我国模具钢及其热处理工艺和标准的发展现状

综述了我国模具钢(冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢)及其热处理工艺和标准的现状以及其性能和适用范围.现实情况表明,我国已建立了较完整的模具制造工业和钢种体系,有的模具钢性能和热处理后的使用寿命已达到了国际先进水平.     

冷作模具钢及其失效分析中的几个相关问题

根据模具使用寿命和失效规律统计结果,比较了几种冷作模具钢工艺和性能;分析冷作模具钢过载失效、磨损失效和疲劳失效特征和形态等;探讨高硬度模具钢的表面开裂敏感性、缺口断裂性能和断裂分形维数与工艺参数的关系,强调正确选择模具材料和制定合理处理工艺对减少早期失效重要性.     

热作模具钢热磨损和摩擦系数的研究

用Ａ．Ｔｈｏｍａｓ的试验方法,在相同的工况条件下,对比了六种热作模具钢的热塑性摩擦系数,以及润滑对摩擦系数的影响。同时还研究了模具钢的高温强度、延伸率、抗氧化性能与摩擦系数的关系,用失重法研究了五种热作模具钢的热磨损损次数与磨损量的对应关系。用金相、扫描电镜等手段,分析了经热磨损试样的端面硬度变化,磨损表面形貌和次表层组织的变化。     

新型热作模具钢28Cr2NiMoWVSi的性能和应用

本文介绍了新研制成功的28Cr2NiWVSi锤锻模具钢的各项性能以及生产应用情况。与5CrNiMo钢相比,在高温强度和高温韧性方面显示了突出的优势。     

热作模具钢的原位统计分布分析

采用原位统计分布分析技术对不同来源的模具钢进行解析,获得了模具钢坯横剖面较大尺度范围内各化学组成的位置分布、状态分布、含量分布的一系列新信息;定量表征了不同来源模具钢的最大偏析度、统计偏析度、统计符合度、统计致密度、统计疏松度、夹杂物种类和含量以及粒度统计分布等参数的差异性,可用于不同来源模具钢质量差异解析的参考.     

QRO90Supreme热作模具钢的合金碳化物对钢的热稳定性的影响

主要研究了ＱＲＯ９０Ｓｕｐｒｅｍｅ热作模具钢显生组织及其合金碳化物对钢的热稳定性的影响。结果表明：该和模具钢经淬，回火后，弥散分布在马氏体基体上的碳化物大多数是ＶＣ和（ＭｎＭｏ）２Ｃ，其余为少量的Ｍ３Ｃ合金渗本，因而其回生和热稳定性明显优于ＥＳＲＨ１３钢。     

稀土镧对H13模具钢回火稳定性和抗氧化性的影响

本工作研究了稀土镧对H13模具钢在极限服役温度下的回火稳定性和抗氧化性的影响。随着镧元素的质量分数由0%增大至0.570%,H13模具钢在620℃下加热50 h后的硬度降低值先减小后增大，镧含量为0.052%时H13模具钢的回火稳定性最好，这主要是因为碳化物在回火过程中的融合长大受到了抑制。但是，当镧含量达到0.570%时，铁素体的再结晶受到显著抑制，基体组织为粗大的板条状铁素体，导致H13模具钢回火稳定性降低。添加0.052%的镧对长时间加热后的位错密度影响不显著，这说明稀土镧对H13模具钢回火稳定性的影响主要体现在碳化物和铁素体晶粒的演化。另外，随着镧元素的质量分数由0%增大至0.094%,在650℃加热100 h后H13模具钢的氧化层变得更加光滑和致密，氧化层厚度由48.4μm减小至30.6μm。添加镧元素促进了针状氧化物的形成，并减弱了内氧化。     

