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相 关 技 术 资 料
了解模具的服役条件,对正确选用模具材料及热处理工艺相当重要。对模具服役条件的掌握也是对模具进行失效分析的前提,是提高模具寿命的必备条件。标准件行业曾做过试验,同样条件下生产的同一种模具不同标准件厂因机床精度不同,模具使用寿命相差数倍。随机引进国外生产的 模具,在我国使用中,也达不到国外模具的使用寿命。
模具的失效是指模具丧失了正常工作能力,其生产出的产品已成为废品。模具的基本失效形式是断裂及开裂、磨损、疲劳及冷热疲劳、变形、腐蚀。冷作模具容易产生脆断而不会出现冷热疲劳失效,热作模具容易产生冷热疲劳、裂纹及变形,而冷、热作模具都可能因磨损而失效。了解了模具失效形式,就可以进一步分析模具的失效原因,找出影响模具失效的各种因索,从而提高模具质量,延缓模具失效。 & D+ }; X9 e8 W1 n& F: O" H
<<模具材料与使用寿命>>
(1) 冷作模具主要用于金属或非金属材料的冷态成形。冷作模具在服役过程中承受拉伸、弯曲、冲击、疲劳等不同应力的作用，而用于金属冷挤、冷镦、冷拉伸的模具,还要承受3000C左右的交变温度作用；
(2)热作模具主要用于高温条件下的金属成形,模具是在高温下承受交变应力和冲击力，工件成形温度往往在10000C以上,模具还要经受高温氧化及烧损,在强烈水冷条件下经受冷热变化引起热冲击作用;
(3)塑料模具中的热固性塑料压模受力较大,而且温度为200--2500C左右,模具在较强的磨损及浸蚀条件下工作,而热塑性塑料注射模其受力、受磨损都不太严重,但部分塑料品种含有氯及氟,当压制时易发出腐蚀性气体,模具型腔经常受气体腐蚀作用。
塑料制品成型模按塑料品种不同,可以分为两大类：
(3.1)热固性塑料压模(胶木模)
用于酚醛树脂、三聚氰胺树脂等各种胶木粉(又称电木粉)的压制成形。工作条件；温度为200--2500C、受力大、易磨损、易侵蚀,手工操作时还会受到脱模的冲击和碰撞。特点;压制各种胶木粉,一般含大量固体填充剂,多以粉末直接放入压模,热压成形,受力较大,磨损较重。
(3.2)热塑性塑料注射模
用于尼龙、聚甲醛、聚乙烯、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯等各种热塑性塑料的注射成形。工作条件;受热、受压、受磨损,但不严重。部分品种含有氯及氟,在压制时放出腐蚀性气体,侵蚀型腔表面。特点;通常不含固体填料,以软化状态注入型腔,当含有玻璃纤维填料时,对型腔的磨损加剧。
(3.3) 塑料模具的主要失效形式
塑料模具的基本失效形式是表面磨损、变形及断裂,但由于对塑料制品的表面粗糙度及精度要求较高,故因表面磨损造成模具失效比例较大。
热固性塑料对模具表面严重摩擦,会造成表因拉毛,而使模腔表面粗糙度变火。这必然会影响到压制件的外观质量,需要定期卸下抛光,经多次抛光后,会由于型腔尺寸超差而失效。
当塑料中含有云母粉、硅砂、玻璃纤维等固体无机填料时,会明显加剧模具的磨损。这不仅会使型腔表面粗糙度迅速恶化,也会使模型腔尺寸急剧变化。
由于塑料中存在氯、氟等元素,受热时会分解出HCL,HF等强腐蚀性气体,侵蚀模具表面,会加剧模具的磨损失效。
塑性变形失效;以渗碳钢或碳素工具钢制造的胶木模,特别是小型模具在大吨位压力机上超载使用时,容易产生表面凹陷、皱纹、堆塌等,特别是在棱角处更容易产生塑性变形。
