模具鋼材基礎(chǔ)知識(shí)及加工工藝

模具鋼材基礎(chǔ)知識(shí)及加工工藝模具鋼材基礎(chǔ)知識(shí)及加工工藝模具鋼材基礎(chǔ)知識(shí)及加工工藝xxx公司模具鋼材基礎(chǔ)知識(shí)及加工工藝文件編號(hào)：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度第一章、鋼的分類(lèi)一、黑色金屬、鋼和有色金屬在介紹鋼的分類(lèi)之前先簡(jiǎn)單介紹一下黑色金屬、鋼與有色金屬的基本概念。1、黑色金屬是指鐵和鐵的合金,如鐵、生鐵、鋼和鐵合金等,鋼和生鐵都是以鐵為基礎(chǔ),以碳為主要添加元素的合金,統(tǒng)稱(chēng)為鐵碳合金,鋼鐵中均含有少量合金元素和雜質(zhì)的鐵碳合金,按含碳量不同可分為:*生鐵---含碳為～％,生鐵含碳很多,硬而脆,幾乎沒(méi)有塑性;*鋼(高炭鋼)---含碳為～％,鋼具有生鐵和熟鐵兩種優(yōu)點(diǎn),為人類(lèi)廣泛利用;*熟鐵(低碳鋼)---含碳小于％,熟鐵軟,塑性好,容易變形,強(qiáng)度和硬度均較低,用途不廣;生鐵是將鐵礦石放到高爐中冶煉而成的產(chǎn)品,主要用來(lái)煉鋼和制造鑄件;把鑄造生鐵放在熔鐵爐中熔煉,即得到鑄鐵(液狀),把液狀鑄鐵澆鑄成鑄件,這種鑄鐵叫鑄鐵件。鐵合金是由鐵與硅、錳、鉻、鈦等元素組成的合金,鐵合金是煉鋼的原料之一,在煉鋼時(shí)做鋼的脫氧劑和合金元素添加劑用,這些元素對(duì)生鐵的性能均有一定的影響。碳(C):在生鐵中以?xún)煞N形態(tài)存在,一種是游離碳(石墨),主要存在于鑄造生鐵中,另一種是化合碳(碳化鐵),主要存在于煉鋼生鐵中,碳化鐵硬而脆,塑性低,含量適當(dāng)可提高生鐵的強(qiáng)度和硬度,含量過(guò)多,則使生鐵難于削切加工,這就是煉鋼生鐵切削性能差的原因;石墨很軟,強(qiáng)度低,它的存在能增加生鐵的鑄造性能;硅(Si):能促使生鐵中所含的碳分離為石墨狀,能去氧,還能減少鑄件的氣眼,能提高熔化生鐵的流動(dòng)性,降低鑄件的收縮量,但含硅過(guò)多,也會(huì)使生鐵變硬變脆;錳(Mn):能溶于鐵素體和滲碳體;在高爐煉制生鐵時(shí),含錳量適當(dāng),可提高生鐵的鑄造性能和削切性能,在高爐里錳還可以和有害雜質(zhì)硫形成硫化錳,進(jìn)入爐渣;

磷(P):屬于有害元素,但磷可使鐵水的流動(dòng)性增加,這是因?yàn)榱驕p低了生鐵熔點(diǎn),所以在有的制品內(nèi)往往含磷量較高;然而磷的存在又使鐵增加硬脆性,優(yōu)良的生鐵含磷量應(yīng)少,有時(shí)為了要增加流動(dòng)性,含磷量可達(dá)%;硫(S):在生鐵中是有害元素,它促使鐵與碳的結(jié)合,使鐵硬脆,并與鐵化合成低熔點(diǎn)的硫化鐵,使生鐵產(chǎn)生熱脆性和減低鐵液的流動(dòng)性,顧含硫高的生鐵不適于鑄造細(xì)件;鑄造生鐵中硫的含量規(guī)定最多不得超過(guò)%(車(chē)輪生鐵除外)。

2、把煉鋼用生鐵放到煉鋼爐內(nèi)按一定工藝熔煉,即得到鋼;鋼的產(chǎn)品有鋼錠、連鑄坯和直接鑄成各種鋼鑄件等;通常所講的鋼,一般是指軋制成各種鋼材的鋼;鋼屬于黑色金屬但鋼不完全等于黑色金屬。

