国内外模具材料的发展及现状

国内外模具材料的发展现状及趋势

赵辉

材料082班 082033

摘要：简单介绍了我国及国外模具材料发展的现状及趋势，还介绍了我国模具材料存在的一些问题。

关键词：模具材料，现状，发展趋势

1.引言

随着世界经济产业结构的调整，先进的制造工艺已成为我国工业的发展方向之一。而制造业的基础模具工业也随之迅速地得到发展。中国模具潜在的市场很大，近年来中国已迅速地发展成为模具制造大国，在世界模具制造业产值中，所占的比例逐年上升，模具材料的用量也逐年增长。工业技术不断向前发展，对模具要求在更苛刻、更高速的工况条件下工作。因此，国内外都在模具材料的研究和发展上做出了巨大的努力，也在这一方面取得了不少成果。制造模具及其零件的材料有很多，如钢，铸铁，非铁合金及其合金、高温合金、硬质合金、钢结硬质合金、有机高分子材料、无机非金属材料、天然或人造金刚石等。但其中钢是用的最多，应用范围最广的材料。这篇文章，我将说说国内外模具材料（包括冷作模具材料，热作模具材料及塑料模具材料）的现状及发展趋势。

2.国内模具材料现状及发展趋势

2.1国内模具材料现状

近几年，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展，在世界模具产值中所占比例显著提高。经过几次钢种整顿的标准修订，在GB/T1299-2000《合金工具钢》标准中包含了37 个钢种，基本上形成了我国特色的模具钢系列。据中国冶金工业联合会调研，我国模具钢按照使用状态主要分为：塑料模具钢约占60%；冲压模具钢约占20%；压铸模具钢占6%~8%。目前我国模具用钢广泛，除了工具钢(碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢)外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多，但常用的只有20余种，而用量最多的是Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、5CrNiMo、45、40Cr等。其中Cr12、Cr12MoV的应用量大面广，但在冶炼、铸造、锻造、热处理等方面存在一系列问题，模具使用寿命较低，特别是产品结构和应用方面还存在一些问题[1,8]。

国内大多数冶金厂设备、工艺较落后,大多采用电炉冶炼,钢的纯度差,表面脱碳层深、碳化物级别高、疏松超标。钢材的冶金质量低、成材率低,一般质量的模具钢多,高质量的模具钢材少。而国外模具钢生产

80 %以上采用真空精炼和电渣重熔生产,钢材纯度、等向性高。而国内通过电渣重熔生产的模具钢所占的份额很少,大约1/10 。国外发达国家的模具钢成材率在85 %～90 % ,而国内成材率仅为70 %。与国外相比存在很大差距[3]。

2.2塑料模具材料

塑料模具的工作条件比较复杂,它在工作过程中会受到高温塑料填充和流动的压应力和摩擦力作用,同时高温塑料在成型过程中总会有一些腐蚀性物质析出。这种特殊的工作条件对塑料模具材料提出了特定的性能要求。1.具有优良的综合性能；2.具有优良的工艺性能。模具材料包括模具钢和合金材料,但主要是模具钢。目前,专用塑料模具钢系列主要包括渗碳型塑料模具钢、淬硬型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀型塑料模具钢和无磁型塑料模具钢等[7]。

我国列入国家标准中的塑料模具钢仅为3Cr2Mo 和3Cr2MnNiMo 。国外常用的塑料模具钢已形成较完整的系列,如美国塑料模具钢有7 个钢号,形成完整的P 系列:日本日立金属公司有15 个钢号:日本大同特殊钢13 个钢号。我国塑料模用钢的随意性较大,80 %是用碳钢和40Cr 钢。对于复杂、精密模具,

为避免热处理变形,一般在退火态、正火态或调质态加工使用,因此寿命仅为国外同类模具的1/10～1/2 。国内汽车塑料模具企业大多愿意选用德国、日本、瑞典三大系列的模具钢,高光模具材料用N K80 、2738 、P20 ; 关键模具材料用进口的2738 、NAK80 、S136 等。但是,在国内购买欧洲模具钢材,价格上扬30 %～40 % ,严重影响了国内模具的竞争力[3]。

2.3冷作模具材料

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A( 2Cr5Mo1V) 和高铬高碳模具钢D3(Cr12)D2(Cr12Mo1V1) 。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:高韧性高耐磨性模具钢、低合金空淬微变形钢、粉末冶金模具等。高韧性高耐磨性模具钢比较有代表性的钢号有美国钒合金钢公司早期发表的VascoDie,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。低合金空淬微变形钢代表性的钢号有: 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。粉末冶金模具由于具有磨削性、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[2]。

我国目前的冷作模具材料包括碳素工具钢、低合金高碳工具钢、高耐磨钢（高碳高铬钢、高碳中铬钢、高速钢以及特殊用途冷作模具钢。

其中特殊用途冷作模具钢包括：微变形钢，硬质合金以及钢结硬质合金。

微变形空淬钢,这类钢有较高的淬透性，可用冷却速度缓和的淬火介质，从而减少了淬火应力，降低了变形开裂倾向，在淬火时可通过调节残余奥氏体的比例，达到微变形。这类钢号主要有GD钢等。7CrNinSioV 钢(GD)的特点是强韧性较好，工艺性能好，可代替CrWMn、WCr12型钢制冷作模具，解决模具早期崩刃或断裂。

硬质合金，具有高的硬度、高的抗压强度和高的耐磨性，所以用其制作的模具坚固耐用，使用寿命比