塑性变形失效产生的原因,主要是模具型腔表面的硬化层过薄,变形抗力不足或因工作温度高于回火温度而发生相变软化,而使模具早期失效。为防止塑性变形,需将模具处理到足够的硬度及硬化层深度,如对碳素工具钢,硬度应达到52--56HRC,渗碳钢的渗层厚度应大于0.8mm。
断裂失效是一种危害性较大的快速失效形式。由于塑料制品成形模具形状复杂,存在许多棱角、薄壁等部位,在这些部位会产生应力集中,而发生断裂。断裂的主要原因是由于结构、温差而产生的结构应力,热应力或因回火不足,在使用温度下,使残余奥氏体转变成马氏体,引起局部体积膨胀,在模具内部产生的组织应力所致。
为此,除在设计中应予注意,在热处理中要充分回火外,主要应选用韧性较好的模具钢制造塑料模,对于大、中型复杂型腔胶木模(即热固性塑料压模),应采用高韧性钢(渗碳钢或热作模具钢)制造。
# d3 a4 x+ o7 L1 z(3.4) 塑料模具的主要性能要求
耐热性能;随着高速成型机械的出现,塑料制品生产速度加快。由于成形温度在200--3500C之间,如果塑料流动性不好,成形速度又快,会使模具部分成型表面温度在极短时间内超过4000C。为保证模具在使用时的精度及变形微小,模具钢应有较高的耐热性能。为减少温升,模具钢还应有良好的导热性及较低的热胀系数。
在工作温度下具有足够的强度;塑料注射成型压力很大 ,而闭模压力一般为注射压力的1.5--2倍,有的高达4倍左右。因此,希望模具钢能有较高强度。
耐磨性;随着塑料制品用途的扩大,在塑料中往往需添加玻璃纤维之类的无机材料以增强塑性,由于添加物的加入,使塑料的流动性大大降低,导致模具的磨损,故要求模具有良好的耐磨性。
耐蚀性;在ABS树脂中添加抗燃剂以及聚氯乙烯等,在成形过程中可能放出腐蚀气体而腐蚀模具,有时在空气流道口处使模具锈蚀而损坏,故要求模具钢有良好的耐蚀性。
良好的切削加工性能;随着塑料制品的大型化,形状复杂化和精密化,要求模具用钢有良好的切削加工性能,在切削过程中加工硬化小。为避免模具变形而影响精度,希望加工残余应力能控制在最小限度。
镜面加工性能;型腔表面光滑,成型面要求抛光成镜面,表面粗糙度低于Ra0.4μm,以保证塑料压制件的外观并便于脱模。
尺寸精度;模具镶块加工精度高配合精度高,型腔尺寸精度一般为3-5级。拚镶型腔的接合面要求密合,以免制品挤入缝隙内。
花纹图案光蚀性能;不少塑料制品为了美化,在其表面增添了花纹图案,在皮革工业中,应用大型皮纹压花板,这都要求模具钢具有较好的图案光蚀性。
(3.4)塑料模具钢的分类
低碳低合金钢; 这类钢的退火硬度较低,经冷挤压成形后进行渗碳及淬火回火处理,使模具具有一定的硬度、强度和耐磨性,表面性能接近4Cr5MoSiV热模钢的水平。由于这类模具系冷挤压成形,无须再进行切削加工,故具有制模周期短,便于批量加工、精度高等优点。
(日本材料CH1 ,CH41 , 美国材料P1 ,P6 )
碳素结构钢; 国内常采用45钢,适用于批量生产一般热塑性制品成型模具。随着塑料制品精密化,形状复杂及大型化,成型方法的高速化,碳素结构钢日益被合金钢及高含金钢所替代。
(日本材料S55C ,AUKI)
调质预硬钢及易切削预硬钢; 这类钢具有较高的淬透性,经调质预处理后,可获得均一的组织和所需硬度。
调质预硬钢 4Cr5MoSiV1(H13)钢,较其它预硬钢有较高的耐热性能,适用于聚缩醛、聚酰胺(尼龙)树脂制品件的注射成形模具,经预硬处理后,硬度约45--50HRC。
易切削预硬钢; 即保持了钢经调质后的高硬度(39--43HRC) ,又具备了良好的切削加工性能,适用于对尺寸精度有要求的大型塑料模具。
(SKT4系 ,SKD61系, 国产8Cr2MnWMoVS ,5CrNiMnMoVSCa)
