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发表于 2009-11-9 14:04:30
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来自： 中国江苏泰州
作为一篇综述性的论文还是很值得一看的： （我干脆把全文贴出来吧，呵呵，不要介意）4 Z2 a: o( p5 M# j3 A0 ~8 }
4 J- t6 j% V9 [8 T1 {7 b1 前言( f& I$ j7 I' R! {$ v
为了节约原材料、提高生产效率、降低成本，世界各国的制造业广泛地采用各种模具成型工艺代替传统的切削加工工艺。
0 M; u: M4 G; v$ \7 n' a q+ Y3 r0 v/ x国外工业发达国家的模具制造业发展很快，从20世纪80年代以来，不少国家模具制造业已经超过机床制造业的产值，模具制造业已经发展成为一个独立的工业部门。
R1 k2 ^8 W8 f. I; s; {4 { 我国近年来模具制造业也取得迅速发展， 1997年模具制造业的产值超过了机床制造业，2003年我国模具进出口总量为17.06亿美元，比2002年增长11.95%，其中进口总量为13.693亿美元。 V m2 P3 F1 _
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2 模具材料钢种的发展
* n5 x# z0 l1 \9 u 模具材料主要是模具钢，模具钢的产量近20年来增长很快，领先于其它钢种。据日本通产省调查统计资料，日本合金钢的产量从1978年的6.79万吨上升到1997年的12.6726万吨。我国国家信息研究中心的统计资料1997年我国合金工具钢的总产量已在15万吨左右，模具钢的产量已位居世界前列。
# @$ x/ s# E' E0 @0 p: V目前各国使用量较大的集中在10几种通用型模具钢上。 各工业发达国家都列出了模具钢的本国标准钢号，我国现行的合金工具钢的国家标准为GB/T1299-2000，共37个钢号。现将世界上3类模具钢的发展状况概述如下：4 S+ W9 B9 m- D3 \3 z
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⑴冷作模具材料
, N) K; g, i" E冷作模具材料是应用比较广泛的一类模具钢，主要用于制造冲压、剪切、辊压、冷镦、冷挤压等模具，国外通用的代表性钢种有低合金油淬模具钢01（9CrWMnV），中合金空淬模具钢A2（Cr5Mo1V）和高铬高碳模具钢D3（Cr12）D2 (Cr12Mo1V1)。
: X/ N: U# s5 \3 D' x我国通用的是20世纪50年代从前苏联引进的CrWMn、Cr12、Cr12MoV三种。1981年我国引进高碳高铬工具钢D2。为了满足冷作模具的特殊要求，各国有针对性地发展了一些新型的模具钢，主要有：
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①高韧性高耐磨性模具钢
5 m |* s/ b5 u2 y其碳铬含量低于Cr12型模具钢，增加了钼、钒合金的数量，钢中形成大量的MC型高弥散度碳化物，其耐磨性不低于或优于Cr12 Mo1V1钢，韧性和抗回火软化能力高于Cr12型钢。比较有代表性的钢号有美国钒合金钢公司早期发表的Vasco Die,近年来日本山阳特殊钢公司发表的QCM8，我国自行开发的LD、GM钢等，分别用于冷挤压模具、冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具，都取得了良好的使用效果。
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$ P( x: R8 \' |1 K7 ]6 q4 w( [②低合金空淬微变形钢 这类钢的特点是合金含量低（≤5%），淬透性、淬硬性好、价格低，主要用于精密复杂模具。代表性的钢号有：美国ASTM标准钢号A4、A6，日本大同公司的G04，我国自行研制的Cr2Mn2SiWMoV和CrMnMoVS。[1], W1 A% U* T8 p/ ]' t0 s
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另外由于粉末冶金模具具有磨削性、韧性、等向性、热处理工艺性好的特性，近20年来在国外发展很快，代表性的钢号有美国的CPM10V，德国的320CrVMo13.5,用于制造形状比较复杂，工作条件苛刻的长寿命模具。
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⑵热作模具材料, f, Z$ n; w W9 ^. B' R# e
热作模具钢用于制造锻压、压铸、热挤压、热镦锻等模具。国外通用的热作模具钢有三种类型,以55NiCrMoV6 和56NiCrMoV7为代表的低合金热作模具钢，以H13（4Cr5MoSiV1）和H11(4Cr5MoSiV) 为代表的中合金热作模具钢，以H10(3Cr3Mo3VSi)、H21(3Cr2W8V) 为代表的钨系钼系热作模具钢。我国通用的热作模具钢原来主要是5CrNiMo、5CrMnMo、3CrW8V三个牌号，很不合理，近20年来我国对H13（4Cr5MoSiV1）进行了比较系统的研究和推广工作，1995年其产量已达到26976吨，成为产量最高的热作模具钢。+ l; }' f/ R, m/ [0 e D
