我国模具钢冶金质量提高途径探讨分析

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随着近几年科技的发展，模具行业的技术应用也在不断提升着。模具企业一直着力于提高模具钢冶金质量的途径的研究中。经过多年的努力探索，目前，国内外主要冶金生产部门致力于模具钢材冶金质量的提高主要有以下几个方面：

    ⒈冶炼质量对于高质量的模具钢材，国内外广泛采用炉外精炼、真空处理、真空冶炼、喷粉处理、电渣重熔等工艺、降低钢中的有害元素、氧、氢和夹杂物的含量，进行化学成分和浇注温度的微调。通过电渣重熔还能够有效地改善钢的低倍组织和致密度，提高模具钢材的等向性。国内一些生产厂的试验说明电弧炉生产的4Cr5MoSiV1钢的横向冲击韧度值只相当于纵向的31%，通过电渣重熔以后的4Cr5MoSiV1钢，横向冲击韧度值可相当于纵向的70%，提高1倍以上。对于特殊要求的模具钢材，则采用粉末冶金工艺生产的粉末高速钢和粉末高合金模具钢，可以更好地改善钢的组织和性能。

' y% U. p) \4 |( G! Y- a: m+ L    ⒉锻造轧制工艺在保证一定的锻造比的基础上，尽可能采用镦粗一拔长锻造和交叉轧制工艺，以提高模具材料的等向性。为了减少加工余量，提高材料的利用率，广泛采用精锻机、快锻水压机、高精度连轧机生产，提供高精度的钢材适应模具制造的需要。
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2 G' u& z9 x: O& ~    ⒊热处理和精加工锻、轧材的热处理，应采用可控气氛或真空热处理，避免氧化脱碳，对有些塑料模具钢和热作模具钢应由冶金部门进行预硬处理。对有些要求高的热作模具材料应由冶金部门预先进行组织细化处理，消除钢中的粗大碳化物和链状分布的碳化物，得到细小、均匀分布的碳化物组织，以进一步改善钢的各种性能，特别是等向性。根据国外的一些报道，有些热作模具钢通过电渣重熔—多向锻造（轧制）—组织细化处理，生产出高质量高等向性的模具钢，其横向的冲击韧度值可以相当于纵向的90%以上。不少钢厂对这种工艺生产的钢命名了商品牌号,如奥地利伯乐钢厂的ISODISC；日本日立金属公司的ISOTROPY，日本高周波钢业公司的MICROFINE等，我国不少冶金生产部门也在致力于这项工作。另外从钢材各部位的冶金质量考虑，制造模具时应注意使模具的主要工作面（如型腔或刃部）选择接近钢材的表面位置；因为在一般情况下钢材的表面是钢材比较清洁的部位，而钢材的心部是钢材低倍缺陷比较集中的区域；特别是在大截面莱氏体钢材中，中心部位钢的共晶碳化物不均匀度会比表面部位高出2～3级。还有模具的主要承受载荷的方向最好能选择与钢材的变形方向相一致，以减少钢材的各向异性对模具的不利影响。
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- W  e4 N5 s/ ~    ⒋导热性，导热性也是模具钢材，特别是有些热作模具钢材和塑料模具钢材的主要性能指标之一。导热性好的模具钢材，能把加工中产生的热量和加工工件传来的热量迅速传出，避免模具工作表面产生过热现象改善模具的工作条件。对一些热塑性塑料成形用的模具和一些压铸模具，为了加快生产节奏希望压制的工件迅速降温脱模，以提高生产率，为了解决这一问题，有时选用一些比钢铁导热性更好的模具材料，如高强度铜合金、高强度铝合金等。

    ⒌精料和制品化为了缩短了模具的制造周期，模具制造部门在选购模具钢材时，应可能选用精料和制品，如经过剥皮，冷拔或磨削加工的精品钢材，经过粗加工、精加工、甚至精加工淬火回火的模块。模具制造部门利用这些精料和制品稍进行加工即可与标准模架装配使用。既可以有效地缩短模具制造周期，适应模具使用部门的需要，又因为前一阶段精料和制品的生产是在冶金厂高效率大批量生产的，可以降低生产费用，提高材料利用率。
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+ V- e% ~+ `6 X- c5 i    合理选择模具钢材应考虑的其他因素在进行模具钢材选择时，根据模具的使用条件和要求，除了必须考虑以上各种因素，特别是模具钢材的主要性能必须与模具的使用条件要求相适应外，还需要考虑选用的模具钢材的价格和通用性。一般情况下，当生产的工件批量很大，模具的尺寸较小时，模具钢材在模具制造费用中所占的份额很小，模具钢材的价格可不作为主要考虑的指标，可以尽量选择比较高级的适用的模具钢材。而对于大型或特大型形状较简单的模具，由于模具钢材的费用将在模具总的成本中占较大的份额，所以可以根据生产工件的批量，选用价格较低的模具钢材，或者模具本体选用价格低的模具钢材，而在模具的关键工作部位，如型腔或刃口处，采用镶块或堆焊的方法将高级的模具钢材镶上去或堆焊上去，既能提高模具的使用寿命，又能降低材料费用。模具钢材的通用性，也是选用模具钢材时必须考虑的因素。模具钢材一般用量不大，品种、规格很多，为了便于在市场上采购和备料，应该考虑材料的通用性。除了特殊要求以外，尽可能采用大量生产的通用型模具钢材，由于通用型模具钢材技术比较成熟，积累的生产工艺和使用经验较多，性能数据也比较完整，便于在设计和制造过程中参考。另外选用通用型模具钢材，可以便于采购、备料和材料管理工作。

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俗话说一分价钱一分货，模具钢也如此，贪便宜就买不到好东西。
3 V3 a! e# f' ^; S$ b+ M1 W9 T: [我国合金工具钢的产量已居世界前列，其中合金模具钢约为10万吨。我国模具工业每年消耗模具材料合计为30万~40万吨，其中合金模具钢为13万~15万吨。
我国目前模具钢的品种少质量低，表现在一般质量的模具钢材多，高质量的模具钢材少，相当部分要求高的模具钢都需要经过真空精炼和电渣重熔，以保证钢材的高纯净度、高致密度、高等向性，而我国通过电渣重熔的模具钢所占的份额很小。黑皮圆棒材多，扁钢、精料，以及经过预硬化的材料、制品、标准件少。我国模具钢市场80%左右是黑皮圆棒材，用户拿到材料以后还要自己改锻改制，材料利用率低，生产周期长，不能适应模具制造业的需要。
在模具制造的成本中，材料费用往往只占模具成本的20%左右，因此对于要求较高的长寿命模具，在选用模具材料时往往需精益求精，例如采用碳化物不均匀度为5~6级的Cr12MoV钢制造搓丝模，使用寿命往往不足1万件；而采用碳化物不均匀度为1级的优质Cr12MoV钢制造搓丝模，使用寿命可达几万件甚至几十万件。由于国产模具材料不能完全适应模具制造业的需要，很多高性能、长寿命、交货日期紧迫的模具仍不得不采用进口的模具材料。如海尔集团每年所需的模具钢、其中90%是从瑞典、德国、日本进口的，主要是进口经过预硬处理的高质量塑料模具钢和热作模具钢，如从瑞典进口的718钢(3Cr2NiMo)、618钢(3Cr2Mo)和8407钢(4Cr5MoSiV1)，从日本进口的SKD11(Cr12MoV)冷作模具钢等。进口材料的价格很高，比国产材料的价格高3~5倍。