模具材料的现状和发展趋势

模具材料的现状和发展趋势1模具材料的现状和发展趋势刘昕萌（材料082081981）摘要：模具材料在品种、工艺方面的发展状况，还对今后的发展进行了展望。关键词：模具材料；现状；发展趋势1.引言模具制造水平是衡量一个国家产品制造水平的重要标志。而模具本身由于成本高，素有“黑色黄金”之称。随着我国模具工业的迅速发展，对模具的需求量日益扩大，对模具质量、使用寿命的要求也越来越高。合理的选择模具材料、制定正确的热处理工艺、选取适当的表面处理方法、研究和开发新型模具材料都是十分必要的。2.模具材料的现状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[1]。模具材料主要是模具钢，模具钢的产量在近20年来，增长是非常迅速的，领先于其他钢种。我国国家信息研究中心的统计资料显示1997年我国合金工具钢的总产量已在15万吨左右，模具钢的产量已居于世界前列。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[2]。但是模具钢的生产技术、产品质量方面和国外发达的工业国家相比较，还是存在着较大差距的。很多制造大型、精密、长寿命模具的钢材仍需要从国外进口。我国近年来每年进口模具的费用约为10亿美元左右，已经成为世界上进口模具最多的国家。下面就让我们来具体分析一下我国模具材料所面临的现状。2.1.1热作模具钢热作模具钢用于制造锻压、压铸、热挤压、热镦锻等模具。压铸作为一种金属零件接近最后形状尺寸的精密成型工艺，在高速发展的汽车、机械、电子等重要产业中占有举足轻重的地位，需求量与日俱增。我国每年需要压铸模具十万吨，价值十亿元。汽车轻量化就要大量采用铝合金、镁合金压铸件。每个国家都是汽车制造业驱动压铸行业，中国汽车业使用压铸件占65.5%的市场份额，在日本等发达国家则高达80%以上[3,4]。模具材料的现状和发展趋势2表1是国产主要热作模具钢的化学成分[5-10]。热作模具钢通过近15年的大力推广应用，世界上应用较广、综合性能较好的4Cr5MoSiV1(H13)钢的年产量和使用量已居热作模具钢首位，但传统的综合性能较差的热作模具钢3Cr2W8V年产量仍在1万吨以上，有待进一步深入地研究，使产品结构和选用工作更趋合理。表1国产主要热作模具钢的化学成分wB%CCrMoWVSi其他HM10.32-0.422.8-2.22.5-3.01.2-1.80.8-1.2HM30.20-0.282.6-3.22.7-3.20.6-0.80.08-0.15NbGR0.37-0.472.5-3.52.0-3.03.5-4.51.0-1.40.1-0.270.1-0.2NbHD20.35-0.452.5-3.01.8-2.21.0-1.40.14-0.22TM0.42.82.11.01.00.41.0MnY40.42.82.11.00.41.0MnO12Al0.47-0.573.8-4.32.8-3.30.9-1.20.8-1.10.3-0.7AlB20.35-0.452.2-2.61.2-1.60.4-0.65B30.26-0.352.2-2.61.2-1.60.5-0.80.4-0.65CHD0.25-0.352.5-3.01.5-2.60.3-0.80.50.8-1.2NiHHD0.20-0.308.0-12.00.8-2.00.3-0.80.3-0.80.8-1.20.8-1.2Ni0.02-0.1N2.1.2冷作模具钢冷作模具钢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。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：高韧性高耐磨模具钢，其碳铬含量低于Cr12型模具钢，增加了钼、钒合金的数量，刚中形成大量的MC型高弥散度碳化物，其耐磨性不低于或优于Cr12MoV钢，韧性和抗回火软化能力高于Cr12模具材料的现状和发展趋势3型钢；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。2.1.3塑料模具钢在GB1299-2000标准中，合金塑料模具只有2个钢号，即3CrMo(美国牌号P20)，3Cr2NiMo(瑞典718)，在品种方面还不能满足生产需要。至今高档塑料模具钢仍然大量依靠进口预硬性塑料模具钢[11].我们国家国产的塑料模具钢钢种与国外还有一定的差距，不但钢种系列不完善，而且缺乏高硬度高耐腐蚀等特殊使用性能钢种。3.模具材料的发展趋势对于我国模具材料的目前的现状，我们今后的模具材料发展应重视以下几个方面：引进并开发新品种模具钢；逐步完善各种模具材料系列，以降低生产成本，满足正确选材的需要；建立先进的生产线、完善科研试制基地和情报中心，形成研发、生产、供货、使用一体化畅通渠道；应用模具材料热处理新技术、新工艺和新的表面强化技术工艺。3.1.1热作模具钢近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。为了适应热做模具钢发展需要,国内外相继开发了一些产品，主要分为以下类型：高淬透性特大锻压模块用钢，大型锻压设备有时候模具重达几十吨，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。我国也开发了一些淬透性较好的钢号4Cr2MoVNi、3Cr2NiMoWV等；高热强型模具钢，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。国内外陆续研制开发了不少新型模具钢，如中合金高热强性热作模具钢、沉淀硬化型热作模具钢、低碳高速钢、奥氏体型热作模具钢等。3.1.2冷作模具钢除了发展高韧性耐磨性模具钢和低合金空淬微变形钢外，由于粉末冶金模具具有磨削性、韧性、等相性、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。3.1.3塑料模具钢模具材料的现状和发展趋势4随着塑料模具制品品种和数量增多、质量提高，塑料模具钢需求量增大，对塑料模具钢的要求也更高。所以这就迫切地要求我们建立起一个完善而具体的塑料模具模具钢的系列，为塑料模具钢的冶炼、质量控制、供货、选材和加工提供了标准的依据，使我们模具钢工业化程度更高，更能满足当今我们工业化迅速发展的要求。4.结束语综合上述的各种情况，我国模具材料及其处理技术的发展前景十分广阔。我们要积极开发和引进高性能的新型模具材料，增加模具钢材的品种、规格，形成符合我国资源情况的系列化和标准化的模具材料，以满足不同模具的使用性能和寿命的要求；重视模具的设计、选材、加工、处理、检验等全过程控制，不断降低生产成本，提高经济效益；加强对模具的新技术、新材料、新工艺的研究，发展模具的成套加工精密设备，提高模具生产的整体水平。参考文献：[1]丁洁,姜超,陈林.国内外模具钢生产状况及发展[J].山西冶金,2006,(2):7-10.[2]赵昌盛,朱邦全.我国模具材料的应用发展[J].模具制造,2004,(11):61-66.[3]BrulowerPM.AutomotiveDieCastingMagnesiumReviewingupofthe21stCentury.DieCastingEngineer,1997,41(3):68-70.[4]唐玉林.我国压铸件的国际地位及分析.特种合金及有色合金,2002,(1):35-37.[5]中国模具工业协会.模具钢使用推荐表.北京:机械工业出版社,1997.[6]陈蕴博.热作模具钢的选择与应用.北京:国防工业出版社,1993.[7]卢吉连.我国模具钢应用技术现状与发展.模具技术,2000,(6):1-13.[8]胡志刚.热作模具材料的进展.甘肃冶金,2000,(3):18-21.[9]朱宗元.我国热作模具钢性能数据集.机械工程材料,2001,25(1):40-43.[10]崔昆.中国模具钢现状及发展.机械工程材料.2001,25(2):1-13.[11]陈再枝,马党参,国内外模具钢产品的进展[J].特殊钢,2006,(9):37-39.