3、有色金屬又稱(chēng)非鐵金屬,指除黑色金屬外的金屬和合金,如銅、錫、鉛、鋅、鋁以及黃銅、青銅、鋁合金和軸承合金等;另外在工業(yè)上還采用鉻、鎳、錳、鉬、鈷、釩、鎢、鈦等,這些金屬主要用作合金附加物,以改善金屬的性能,其中鎢、鈦、鉬等多用以生產(chǎn)刀具用的硬質(zhì)合金;以上這些有色金屬都稱(chēng)為工業(yè)用金屬,此外還有貴重金屬鉑、金、銀等和稀有金屬,包括放射性的鈾、鐳等。二、鋼的分類(lèi)鋼是含碳量在%%之間的鐵碳合金;為了保證其韌性和塑性,含碳量一般不超過(guò)%;鋼的主要元素除鐵、碳外,還有硅、錳、硫、磷等;鋼的分類(lèi)方法多種多樣,其主要方法有如下七種:

1、按品質(zhì)分類(lèi):

(1)普通鋼(P≤%,S≤%)

(2)優(yōu)質(zhì)鋼(P、S均≤%)

(3)高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼(P≤%,S≤%)2.、按化學(xué)成份分類(lèi):(1)碳素鋼;(2)合金鋼。

3、按成形方法分類(lèi):(1)鍛鋼;(2)鑄鋼;(3)熱軋鋼;(4)冷拉鋼。

4、按金相組織分類(lèi):(1)退火狀態(tài)的;(2)正火狀態(tài)的;(3)無(wú)相變或部分發(fā)生相變的。

5、按用途分類(lèi):(1)建筑及工程用鋼:(2)結(jié)構(gòu)鋼;(3)工具鋼;(4)特殊性能鋼;(5)專(zhuān)業(yè)用鋼。

6、綜合分類(lèi):(1)普通鋼;(2)優(yōu)質(zhì)鋼(包括高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼)。

7、按冶煉方法分類(lèi)

(1)按爐種分:a、平爐鋼;b、轉(zhuǎn)爐鋼;c、電爐鋼;

(2)按脫氧程度和澆注制度分:a、沸騰鋼;b、半鎮(zhèn)靜鋼;c、鎮(zhèn)靜鋼;d、特殊鎮(zhèn)靜鋼。第二章、我國(guó)鋼號(hào)表示方法及各國(guó)模具鋼材牌號(hào)對(duì)照一、我國(guó)鋼號(hào)表示方法概述:鋼的牌號(hào)簡(jiǎn)稱(chēng)鋼號(hào),是對(duì)每一種具體鋼產(chǎn)品所取的名稱(chēng),是人們了解鋼的一種共同語(yǔ)言;我國(guó)的鋼號(hào)表示方法,根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法》(GB221-79)中規(guī)定,采用漢語(yǔ)拼音字母、化學(xué)元素符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字相結(jié)合的方法表示;即:①鋼號(hào)中化學(xué)元素采用國(guó)際化學(xué)符號(hào)表示,例如Si,Mn,Cr……等;混合稀土元素用“RE”(或“Xt”)表示。

②產(chǎn)品名稱(chēng)、用途、冶煉和澆注方法等,一般采用漢語(yǔ)拼音的縮寫(xiě)字母表示。

③鋼中主要化學(xué)元素含量(%)采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。GB標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)中所采用的縮寫(xiě)字母及其涵義:名稱(chēng)漢字符號(hào)字體位置屈服點(diǎn)屈Q大寫(xiě)頭沸騰鋼沸F大寫(xiě)尾半鎮(zhèn)靜鋼半b小寫(xiě)尾鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)Z大寫(xiě)尾碳素工具鋼碳T大寫(xiě)頭滾動(dòng)軸承鋼滾G大寫(xiě)頭高級(jí)(優(yōu)質(zhì)鋼)高A大寫(xiě)尾特級(jí)特E大寫(xiě)尾二、我國(guó)鋼號(hào)表示方法的分類(lèi)說(shuō)明:1．碳素結(jié)構(gòu)鋼①由Q+數(shù)字+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+脫氧方法符號(hào)組成;它的鋼號(hào)冠以“Q”,代表鋼材的屈服點(diǎn),后面的數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值,單位是MPa例如Q235表示屈服點(diǎn)(σs)為235MPa的碳素結(jié)構(gòu)鋼。

②必要時(shí)鋼號(hào)后面可標(biāo)出表示質(zhì)量等級(jí)和脫氧方法的符號(hào);質(zhì)量等級(jí)符號(hào)分別為A、B、C、D;脫氧方法符號(hào)F表示沸騰鋼;b表示半鎮(zhèn)靜鋼;Z表示鎮(zhèn)靜鋼,TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼,鎮(zhèn)靜鋼可不標(biāo)符號(hào),即Z和TZ都可不標(biāo);例如Q235-AF表示A級(jí)沸騰鋼;

③專(zhuān)門(mén)用途的碳素鋼,例如橋梁鋼、船用鋼等,基本上采用碳素結(jié)構(gòu)鋼的表示方法,但在鋼號(hào)最后附加表示用途的字母。

2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼:①鋼號(hào)開(kāi)頭的兩位數(shù)字表示鋼的碳含量,以平均碳含量的萬(wàn)分之幾表示,例如平均碳含量為%的鋼,鋼號(hào)為“45”,它不是順序號(hào),所以不能讀成45號(hào)鋼;

