CN86103713A - 易切削高韧性塑料模具钢 - Google Patents
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Abstract
一种在预硬状态下(HRC30~45)可顺利进行各种切削加工并具有较高韧性的硫钙复合系塑料模具钢。采用电弧炉冶炼,喷射冶金加钙工艺。工艺简单,质量好,成本低。可用做大、中、小形及腔形复杂的塑料模具。这种模具钢的基本成分为:S0.04~0.20%,Ca0.002~0.02%,C0.30~0.65%、Ni0.30~2.00%及适量的Mn、Cr、Mo、V、Si、余量为Fe。
Description
本发明是一种硫钙复合系塑料模具钢。该模具钢可在预硬状态下(HRC30~45)加工制模,加工后可直接使用,彻底解决了由热处理带来的模具变形问题。
目前,国内常用的塑料模具钢是45#、40Cr以及CrWMn等工具钢。为了避免热处理变形,不得不在退火或正火态下(HRC<25)加工制模,因而模具使用硬度较低,耐磨性差,寿命低。模具的表面光洁度不高,以至塑料制品的光亮度差,缺乏竞争能力。近年来,国外报导的易切削塑料模具钢有单一硫系,也有复合系,但为硫硒复合系。例如日本的EMD易切削工具钢就是属硫硒系。(见《日特技报》1973.No1.P34)硒的价格昂贵,且有公害。硫钙复合系至今尚未见报导。
研制S-Ca复合系钢种的目的在于改善模具的切削加工性能。此钢种与目前国内使用的同类钢相比,具有不需电渣重熔、冶炼工艺简单,成本低、韧性高等特点。与国外同类钢相比,具有改善了钢中硫化物的形状、大小,提高了钢的横向机械性能,减轻了各向异性对模具性能的影响,同时也降低了成本。此种模具钢在预硬状态下能直接加工,加工后有很好的表面光洁度(
11~
12)。在高硬态下(HRC>52)具有热处理变形小,变形方向性小,韧性高以及能较好地阻止裂纹扩展等特点。此外还具有良好的耐冷热疲劳性能。
本发明所指的硫-钙复合系易切削塑料模具钢采用电弧炉冶炼,
直接硫化。并用喷射冶金加入适量的钙,控制溶解氧含量在100ppm以上。可得到较为理想的纺锤形硫化物。工艺简单、冶金质量好、锻造性较佳,成材率高,成本低。最佳热处理工艺为淬火温度860~920℃,回火温度为500~675℃。
本发明所指的塑料模具钢,其基本成份(重量百分比)如下:S 0.04~0.20%,Ca 0.002~0.020%,C 0.30~0.65%,Ni 0.30~2.00%,Mn 0.50~2.00%,Cr 0.30~2.00%,Mo 0.10~1.00%,V 0.10~0.80%,0<Si<1.0%。
表一给出本发明钢和对比钢的化学成份。
表二给出本发明钢和对比钢种的相对切削性能。
表三结出本发明钢和对比钢种的相对冲击韧性性能。
本发明钢的化学成份范围确定的理由是:
预硬型塑料模具钢可分沉淀硬化型和调质型两大类,两者各有所长。调质型预硬塑料模具钢与沉淀硬化型相比具有冲击韧性高、耐磨性好、冷热疲劳性能较好的特点。而易切削预硬型塑料模具钢的基础钢又可分为两类,一是中碳含1-2%镍,另一种是中碳含5%铬,再加入其它少量合金元素。前者淬火温度为840℃~900℃,后者淬火温度为1000℃以上。考虑到韧性的要求,从节能角度出发,采用中碳含镍多元少量合金化方案,各元素的主要作用如下:
1.镍:可提高钢的韧性,有利于提高冷热疲劳性能,并可提高钢的淬火透性。但因其韧化基体对断屑性不利。故镍含量以0.30~2.00%为宜。
2.锰:可提高基体强度和硬度,并显著地提高钢的淬透性,同时对降低淬火温度有利,但锰促进晶粒长大。对含硫易切削钢而言,为了能生成易切削质点-硫化锰,避免低熔点FeS-MnS共晶产物的形成,Mn/S比必须大于一定数值,所以,适宜的锰含量为0.50~2.00%。