喷射成形工模具钢沉积坯中冶金缺陷计算分析及其消除

用有限元方法计算分析了喷射成形工模具钢沉积坯内部疏松等冶金缺陷的成因,并计算、验证了热等静压或锻轧等热加工消除内部缺陷的过程。研究表明,喷射成形工模具钢沉积坯粥状层补缩不足和冷却收缩产生的热应力是造成坯体中疏松等冶金缺陷的重要原因。热等静压采用的温度为1 170 ℃,锻造加工温度也能达到1 150 ℃,在这样温度下,工模具钢表现出一定的塑性,高温高压的热加工过程,对材料内部的冶金缺陷起到了一定的弥和作用。试验结果表明,经历热加工过程后的工模具钢内部的冶金缺陷明显减少。热等静压或锻轧等热加工可有效减少喷射成形工模具钢坯体内部的疏松等缺陷,热锻、热轧是消除沉积坯内部冶金缺陷的重要方法。另外,与Ar气相比,采用N2做雾化气体的喷射成形工模具钢沉积坯,由于高温下气体和合金元素的反应,沉积坯内部的含气式疏松很少。因此,采用N2喷射成形制备的工模具钢经热加工后,沉积坯密度更接近理论密度。     

基于CVD厚膜金刚石刀具的超声振动切削模具钢实验

采用化学气相沉积（chemicalvapordeposition,CVD）厚膜金刚石刀具进行模具钢超声振动切削实验．首先阐述刀具的材质特点,观测其刀尖微观形貌和切削刃截面轮廓．然后搭建了适应精密／超精密加工需求的超声振动切削实验装置,其中激振机构可稳定实现频率42．0kHz、振幅峰峰值8～9μm的振动输出．通过切削无氧铜实验证明该超声振动切削装置工作有效、稳定后,选用AISI420模具钢进行切削实验,研究切削工艺条件及切削用量对加工质量的影响,得到适用于CVD厚膜金刚石刀具的切削用量选取范围,对比研究发现超声振动切削在提升加工表面质量、减少金刚石刀具磨损方面均优于常规切削．本研究可使切削模具钢时的金刚石刀具磨损VBmax由500～600μm减少至40μm,模具铜表面粗糙度Ra由0．93μm改善至0．09μm．本研究为金刚石刀具超声振动切削模具钢的实用化积累工艺经验,并探索提供可行的技术实现途径．     

高速机床进给机构及铣削系统振动分析

由于高速机床目前应用对象主要为硬化模具钢及大型航天结构件的铣削加工，因此主要针对与此相关的加工技术。首先透过切削实验观察硬化模具钢的切削特性，探讨不同切削条件对铣削模具钢的刀具磨耗、表面粗糙度以及铣削力的影响。一般的航天结构件多为薄件，其结构刚性低，此外所采用的线性马达为推力较小的马达，其伺服刚性低，此类低刚性结构在加工过程中极易产生振动，因此另一研究重点为低刚性结构铣削加工时之最佳加工条件，以减少切削振动，提升加工品质。     

热锻模具钢的耐磨性及磨损机理研究

采用销盘式高温摩擦磨损实验机,针对一种新型铸钢、H13和H21钢在25-400℃下进行磨损试验,对比研究各种钢的耐磨性,并探讨了磨损机制.研究表明:室温下H21钢由于具有较多的未溶碳化物,比H13钢和铸钢具有高的耐磨性;在200-300℃下铸钢和H13钢随载荷的增加一直具有较低的磨损率和增长率,而H21钢当载荷达到200 N时磨损率忽然升高;在400℃下铸钢具有持续低的磨损率,明显低于H21和H13钢.可见,新型铸钢具有比常用热锻模具钢显著高的高温耐磨性.     

B1500HS材料热成形后冷冲切试验

目的研究热冲压零件冷冲切刀块易磨损寿命低的问题。方法设计开发一套多功能冷冲切试验模具,对热成形后B1500HS材料进行连续冲切试验,并对3组模具间隙、4种典型模具钢材质对应的冲切试样进行断面质量检测及统计,以此分析热冲压高强钢冷冲切合理模具间隙和典型冷冲切模具钢的冷冲切特性。结果 8%~10%料厚模具间隙在冲切初期毛刺较小,且在连续冲切过程中毛刺高度比较稳定,为合理的模具间隙范围;4种典型模具钢中,ASP60冲头耐磨性性能最优,SKD11冲头耐磨损性最差,SKH-9和CALDIE介于两则之间。结论热冲压钢的冷冲切稳定性及刀块寿命相对常规高强钢还存在较大差距,针对其冲切特性有必要开发更高寿命、高性价比的模具钢及热处理方法,以提高刀块寿命和生产效率,降低零件制造成本。     