为了适应热作模具钢的发展需要，国内外相继开发了一些产品，主要可分为以下类型：
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①高淬透性特大型锻压模块用钢 通用型的锻压模块用钢如5CrNiMo、5CrNiMoV等，由于淬透性的限制，一般只适用于制造厚度为300-400mm的模具，而大型锻压设备有时模具重达几十吨，随着模块面积的增大，要求进一步提高模具材料的淬透性，以使模具的心部能够得到较高的、均匀的性能。ISO4957标准中的4NiCrMoV7，我国也开发了一些淬透性较好的钢号4Cr2MoVNi、3Cr2NiMoWV等。
! |& k$ N v2 V2 ~8 k0 @" C2 Q②高热强性模具钢7 ~( \ B7 m! J' \7 _
新工艺的发展使一些热作模具的工作温度不断提高，工作条件日益苛刻，传统的3Cr2W8V型高合金热作模具钢不能适应要求，国内外陆续研制、开发了不少新型热作模具钢，主要可分为四种类型：a)中合金高热强性热作模具钢如3Cr3Mo3W2V与3Cr2W8V相比，它具有更高的高温强度和抗回火软化能力，b)沉淀硬化型热作模具钢如日本日立金属公司的YHD13，由于加入了V、Nb、Ni、AI等，工作中模具表面由于合金碳化物和金属间化合物的析出，工作表面的硬度可上升到45-48HRC，模具的心部仍保留原有的组织和高韧性，从而提高了模具的寿命，c)低碳高速钢如我国的6WMo5Cr4V，将高速钢的碳含量降至0.3%-0.6%,在牺牲部分红硬性和耐磨性的情况下，改善其韧性和抗冷热疲劳性能，d)奥氏体型热作模具钢如日本大同公司的5Mn15Ni5Cr8Mo2V。
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⑶塑料制品成型用模具材料9 P7 y, h, y8 s# B/ S. k
近50年来，世界塑料工业高速发展，塑料制品大部分依靠模具成型，不少发达国家塑料模具的产值已居模具产值的第一位。塑料模具钢也迅速发展成一个专用钢系列，如美国的ASTM标准中的P系列包括7个钢号。我国过去无专用塑料模具用钢，近年来在引进国外塑料模具用钢的同时，自行研制和开发了一些新的塑料模具专用钢，如一些含硫易切削预硬塑料模具钢如8Cr2S，据统计我国塑料模具用钢量占全部模具用钢量的50%以上，国外新型塑料模具钢的发展趋势主要有以下几个方面方面：[1]
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⑴主要发展方向是易切削、抛光性好的塑料模具钢
/ R2 g3 G u& Q; h. X6 J国外易切削预硬钢主要是S系，也有S-Se系、Ca系。但Se价格较贵。这类钢的杂质少、组织均匀、无纤维方向性，制模后，型面的表面质量高。
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⑵预硬化型塑料模具钢
- x3 @2 |8 a9 Q6 W- Z7 m0 k8 CP20（即3Cr2Mo）是国外使用最广泛的预硬塑料模具钢，已列入我国合金工具钢标准，八十年代以来已在我国一些工厂广泛采用。该类钢应用较广，以预硬化处理后的钢块供货，硬度达23－48HR，加工型腔后不再处理，无变形，可缩短模具制造周期。( ~% ^8 |5 \ Z! u5 j! W6 R
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⑶时效硬化型塑料模具钢
' Q/ r! E, A1 Q! k& e8 y一般碳含量较低，钢中加入Ni、Al、Ti、Cu、Mo等元素，模具坯料先经固溶后，在低硬度下进行加工，成型后进行时效处理，由于金属间化合物的析出，使模具硬度提高到40-50HRC，以满足使用要求。适宜于制造形状复杂、精度高、超镜面、大型塑料模具。
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1 h. ?1 z3 B3 V; \' {9 P' z8 p⑷整体淬硬型塑料模具钢7 B' x2 P" e/ ?+ `
国外一般都是借用高耐磨性冷作模具钢和热作模具钢。如美国的A2（Cr5Mo1V）钢、D3（Cr12）钢和D2（Cr12Mo1V1）钢等冷作模具钢和H13（4Cr5MoSiV1）钢等热作模具钢。" ^* i. P+ _! [6 J* D
9 _* {* }0 Z' N+ R4 E, J, d" @⑸耐腐蚀塑料模具钢# u9 _* e# g+ P" [" O! p- E
有些塑料制品如聚氯乙烯、氟化塑料、阻燃塑料等压制过程中对模具具有腐蚀作用，一般采用马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。代表性的钢号有国际标准ISO中的110CM17，瑞典的ASSAB公司的STAVAX（4Cr13）等。& B9 ^- v2 d/ y) {7 u; r% I' _5 z# z9 r
; v' c( `# U6 X% b2 t& [⑹无磁性塑料模具钢
5 u3 a- f! v1 v6 R* E: E& A2 O为了适用磁性塑料制品的生产，国外发展了一些无磁性塑料钢，将奥氏体型模具钢通过时效硬化处理得到要求的硬度、强度和低的导磁率。代表性的钢号有日本大同特殊钢公司的NAK301和日本日立金属公司的HPM75钢等。) T: v# l$ i- `+ I3 D8 n! y6 q
" [! c; y8 Y. |3我国模具钢发展进程的展望1 a' F. T- u) O ?