②錳含量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,應(yīng)將錳元素標(biāo)出,例如50Mn;

③沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼及專(zhuān)門(mén)用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在鋼號(hào)最后特別標(biāo)出,例如平均碳含量為%的半鎮(zhèn)靜鋼,其鋼號(hào)為10b。

3．碳素工具鋼

①鋼號(hào)冠以“T”,以免與其他鋼類(lèi)相混;

②鋼號(hào)中的數(shù)字表示碳含量,以平均碳含量的千分之幾表示。例如“T8”表示平均碳含量為%;

③錳含量較高者,在鋼號(hào)最后標(biāo)出“Mn”,例如“T8Mn”;④高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼的磷、硫含量,比一般優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼低,在鋼號(hào)最后加注字母“A”,以示區(qū)別,例如“T8MnA”。

4．合金結(jié)構(gòu)鋼

①鋼號(hào)開(kāi)頭的兩位數(shù)字表示鋼的碳含量,以平均碳含量的萬(wàn)分之幾表示,如40Cr。

②鋼中主要合金元素,除個(gè)別微合金元素外,一般以百分之幾表示。當(dāng)平均合金含量＜%時(shí),鋼號(hào)中一般只標(biāo)出元素符號(hào),而不標(biāo)明含量,但在特殊情況下易致混淆者,在元素符號(hào)后亦可標(biāo)以數(shù)字“1”,例如鋼號(hào)“12CrMoV”和“12Cr1MoV”,前者鉻含量為后者為其余成分全部相同。當(dāng)合金元素平均含量≥%、≥%、≥%……時(shí),在元素符號(hào)后面應(yīng)標(biāo)明含量,可相應(yīng)表示為2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。

③鋼中的釩V、鈦Ti、鋁AL、硼B(yǎng)、稀土RE等合金元素,均屬微合金元素,雖然含量很低,仍應(yīng)在鋼號(hào)中標(biāo)出。例如20MnVB鋼中。釩為硼為。

④高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼應(yīng)在鋼號(hào)最后加“A”,以區(qū)別于一般優(yōu)質(zhì)鋼。

⑤專(zhuān)門(mén)用途的合金結(jié)構(gòu)鋼,鋼號(hào)冠以(或后綴)代表該鋼種用途的符號(hào)。例如,鉚螺專(zhuān)用的30CrMnSi鋼,鋼號(hào)表示為ML30CrMnSi。

5．低合金高強(qiáng)度鋼

①鋼號(hào)的表示方法,基本上和合金結(jié)構(gòu)鋼相同。

②對(duì)專(zhuān)業(yè)用低合金高強(qiáng)度鋼,應(yīng)在鋼號(hào)最后標(biāo)明。例如16Mn鋼,用于橋梁的專(zhuān)用鋼種為“16Mnq”,汽車(chē)大梁的專(zhuān)用鋼種為“16MnL”,壓力容器的專(zhuān)用鋼種為“16MnR”。

6．彈簧鋼

彈簧鋼按化學(xué)成分可分為碳素彈簧鋼和合金彈簧鋼兩類(lèi),其鋼號(hào)表示方法,前者基本上與優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼相同,后者基本上與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。

7．滾動(dòng)軸承鋼

①鋼號(hào)冠以字母“G”,表示滾動(dòng)軸承鋼類(lèi)。

②高碳鉻軸承鋼鋼號(hào)的碳含量不標(biāo)出,鉻含量以千分之幾表示。例如GCr15。滲碳軸承鋼的鋼號(hào)表示方法,基本上和合金結(jié)構(gòu)鋼相同。

8．合金工具鋼和高速工具鋼

①合金工具鋼鋼號(hào)的平均碳含量≥%時(shí),不標(biāo)出碳含量;當(dāng)平均碳含量＜%時(shí),以千分之幾表示。例如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。

②鋼中合金元素含量的表示方法,基本上與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。但對(duì)鉻含量較低的合金工具鋼鋼號(hào),其鉻含量以千分之幾表示,并在表示含量的數(shù)字前加“0”,以便把它和一般元素含量按百分之幾表示的方法區(qū)別開(kāi)來(lái)。例如Cr06。

③高速工具鋼的鋼號(hào)一般不標(biāo)出碳含量,只標(biāo)出各種合金元素平均含量的百分之幾。例如鎢系高速鋼的鋼號(hào)表示為“W18Cr4V”。鋼號(hào)冠以字母“C”者,表示其碳含量高于未冠“C”的通用鋼號(hào)。

