相应清晰的图案和花纹。化学蚀刻工艺一般用于处理这些图案和皮革图案。模具材料需要适应这种化学蚀刻工艺。蚀刻后，在模具表面可得到图案和纹理清晰的皮革图案和图案。

(2)铸造工艺性能:为了简化生产工艺，近年来国内外一直致力于开发直接生产接近成品模具形状的铸件毛坯的铸造工艺。例如，我国研究了运用铸造技术生产一些冷加工模具、热加工模具和玻璃成型模具。因此，一些铸造模具钢被开发出来，要求具有良好的铸造工艺性能，如流动性、收缩等。

(3)可焊性:有些模具要求在工作条件恶劣的零件上焊接特殊的耐磨或耐腐蚀材料。有些模具在使用过程中希望通过堆焊工艺进行修复，然后重新使用。对于这样的模具，需要选择可焊性好的模具材料来简化焊接工艺，避免或简化焊前预热和焊后处理工艺，更好的满足焊接工艺的需要，开发出一批可焊性好的模具材料。

(4)冷变形性:为了简化工艺，提高模具的制造效率，批量生产的一些型腔模具采用冷挤压工艺压出型腔，模具的型腔用淬硬冲头直接压出。模具材料要求具有良好的冷变形性，如塑料模具钢中的低碳、低硅钢。

02. 淬火温度和淬火变形

为了方便生产,希望模具材料的淬火温度范围应该更广泛,尤其是一些模具需要火焰加热和局部淬火,很难精确测量和控制温度,所以模具钢是需要适应淬火温度范围宽。在热处理过程中，模具要求变形程度小，特别是一些形状复杂的精密模具，淬火后很难修复，因此对调质变形程度的要求更加严格。应采用微变形模具钢制作。

03. 淬透性和淬硬性

淬透性主要取决于钢的含碳量，淬透性主要取决于淬火前的化学成分、合金元素含量和显微组织。对于大多数要求硬度高的冷加工模具，对淬硬性的要求很高;对于大多数热工模具和塑料模具来说，对硬度的要求不是太高，其淬透性往往被认为比较高;特别是对于一些大截面深腔模具，为了使模具芯得到良好的结构和均匀的硬度，就要求选用淬透性好的模具钢。此外,对于模具形状复杂、精度高和容易产生热处理变形,为了减少热处理变形,淬火介质冷却能力较弱(如油冷却,空气冷却,压力淬火或盐浴淬火)通常是尽可能使用。为了获得满意的淬火硬度和硬化层深度，须选用淬透性好的模具材料。

04. 氧化脱碳敏感性

模具在加热过程中，如果发生氧化脱碳，就会改变模具的形状和性能，影响模具的硬度、耐磨性和使用寿命，造成模具的早期失效。一些含钼量高的模具钢易氧化脱碳，限制了其在一段时间内的推广应用。热处理工艺和设备开发后，特殊热处理工艺(如真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等)可以避免氧化脱碳，这些模具钢可以成功推广应用。虽然钼基合金具有优良的高温性能，但由于其在高温下易氧化，应用范围受到严重限制。