8 o- o6 m ]9 v6 l" _& {8 C上世纪五十年代，我国模具用钢全部因袭国外钢号，六十年代以来我国模具钢生产技术工作发展迅速，形成了我国自己的模具钢系列，总产量已居世界前列，建成不少先进的生产工艺装备，但是模具钢的生产技术、产品质量方面还存在着许多差距，很多制造大型、精密、长寿命模具的钢材仍需国外进口，我国近年来每年进口模具费用约为10亿美元左右，已成为世界上进口模具最多的国家，针对以上问题，展望未来急待开展以下工作：[2], g2 w k3 v; O- B5 g9 u
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⑴加速模具钢生产的制品化、精料化和模具钢经销的商品化我国模具钢的品种规格较少，模具钢生产的制品化、精料化和经销的商品化程度低。80%以上的模具钢仍以黑皮圆棒供货。越来越多的模具制造厂点要求在模具设计完成后，模具钢供应厂商能迅速提供所需钢材，减少库存钢材数量，缩短制模周期。但中国钢材生产企业目前尚不适应这一商品市场机制，这是进口模具钢材在中国日益扩大的重要原因。
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4 Q. x+ N5 p# p: u) F2 D⑵大力推广应用性能优良的新型模具钢不断完善模具钢钢种系列: d4 w7 ?3 j# m9 n7 {
我国已开发出性能优异，达到或超过国外同类水平的特色新型模具钢，但这些新钢的推广数量和应用范围不够大，有选择地开发先进模具钢，例如开发粉末冶金模具钢，多元易切削系塑料模具钢，建立玻璃、陶瓷，耐火砖和地砖等成形模具用钢，完善中国的模具钢系列。
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⑶进一步提高模具钢的质量我国某些特殊钢厂已采用炉外精炼、真空冶炼、快锻机和精锻机等生产模具钢，模具钢的质量有大幅度提高，如D2、P20等，出口产品的质量可以达到国际先进水平。但国外对纯度要求较高的模具钢大部分采用电渣重熔，进一步了提高钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析。我国还需要在这方面进一步开展工作。
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9 ]. j4 L% [0 o1 z" c* [' Q( v$ t, C⑷加强先进模具热处理技术的推广与应用[3]模具的可控气氛热处理与真空热处理应进一步得到发展，一些行之有效的模具表面热处理技术，应完善其工艺，加强其推广和应用。提高装备和工艺材料的制造水平，加强热处理专业厂的建设。' D( X7 l/ }' v1 W) K1 b+ O" ^
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) t8 d' o# `. ?. `3 ^参考文献：7 Z" G1 O2 q$ K( r* E* ]2 q, U. E
[1]赵昌盛.国外模具材料的应用及发展 模具制造 2004（8）65-67
" l' U; _; T: c( N# S5 ?[2]崔崑．模具钢及其热处理的研究进展．金属热处理学（增刊），1999：16-28]4 F* z, i* S9 {
[3]樊东黎.先进热处理生产技术的重点发展领域．金属热处理，2001，26（9）：5-9 }# }& T3 D, s+ n+ E
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[ 本帖最后由 poxiangzi 于 2009-11-9 14:10 编辑 ] |
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