我国的模具材料及其应用技术

   我国研制的热作模具钢序号钢号代号备注大部分都已列人国家标准和行业标准，并应用于模具制造，取得了很好的效果。其生产量（每一钢种）在数千吨至数万吨，有的钢种累计生产量超过10万吨。这些新研制的钢种和已有的工模具钢种，构成了较完整的模具用钢系列，基本满足了我国模具制造业的需要。但认真分析模具钢的研制过程可以看出，完全新成分系列钢种的研制进展并不大，而改良型材料的发展较快。这种趋势也是国际性的，世界上一些合金钢生产大国，如德国、瑞典、日本等国，都推出了各具特点的改良型模具钢品种。模具钢发展的另一个方向是开发和应用先进的模具钢（或模块）制备工艺技术，减少中高合金钢内在的质量缺陷，提高钢材的强度（高温强度和常温强度）、韧性、可加工性（冷加工性能、热加工性能，包括热处理工艺性能、抛光性能）等。这些技术包括：炉外精炼、真空精炼、电渣重熔、真空铸锭、粉末冶金、可控轧制和控制冷却、晶粒细化和超细化处理等技术，从而降低了钢中的有害元素，改善了钢的显微组织形态和流线分布，有利于提高模具的制造精度，缩短模具制造周期，延长模具的服役寿命。

　　我国研制的冷作模具钢序号钢号代号备注火焰淬火钢表3我国研制的塑料模具钢序号钢号代号备注镜面模具钢易切削钢进入中国市场的国外模具钢进入20世纪90年代，我国对复杂、精密模具的需求量增加，特别是外资企业、合资企业的增加，使我国的模具和模具材料市场以很快的步伐与国际市场接轨。国外的合金钢生产厂家（或公司）的模具钢材及精制模坯，在我国的汽车、电子、家电、轻工等行业开始得到应用。随着市场的扩大，国际模具材料生产厂（公司）和销售公司纷纷在我国大陆设立销售公司，直接经营模具材料。规模较大的有：经营瑞典模具钢的一胜百（ASSAB）公司、德国的蒂森公司。经营奥地利百禄钢材的乐家文公司及日本的大同模具钢公司等。表4是90年代中期国外进人我国市场的主要模具钢的牌号对照。1998年以后，更多的国外模具材料供应厂家开始进人中国大陆市场。从历届国际模具展览会（上海）上也可以看到这一快速上升的势头：参展的国外模具材料供应商，由1996年以前的1~3家，增加到了2000年的8家之多。

　　国外模具钢以其性能优良、质量稳定、规格齐全、有力的销售手段和规范的售后服务，占领了我国复杂、精密模具（包括模架、模具标准件）用材模具材料的研究开发在相当长时间里，以金属材料为主，其中又以钢铁材料占主导地位。这主要是因为由模具成形的零件（传统上大部分采用金属材料）需要高的变形应力或同时需要高的变形温度，并要求模具具有高的抗磨损能力，因此合金钢以外的模具材料很难满足大规模的工业性生产对模具性能的要求。随着塑料、橡胶及化纤织物等有机材料的广泛采用及其成形工艺的发展，以及某些特殊成形工艺的需要，有色金属及其合金，如铜合金、铝合金及铅锌为主的低熔点合金等材料正在不断进人模具材料的行列。

