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日本模具钢的发展
上海市模具技术协会-上海模具信息网 时间:2015/6/7 16:17:32

1.冷作模具钢

在上世纪60年代,日本就已经使用SKD11。从1975年开始,随着电火花加工技术的普及,日本开始采用高温回火处理技术,但对于SKD11来说,存在着高温回火硬度比低温回火硬度低的缺点。而且,随着TRDCVD处理技术应用的扩大,对提高高温回火硬度的要求越来越高,因此,在80年代前期,日本山阳特殊钢公司开发了QCM8、大同特殊钢公司开发了DC538%Cr钢。8%Cr钢的碳和铬含量只有SKD112/3,因此,可以减少铬钢的一次碳化物量,并且由于一次碳化物的粒度也减小了,因此,可以提高钢的韧性和切削性。另外,SKD11的高温回火硬度不到60HRC,但钼含量是SKD11两倍的8%Cr钢的高温回火硬度可以达到60-62HRC,已被广泛采用。

在上世纪90年代,随着切削机械和切削工具的改进,汽车制造厂家对降低模具费用的要求越来越高。为此,日本高频钢业公司开发了重视切削性的冷作模具钢—KD11S,该钢添加了硫等有助于改善切削性的元素。重视切削性的冷作模具钢是一种添加了有助于改善钢的切削性的化学元素,可减少碳化物的材料。还开发了与SKS相同的切削性非常好的材料。

2000年左右,随着高强度钢板应用的扩大,8%Cr钢和重视切削性的冷作模具钢出现了模具粘模和模具磨损的问题。为了既能确保切削性,又能提高耐磨性,减少热处理和表面处理后的精整工时,在2004年,日立金属公司开发了SLD-MAGIC

可应用于金属薄板冲压模具的表面处理技术以TRD法和CVD法为主,但再处理时不会产生变形的PVD法可以改善表面特性并降低成本,故其应用不断扩大。随着PVD法应用的不断扩大,应用TRD法和CVD法制作的模具存在着皮膜密封性不好的问题,使得原本应用受限的原模制作材料的应用增加了。日本高频钢业和大同特殊钢公司分别开发了NOGADCMX,这些钢的组织非常适合PVD法的表面处理,自2008年以来开始销售。

虽然开发了许多新材质,但推测冷作金属模材料的使用量有一半是SKD11SKD11因成分值和制造方法等的不同,特性也会产生很大的变化。

某新兴国生产的SKD11的硬度偏差大,冲击值低。硬度偏差受成分偏差大小的影响。换言之,受制造工艺的影响大。

2.热作模具钢

热作模具钢是主要模具钢钢种,SKD61已有50多年的使用历史。

作为特殊用途,已开发SKD61改进钢等高性能钢材。热加工的用途很多,因用途的不同,技术开发的动向也不同。

为满足用户对大型零件的压铸化生产和高速循环成型的要求,以及应对全球化的发展需求,各公司都提出了各种钢的开发方案。另外,不仅金属模材料,而且优化材料特性用的热处理方法和表面处理方法等也成为了研究对象。最近,对实际压铸金属模的寿命评价进行了研究,认为压铸模具的寿命受坯料、热处理和表面处理等影响。因此,可以说,目前技术积累是不可或缺的,日本和欧洲老牌厂家在这一行业具有很大的优势。

SKD61和各种改进钢的冲击值变化随时间进行归纳的数据还未见到过相关的报道。1984年日立金属公司在研究各向同性现象时指出,改进钢T方向的2U夏氏冲击值是市面上销售的SKD611.8倍,1989年指出,改进钢T方向的2U夏氏冲击值是市面上销售的SKD612.0倍。另外,到90年代,在产品目录中才有试样热处理的2U夏氏冲击值的数据,最近对金属模冲击值的报道很多,但这使数据的比较变得更加困难。

作为其他用途之一,有铝挤压模,但在90年代前后,挤压厂家便提出通过提高模具钢的强度来提高模具寿命,同时为满足大件制品制作的需要,还要求提高大型模具的材质。为应对这些要求,日本高频钢业公司开发了KDA1,日立金属公司开发了DAC3。但是,自1995年以来,降低模具成本已成为挤压厂家的主要课题,因此没有开发新的模具材质。

在热锻模具方面,从80年代后期开始,日本开发了用于等速喷射的热锻模具用的高速模具钢。从90年代开始,随着热锻用白色脱模剂应用的不断扩大,析出硬化型热锻工具钢的使用量变得越来越少。因厂家的不同,变化的内容和时间的差异很大,整个锻造行业的发展动向、特殊钢厂家对整个业界的应对措施处于无法断定的状态中。

3.塑料模具用钢

对于塑料模具用钢,满足用户要求的新材质的开发和为防止模具发生微细气孔而提高钢水洁净度的技术已成为塑料模具用钢的发展趋势。下面就塑料模具用钢的发展动向进行归纳。

32HRC预硬化钢中,作为解决大件模具焊接裂纹问题的钢种,在90年代初期大同特殊钢公司开发了PX5,在SCM级用于主体的钢种中,主要使用低碳材。32HRC预硬化钢主要用于汽车用的灯模制作,日立金属公司通过降低HPM7等钢的非金属夹杂物来防止微细气孔的发生。

40HRC预硬化钢方面,在70年代左右,大同特殊钢公司开发了析出硬化型易切削系塑料金属模用钢NAK55,将32HRC预硬化钢的硬度提高到40HRC。尤其是,在80年代,开发了非易切削系的NAK80,使析出硬化型成为了40HRC预硬化钢的标准。虽然各公司都生产了相同的钢种,但最近在中国已能大量生产NAK80的产品。

析出硬化型的缺点是耐蚀性差和韧性低。1999年,日立金属公司开发了抗锈性好的析出硬化钢CENA1。在用于制作薄型电视外框金属模具中,如果采用普通的析出硬化钢,会出现散热孔生锈和模具表面烧毛的问题,因此,从2004年左右开始,韩国等国家开始采用CENA1。自2007年以后,为适应全球化的发展需要,日立金属公司开发了韧性比析出硬化系更高,在成本方面更具竞争优势的HPM-MAGIC等材料。

4.结束语

根据用户企业的技术动向和相关技术的发展趋势,已开发了模具钢的新型材质。最近,特殊钢厂家对新材质的开发面临严峻的挑选,因此,在模具技术专业会议上发表的新材质研究论文也正在减少,但可以推测,各公司通过不断与用户企业的技术交流,加快了新一代材料的开发。目前的技术积累,以及与要求严格的日本用户企业的技术交流,使日本模具钢厂家的开发步伐大大领先于新兴发展中国家。

另外,在生产现场,正在不断推进计算机管理,在模具钢生产方面模块化技术也有很多,对稳定产品质量有很大的帮助,因此,日本和新兴发展中国家在产品质量稳定性方面的差异今后将会缩小,但关键性方面的差异仍将会继续存在。

 

(来源:微信平台模具人杂志2015427日,由华南理工大学研究生吴成龙供稿)

 

 


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