在市场上的冲压件种类繁多,除了常见的五金类、金属材料类冲压件之外还有其它冲压制品,如:自行车冲压件、家电冲压件等。在众多的冲压制品中,有一种类型叫做模具钢。精密小五金冲压件,主要是指以热模锻、热挤压等方式成形的产品中的金属板材冲压模具钢与原材之间主要存在着塑性变形和断裂变形。精密小五金冲压结构简单,使用范围广泛;性能稳定等优点使其在金属制件中应用越来越广泛。而在生产制作工艺上也从过去单一的手工制造逐步向自动化、机械化、连续化方向发展。
1.一般模具钢在正常生产中的主要问题有以下几个方面:
①材料的硬度:当材料的硬度过高时,在金属材料中,钢本身会发生变形和破坏现象。根据模具钢的理论承受内应力,应选用大的尺寸,同时应具有较高的韧性和耐磨性。因此,材料硬度应控制在HRC60以上。②碳化物在高温下形成量少或不稳定:钢在淬火后由于固溶现象而形成大量碳氧化物的缘故。碳化物不稳定导致冷却后碳化物存在于回火倾向和凝固倾向较高和强度较低的两个部位,以及它们之间产生淬火应力或疲劳应力过大等现象。③组织与性能变化:由于钢种不同,其化学成分和组织结构也存在着很大的差异。
2.模具钢的材料特性
模具钢具有较好的抗拉强度、抗弯强度、韧性和塑性,具有较好的冲击韧性和耐磨性。从目前使用情况来看,冲压过程中容易产生疲劳裂纹,但一般只影响到冲压件不能使用时用来成形的部分。冲压模主要用来成形普通板料、型腔及金属零件制品中的精密小五金冲压件以及非标冲压件、各种复杂模具、汽车模具等。冲压模具钢一般要求具有较好的塑性和韧性,其力学性能主要取决于合金元素含量、成分和组织结构、热处理工艺以及热处理后金属加工工艺等方面。
3.特殊类型的模具钢应进行热处理来提高其耐磨性
模具钢常用的热处理方法有淬火、渗碳、热时效等。淬火通常是将碳化物(MnS)和氮、磷等元素在500~1000℃温度下加热至某一温度进行回火处理。渗碳主要用于提高钢材硬度及表面质量,还可使钢材硬度提高一倍左右。热时效主要用于提高钢材强度、塑性、韧性以及低温韧性。渗碳可提高钢材强度、韧性以及高温力学性能;回火可提高钢材强度、韧性及低温力学性能;而渗氮可提高钢材强度;渗碳可增加钢材强度。渗氮是常用加工工艺技术之一,也是开发模具钢新品种具有重要意义。
4.用非金属元素控制钢中碳化物的形成
碳化物在钢中形成后,会使钢的强度和塑性下降。为此,要使钢中形成的碳化物具有一定的固溶度和分布范围,必须有合适的碳化物固溶度和分布范围。一般采用二次合金化处理方法来提高或控制含碳量比较低时出现在钢中较稳定的碳化物成分。用三元金属、二次合金、高锰酸盐、高铬化合物以及各种强化元素来提高强度、塑性和抗晶间腐蚀能力。这些非金属元素对钢中某些元素控制能力很强,如:奥氏体、渗碳体、等温铁素体,可使钢具有不同尺寸和硬度下良好的组织形态(脆性回火碳化物、马氏体)以减少晶间腐蚀和消除疲劳裂纹产生。