9．不銹鋼和耐熱鋼

①鋼號(hào)中碳含量以千分之幾表示。例如“2Cr13”鋼的平均碳含量為%;若鋼中含碳量≤%或≤%者,鋼號(hào)前分別冠以“00”及“0”表示之,例如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9等。

②對(duì)鋼中主要合金元素以百分之幾表示,而鈦、鈮、鋯、氮……等則按上述合金結(jié)構(gòu)鋼對(duì)微合金元素的表示方法標(biāo)出。10．焊條鋼

它的鋼號(hào)前冠以字母“H”,以區(qū)別于其他鋼類(lèi)。例如不銹鋼焊絲為“H2Cr13”,可以區(qū)別于不銹鋼“2Cr13”11．電工用硅鋼①鋼號(hào)由字母和數(shù)字組成。鋼號(hào)頭部字母DR表示電工用熱軋硅鋼,DW表示電工用冷軋無(wú)取向硅鋼,DQ表示電工用冷軋取向硅鋼。②字母之后的數(shù)字表示鐵損值(W/kg)的100倍。

③鋼號(hào)尾部加字母“G”者,表示在高頻率下檢驗(yàn)的;未加“G”者,表示在頻率為50周波下檢驗(yàn)的。

例如鋼號(hào)DW470表示電工用冷軋無(wú)取向硅鋼產(chǎn)品在50赫頻率時(shí)的最大單位重量鐵損值為kg。12．電工用純鐵①它的牌號(hào)由字母“DT”和數(shù)字組成,“DT”表示電工用純鐵,數(shù)字表示不同牌號(hào)的順序號(hào),例如DT3。

②在數(shù)字后面所加的字母表示電磁性能:A——高級(jí)、E——特級(jí)、C——超級(jí),例如DT8A。

三、各種元素對(duì)鋼材性能之影響碳(Carbon):存在于所有的鋼材,是最重要的硬化元素。有助于增加鋼材的強(qiáng)度。鉻(Chromium):增加耐磨損性,硬度,最重要的是耐腐蝕性,擁有13%以上的認(rèn)為是不銹鋼。盡管這么叫,如果保養(yǎng)不當(dāng),所有鋼材都會(huì)生銹的。錳(Manganese):重要的元素,有助于生成紋理結(jié)構(gòu),增加堅(jiān)固性,和強(qiáng)度、及耐磨損性。在熱處理和卷壓過(guò)程中使鋼材內(nèi)部脫氧。鉬(Molybdenum):碳化作用劑,防止鋼材變脆,在高溫時(shí)保持鋼材的強(qiáng)度,出現(xiàn)在很多鋼材中,空氣硬化鋼總是包含1%或者更多的鉬,這樣它們才能在空氣中變硬。鎳(Nickle):保持強(qiáng)度、抗腐蝕性、和韌性。硅(Silicon):有助于增強(qiáng)強(qiáng)度。和錳一樣,硅在鋼的生產(chǎn)過(guò)程中用于保持鋼材的強(qiáng)度。鎢(Tungsten):增強(qiáng)抗磨損性。將鎢和適當(dāng)比例的鉻或錳混合用于制造高速鋼。在高速鋼中均含有大量的鎢。釩(Vanadium):增強(qiáng)抗磨損能力和延展性。四、常用國(guó)產(chǎn)模具鋼材與各國(guó)模具鋼材牌號(hào)對(duì)照:國(guó)產(chǎn)牌號(hào)日本牌號(hào)美國(guó)牌號(hào)瑞典牌號(hào)化學(xué)成分CSiMnSNiCrWMoVCr12MoV1SKD11D2XW-41DC53Cr12MoVCr12SKD1D3XW-5CrWMnSKS31DF-24Cr5MoSiV1SKD61H138407DH31S4Cr13SUS420420S1363Cr2NiMoPDS-5P20+Ni7183Cr2MoPDS-3P2061810Ni3MnCuA1NAK80W18Cr4VSKH-2T1W6Mo5Cr4V2SKH-9M2第三章、本廠常用模具鋼材性能對(duì)比一．硬度對(duì)比:本廠常用模具鋼材硬度對(duì)比牌號(hào)200回火300回火400回火500回火600回火SKD615352545552SKD116158596050DC5361596163DH31S515350VIKING57565758S-13653525450840752525254二．韌性對(duì)比:在本廠常用模具材料中,以DH31S的韌性最好,依次為:8407、SKD61、VIKING、S136、SKH51、DC53、SKD11;三．強(qiáng)度對(duì)比:在本廠常用模具材料中,以SKH51強(qiáng)度最好,依次為DC53、SKD11、VIKING、S136、DH31S、8407/SKD61;四．磨削加工性:在本廠常用模具材料中,以SKH5最難進(jìn)