3.铬:可显著提高钢的淬透性,增加钢的回火稳定性,从光洁度指标来看有较好的影响。但其碳化物在低温淬火时不易溶解。其含量为0.30~2.00%。
4.钼与钒:钼可抑制高温回火脆性,并有利于化学热处理。钼和钒形成稳定的碳化物可细化晶粒,降低钢的过热敏感性,提高耐磨性。它们的含量控制在:钼0.10~1.00%,钒0.10~0.80%。
5.硅:硅能提高钢的淬透性,但对切削性有不利影响,其含量控制在1.0%以下,但不为零。
6.碳:是提高钢的淬硬性和淬透性极为重要的元素,但过量的碳恶化钢的韧性,对可切削性也带来不利影响。适宜的碳量为0.30~0.65%。
易切削元素采用硫钙复合系,硫钙的作用分别为:
硫:与锰生成易切削质点硫化锰。由于硫化锰能产生应力集中、破坏钢基体的连续性,并起润滑作用,提高了钢的可切削性,适宜于中、低速切削。兼顾可切削性和韧性,硫含量为0.04~0.20%。
钙:钙使硫化锰变质而呈纺锤状,提高了钢的横向性能。钙还使钢中氧化物Al2O3、SiO2变质,生成低熔点复合共晶氧化物CaO-Al2O3-SiO2,降低了刀具的磨料磨损。同时CaO-Al2O3-SiO2系氧化物在刀具表面形成薄膜,起润滑作用并阻止刀具上合金元素的扩散,延长刀具寿命。提高了钢的可切削性,适宜于高速切削,其量为0.002~0.02%。
本发明钢的合金化特点是:基础钢采用中碳加镍少量多元合金化的方案,以保证高韧性和耐冷热疲劳性。采用微量二元硫钙复合系,以改善硫化物的形态和分布,使氧化物变质,提高钢的切削加工性及等向性能。
本发明钢具有较高的韧性、淬透性、等向性,特别适宜于制作大、中型塑料模具。
对细长杆状模具,本发明钢的韧性指标完全可以满足其对韧性的要求。生产使用也证明了这一点。还可用作小形或形腔复杂的塑料模具。
本发明钢属易切削塑料模具钢,具有良好的切削加工性,缩短了制模周期,大大降低了模具成本,从而降低了塑料制品的成本。
本发明钢具有良好的抛光性能,所制模具有较高的光洁度,大大提高了塑料制品的光亮度,使产品更具有竞争力。
用本发明钢制做的塑料模具使用硬度大幅度提高(高达HRC45),耐磨性能大为改善,大大延长了模具使用寿命。仅以提高寿命一倍来计算,则每使用一吨本发明钢可节约模具费用五万元以上。如果考虑到塑料产品成本的降低,修模次数、费用的减少,以及产品质量的提高等所带来的间接经济效益更为显著。
Claims (3)
1、一种易切削高韧性塑料模具钢,其特征是:该模具钢为一种S-Ca复合系模具钢。基本成份(重量百分比)为:S0.04~0.20%,Ca0.002~0.020%。及适量的C、Ni、Mn、Cr、Mo、V、Si,余量为Fe。
2、按照权项要求1所述的模具钢,其特征是C和Ni的重量百分比为C 0.30~0.65%,Ni 0.30~2.00及适量的Mn、Cr、Mo、V、Si余量为Fe的高韧性塑料模具钢。
3、按照权项要求1或2所述的模具钢,其特征是Mn、Cr、Mo、V、Si的重要百分比为:Mn 0.50~2.00%,Cr 0.30~2.00%,Mo 0.10~1.00%,V 0.10~0.80%,0<Si<1.0%。
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1986
- 1986-05-28 CN CN 86103713 patent/CN86103713A/zh active Pending
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