　　我国模具材料的应用技术模具材料的研究、生产一般都是在独立于模具设计、制造和使用之外进行的。要设计、制造出高性能的模具，必须开发和掌握模具材料的应用技术，它们主要指：模具材料的选用技术目前国内外广泛使用的模具材料有近200种，即使按模具类型分，仅热作模具钢、冷作模具钢和塑料模具钢也各有数十种。因此模具的设计制造者，必须依据用户提出的模具性能要求，根据具体模具的工矿条件、失效方式，选用合适的模具材料。目前在模具材料研制、表420世纪90年代中期国外进入我国市场的主要模具钢的牌号对照（瑞典）（美国标准）（德国标准）（日本标准）（中国标准）主要成分NBC铜合金材料在热作模具中的应用研究江西省科学院应用物理研究所（南昌330029）陈乐平新余市长城铜产品开发有限公司（江西338025）周水军、NBC铜合金模具材料技术现状和发展趋势在国外，高性能铜合金作为模具材料广泛用于电子、机械、汽车、冶金、航空等领域，其主要特点是高温性能和导热性好，并具有优良的综合力学性能。在电子行业，目前国外采用高性能铜合金替代钨铜用于封焊电子元器件方面的封焊模具，与钨铜相比，其使用寿命提高了34倍，封焊不良品降低4%.由于材料比重的降低，材料成品率提高了50%.目前国内很多企业仍采用钨铜作封焊模材料，而大部分外资和合资企业则依赖于从国外进口高性能铜合金用于封焊模具。另一方面应用于压铸模头，目前国内压铸模头普遍采用铸铁，其压射寿命不超过3000次。而国外均采用含铍的高性能铜合金，其寿命超过15 000次，大大提高了使用寿命，减少了更换模头时造成的压铸件报废。且因含铍模头表面形成一层致密的润滑层，避免了昂贵压射室的磨损，大大减少了其返修次数，其综合效益也非常显著。在国外，对于应用于压铸模头的高性能铜合金有专门的研制、生产企业，如美国的SEMCO公司；在国内，20世纪90年代才刚起步，其产品使用效果和国外差距还很大，处于低层次、低水平状态。第三方面，国外在精密注塑模中，将高性能铜合金应用于模具材料热节点，因其具有的优良特性，增加了模具热节点处的散热速度，保证模具整体冷却均匀，提高了模具的使用效率和寿命，注塑速度提高了2倍，且注塑件表面质量也有所提高。虽然国内在这方面也有所研究和实践，但因材质选择余地少且材质性能上也有些问题，使用效果不太理想。现国内主要是以一般铍青铜系列作为替代品，但国内铍青铜的品种只有23种，而国外达20余种，实际应用中使用寿命短，导致设备生产效率低，跟进口同类产品差距很大。国外主要厂家有美国Brushwallman、南韩咏日、日本江户川特殊金属株式会社等，他们专业分工都很细。国使用的大量实验和实践基础上，结合计算机应用技术，国内外许多机构开展了模具材料数据库的建立和模具材料选用专家系统的研究工作，国内研制的等向性精制模块制备技术模具材料，特别是模具钢，供货规格比较少，模具制造单位往往需要重新制备模块，由于技术条件的限制，会造成以下缺陷：材料的组织性能变差（由于锻造工艺控制不当造成微裂纹、组织偏析、氧化脱碳等）；模块尺寸过大，材料利用率下降，粗加工成本增加。国外的材料供货已逐步实现型材化，规格已成系列，不论是棒料还是板料，其平整度和尺寸公差都在±0.5mm以下。国内的材料供应商也在向这一方向努力，目前与国外还有相当差距，因此模具厂家仍须掌握好模块制备技术。

　　模具的热处理技术模具的热处理技术（包括模具表面处理技术）是模具材料应用的重要技术，国内外都投入过大量的人力物力对模具热处理工艺、装备进行研究和开发，对高强度模具的热处理，大部分采用了保护气氛热处理和真空热处理，并越来越多采用篼压气淬技术，不但充分发挥了材料的性能，同时保证了模具变形小，模具工作面精加工余量少留甚至不留。

　　模具钢的预硬化技术随着加工机床刚性和刀具强度的提高，使得模具热处理过程有可能提前到模具工作面精加工之前进行。对塑料模具来说，大部分零件的强度（硬度）要求在3545HRC，而目前机床和刀具水平，已经可以实现对这一硬度的材料进行高速大切削量的加工。而预硬化的工艺过程完全可以在材料生产厂实施。进人中国市场的国外塑料模具钢，许多品种和规格都有预硬化钢。国内的模具行业开始逐步使用预硬化钢，但国内的模具材料生产商，能提供这一品种的还很少。