高热强性热作模具钢的研制开发及模具寿命的提高

本文系统地回顾了国内近年来在高热强性热作模具钢新材料（近３０种）研制开发的进程．论述了有关热处理工艺的改进和发展新动向。提出：将研制开发新钢种、提高冶金和锻造质量、改进和创新有关的热处理工艺．并将三者有机结合是提高模具寿命的关键。     

模具使用寿命与失效分析中一些问题的探讨

针对我国模具制造加工和使用中的现状和早期失效问题,从模具结构的应力集中、模具钢材质及碳化物形态和分布、模具钢的热处理淬火和回火工艺、残余应力、模具硬度与寿命的关系以及模具使用等方面进行了论述。提出一些减少模具早期失效、提高模具使用寿命的途径。     

Effect of Si Content on Mechanical Properties of a Mo and V Free Low Alloy Cast Steel for Automobile Cold Pressing Die

The effects of Si content on combinations of important properties such as hardness, hardenability, and weldability in addition to strength increment were systematically investigated to develop a Mo and V free low alloy cast steel for automobile cold pressing die insert. For the evaluation of the applicability as the die insert, the mechanical properties were measured after spheroidization annealing （SA）, quenching and tempering （Q/T）, and flame hardening （FH） treatments, respectively. The developed 0.8%-1.6%Si containing Mo and V free alloy cast steels showed excellent matrix strengthening effect, hardenability, and weldability, fulfilling the industrial criterion of the mechanical properties for the die insert.     

HD钢在气门热精锻模具的生产应用初步试验

气门热精锻模具失效的主要形式为热磨损和压塌，提高模具使用寿命的关键是使材料具有更高的室温和高温的硬度，磨损抗力，屈服强度和热稳定性。ＨＤ（４Ｃｒ３Ｍｏ２ＮｉｖＮｂ）钢比传统应用的３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢具有更高的上述性能及足够的韧塑性，因而其模具在理论上具有更长的工作寿命。生产应用试验表明，ＨＤ钢制气门热精锻模具的使用寿命是３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢的２．２倍。     

镍元素对新型压铸模具钢热稳定性的影响

对比研究了含镍1%(质量分数)和不含镍的新型压铸模具钢的热稳定性能及微观组织演变情况。两种材料采取相同的淬火工艺,再经多次回火达到相似的硬度,然后于600℃进行热稳定性实验,并采用SEM(扫描电子显微镜)和TEM(透射电子显微镜)对比分析了两种材料的淬火态及热稳过程中的微观组织的变化情况,探索了Ni元素的添加对材料热稳定性的影响。实验结果表明:Ni元素能够阻碍碳化物向基体中溶解,未溶的碳化物颗粒在晶界处能有效阻止原始奥氏体的长大,从而使材料允许的淬火加热温度提高。在相同的淬火条件下,Ni使得SDYZ1钢中的碳化物无法充分地固溶于基体,因而在回火过程中减弱了二次碳化物的析出强化效果,导致在热稳前期SDYZ1钢的硬度降低较快;Ni提高材料热稳定性能的优势可能需要在较高淬火温度下才能体现。     

Nickel-free austenitic stainless steels for medical applications

Abstract

The adverse effects of nickel ions being released into the human body have prompted the development of high-nitrogen nickel-free austenitic stainless steels for medical applications. Nitrogen not only replaces nickel for austenitic structure stability but also much improves steel properties. Here we review the harmful effects associated with nickel in medical stainless steels, the advantages of nitrogen in stainless steels, and emphatically, the development of high-nitrogen nickel-free stainless steels for medical applications. By combining the benefits of stable austenitic structure, high strength and good plasticity, better corrosion and wear resistances, and superior biocompatibility compared to the currently used 316L stainless steel, the newly developed high-nitrogen nickel-free stainless steel is a reliable substitute for the conventional medical stainless steels.     

Cr12钢冷冲模具加工过程中开裂原因分析

Cr12钢冷冲模具在电火花线切割过程中发生开裂,采用光学显微镜、扫描电镜、化学成分分析和硬度测试等方法,对模具开裂的原因进行了分析。结果表明：该Cr12模具开裂为脆性开裂,其主要原因是铬含量超标,同时锻造不充分,使得材料中的共晶碳化物多而粗大且呈严重网状聚集分布,成为应力集中源,在线切割加工过程中的加工应力和材料自身内应力的共同作用下萌生裂纹并扩展开裂。