[其他]易切削高韧性塑料模具钢

说明书

本发明是一种硫钙复合系塑料模具钢。该模具钢可在预硬状态下（HRC30～45）加工制模，加工后可直接使用，彻底解决了由热处理带来的模具变形问题。

目前，国内常用的塑料模具钢是45^＃、40Cr以及CrWMn等工具钢。为了避免热处理变形，不得不在退火或正火态下（HRC＜25）加工制模，因而模具使用硬度较低，耐磨性差，寿命低。模具的表面光洁度不高，以至塑料制品的光亮度差，缺乏竞争能力。近年来，国外报导的易切削塑料模具钢有单一硫系，也有复合系，但为硫硒复合系。例如日本的EMD易切削工具钢就是属硫硒系。（见《日特技报》1973.No1.P34）硒的价格昂贵，且有公害。硫钙复合系至今尚未见报导。

研制S-Ca复合系钢种的目的在于改善模具的切削加工性能。此钢种与目前国内使用的同类钢相比，具有不需电渣重熔、冶炼工艺简单，成本低、韧性高等特点。与国外同类钢相比，具有改善了钢中硫化物的形状、大小，提高了钢的横向机械性能，减轻了各向异性对模具性能的影响，同时也降低了成本。此种模具钢在预硬状态下能直接加工，加工后有很好的表面光洁度（11～12）。在高硬态下（HRC＞52）具有热处理变形小，变形方向性小，韧性高以及能较好地阻止裂纹扩展等特点。此外还具有良好的耐冷热疲劳性能。

本发明所指的硫-钙复合系易切削塑料模具钢采用电弧炉冶炼， 直接硫化。并用喷射冶金加入适量的钙，控制溶解氧含量在100ppm以上。可得到较为理想的纺锤形硫化物。工艺简单、冶金质量好、锻造性较佳，成材率高，成本低。最佳热处理工艺为淬火温度860～920℃，回火温度为500～675℃。

本发明所指的塑料模具钢，其基本成份（重量百分比）如下：S    0.04～0.20%，Ca    0.002～0.020%，C    0.30～0.65%，Ni    0.30～2.00%，Mn    0.50～2.00%，Cr    0.30～2.00%，Mo    0.10～1.00%，V    0.10～0.80%，0＜Si＜1.0%。

表一给出本发明钢和对比钢的化学成份。

表二给出本发明钢和对比钢种的相对切削性能。

表三结出本发明钢和对比钢种的相对冲击韧性性能。

本发明钢的化学成份范围确定的理由是：

预硬型塑料模具钢可分沉淀硬化型和调质型两大类，两者各有所长。调质型预硬塑料模具钢与沉淀硬化型相比具有冲击韧性高、耐磨性好、冷热疲劳性能较好的特点。而易切削预硬型塑料模具钢的基础钢又可分为两类，一是中碳含1-2%镍，另一种是中碳含5%铬，再加入其它少量合金元素。前者淬火温度为840℃～900℃，后者淬火温度为1000℃以上。考虑到韧性的要求，从节能角度出发，采用中碳含镍多元少量合金化方案，各元素的主要作用如下：

1.镍：可提高钢的韧性，有利于提高冷热疲劳性能，并可提高钢的淬火透性。但因其韧化基体对断屑性不利。故镍含量以0.30～2.00%为宜。

2.锰：可提高基体强度和硬度，并显著地提高钢的淬透性，同时对降低淬火温度有利，但锰促进晶粒长大。对含硫易切削钢而言，为了能生成易切削质点-硫化锰，避免低熔点FeS-MnS共晶产物的形成，Mn/S比必须大于一定数值，所以，适宜的锰含量为0.50～2.00%。

3.铬：可显著提高钢的淬透性，增加钢的回火稳定性，从光洁度指标来看有较好的影响。但其碳化物在低温淬火时不易溶解。其含量为0.30～2.00%。

4.钼与钒：钼可抑制高温回火脆性，并有利于化学热处理。钼和钒形成稳定的碳化物可细化晶粒，降低钢的过热敏感性，提高耐磨性。它们的含量控制在：钼0.10～1.00%，钒0.10～0.80%。

5.硅：硅能提高钢的淬透性，但对切削性有不利影响，其含量控制在1.0%以下，但不为零。

6.碳：是提高钢的淬硬性和淬透性极为重要的元素，但过量的碳恶化钢的韧性，对可切削性也带来不利影响。适宜的碳量为0.30～0.65%。

易切削元素采用硫钙复合系，硫钙的作用分别为：

硫：与锰生成易切削质点硫化锰。由于硫化锰能产生应力集中、破坏钢基体的连续性，并起润滑作用，提高了钢的可切削性，适宜于中、低速切削。兼顾可切削性和韧性，硫含量为0.04～0.20%。