無磁模具鋼又名7Mn15Cr2Al3V2WMo鋼,其化學成分示于表2-31-1
表2-31-1 7Mn15Cr2Al3V2WMo鋼的化學成分(GB/T1299—2000)w/%
5CR21新型無磁模具鋼全稱5Cr21Mn9Ni4N,低鎳奧氏體無磁不銹模具鋼,內燃機氣閥鋼,此鋼具有硬度高,耐磨性,磁導率低,在700~C溫度下具有良好的韌性和的耐腐蝕性,是制造無磁模具的理想材料,產品化學成分穩(wěn)定,性能,壽命耐久,不起銹,是目前取代7Mnl5、70Mn、50Mn等替代無磁鋼的無磁模具鋼 。
就第二種方法來說,雖然可以滿足生產無磁硬質合金的要求,但還存在一些問題。碳含量是生產無磁合金中比較難準確控制的因素,也是獲得正常性能硬質合金的基本前提。W-C-Ni三元系能得到正常組織結構(二相區(qū))的碳成分范圍比較窄,而其中能夠獲得無磁合金的范圍更窄。在工業(yè)生產條件下,比較難以合金組織在二相區(qū)中的無碳區(qū)。如果希望合金無磁,往往控制碳含量在二相區(qū)的低碳側,如果碳含量過低,就會析出θ相,從而嚴重影響合金機械性能。雖然添加Mo、Ta等合金元素可使合金粘結相二相區(qū)中無碳區(qū)的范圍增大,但增寬幅度畢竟有限。
對于添加Cr生產無磁合金的方法來說,其磁性不依賴合金碳含量的變化。但是加入Cr3C2(碳化鉻)后合金的強度會受到影響。目前生產的無磁硬質合金,無磁的重要指標是磁導率偏高,其機械性能(強度、硬度、耐磨性等)有待進一步提高。
按熱強性排列的主系列進行選材:
低合金調質模具鋼(6G,6F2,6F3)→中鉻熱作模具鋼(H11、H12、H13)→鎢熱作模具鋼(H21,H22)。
非標準的熱作模具鋼:例如熱鐓鍛模具用時效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出現了不能滿足熱耐磨性時,可以選擇6H1,6H2。
當要求模具以熱作耐磨性為主時,可以選擇D2,D4→M2,M4→粉末鋼。鋼結硬質合金、鈷基硬質合金的高溫耐磨性是很高的,但其熱疲勞性(即冷熱抗疲勞裂紋)很差,不能在急冷急熱狀態(tài)下使用。
塑料模具鋼的選用
薄壁的塑料箱體,生產批量在小于10萬件時,用P20,P21預硬態(tài)(HB250~300),腐蝕性較強時用414L。
高壽命的普通塑料模,用P6或P20,經滲碳一淬火后硬度在HRC54-58;塑料件不太大時,可用O1,S7。腐蝕性較強時用420。
非高溫的熱固性模用P6,P20經滲碳淬火后使用。腐蝕性強用420。
高溫熱固性塑料模用H13和S7或滲碳鋼P4。這些含鉻較高有好的抗回火性和抗高溫氧化性。
在模具生產成本中,材料費用一般占10%~20%,而機械加工、熱處理、裝配和管理費用占80%以上,所以模具材料的工藝性能是影響模具的生產成本和制造難易的主要因素之一。
可加工性
——熱加工性能,指熱塑性、加工溫度范圍等;——冷加工性能,指切削、磨削、拋光、冷拔等加工性能。
冷作模具鋼大多屬于過共析鋼和萊氏體鋼,熱加工和冷加工性能都不太好,因此嚴格控制熱加工和冷加工的工藝參數,以避免產生缺陷和廢品。另一方面,通過提高鋼的純凈度,減少有害雜質的含量,改善鋼的組織狀態(tài),以改善鋼的熱加工和冷加工性能,從而降低模具的生產成本。
為改善模具鋼的冷加工性能,自20世紀30年代開始,研究向模具鋼中加入S、Pb、Ca、Te等易切削加工元素或導致模具鋼中碳的石墨化的元素,發(fā)展了各種易切削模具鋼,以進一步改善其切削性能和磨削性能,減少刀具磨料消耗、降低成本。
無磁模具鋼淬火溫度和熱處理變形
為了便于生產,要求模具鋼淬火溫度范圍盡可能放寬一些,特別是當模具采用火焰加熱局部淬火時,由于難于準確地測量和控制溫度,就要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。
模具在熱處理時,尤其是在淬火過程中,要產生體積變化、形狀翹曲、畸變等,為模具質量,要求模具鋼的熱處理變形小,特別是對于形狀復雜的精密模具,淬火后難以修整,對于熱處理變形程度的要求更為苛刻,應該選用微變形模具鋼制造。
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