合金工具钢;为了提高模具型腔表面的抗剥落能力,对模具材料不仅要求具有一定的压缩强度,还要求有高硬度、高耐磨性及一定的韧性。对于形状不太复杂的一般精度的塑料模具,通常采用含碳量高的合金工具钢 (Cr12MoV, SKD11, CrWMn ,SKS31)
时效硬化钢; 适于制作高精度塑料模具,透明塑料模具等。
MASI是一种典型的马氏体时效钢,经8150C固溶处理后,硬度为28-32HRC,可进行机械加工,再经4800C时效,使硬度达到48--52HRC。钢的强韧性高、时效时尺寸变化小、焊补性能好,但钢的价格昂贵。
25CrNi3MoAL是我国研制的一种低镍时效钢,成分与N3M相近,经8800C淬火和680--7000C高温回火后,硬度为20-25HRC,可进行机械加工,再径520--5400C时效,硬度达到38--42HRC。
耐蚀塑料模具钢;以聚氯乙烯(PVC)及ABS加抗燃树脂为原料的塑料制品,在成形过程中分解产生腐蚀性气体,会腐蚀模具。因此,要求塑料模具钢有很好的耐蚀性能。
(PSL ,STB ,HPM38)
(3.5)塑料模具钢 的选用原则
应根据模具工作条件及对模具性的要求,合理选用能满足要求的钢种。
应选用冶金质量好、性能稳定可靠、来源方便、有保证的钢材。
应选用工艺性能好、使用性能可靠、工作寿命长的钢种。
应选用切削性能好、节约加工工时的钢种。
镜面性能好、能保证精度的钢种。
对有特殊性能要求的模具,应选用具备特殊性能的钢种。
(3.6)模具热处理要点
硬度要求;塑料模具应有适中的硬度和良好的韧性,不同类型的模具要求不同的硬度,由于热固性塑料模具是在长期受热、受压下工作,因而要求在热处理后,具有足够的抗堆塌能力。
热处理工艺要点; 模具在热处理过程中,应特别注意保护型腔表面,防止表面氧化、侵蚀、脱碳或增碳。如果表面碳量过高,则会使残杀奥氏体增多,难以或根本无法抛光。 淬火冷却时,应采用较缓和的冷却介质,以免变形和淬裂。可采用延迟冷却淬火或热浴淬火或空冷。 采用易切削预硬钢,可免除淬火而发生变形;采用马氏体时效钢或优质低合金时效钢,可使时效变形率控制在0.05％以内;在粗加工和精加工之间及在高精加工之前进行去应力处理,可清除因加工残余应力导致的变形;采用合理的热处理工艺,使模具钢获得稳定的组织,可避免因组织转变引起的变形;采用热胀系数小的钢材,可减小热胀冷缩引起的变形。 模具回火应充分,回火温度应高于工作温度,以免在工作时模具继续发生回火转变,因而在模腔表面出现组织应力。
模具热处理包括预备热处理;主要目的是为模具最终热处理做组织准备。热处理关键是加热温度的选择(保证碳化物充分浴解或合金元素充分固溶),冷即速度或等温温度的选择(保证所析出的碳化物均匀分布,能获得合适的切削硬度)如正火、高温回火、球化退火、调质处理等。 也包括最终热处理,如淬火、回火、表面强化处理等. Cr12MoV钢制造的录畜机机芯冷冲模,常规热处理平均使用寿希10万次,采用调质和真空热处理,使模具寿命提高到25万次。
锻造工艺对模具寿命的影响;目前我国模块标准化程度很低,钢材规格也很少,用户需将所购进的圆钢改锻成所需的模具毛坯,因此,锻造的首要目的是钢材达到模具元坯的尺寸及规格,为后继加工做好准备。 改锻的第二个目的是改善模具钢的组织和性能,如使大块碳化物破碎,获得均匀分布状态;改善模具金属纤维的方向性,使流线合理分布;消除或减轻冶金缺陷如焊合气孔、提高钢的致密度。 从冶金厂购进的钢材首先要检验共晶碳化物的不均匀度,如果碳化物不均匀度级别大于3级,则钢材力学性能下降,如果未经充分孔锻,则因组识不均匀而造成组织应力,热处理时易发生变形及开裂。因此,对这类钢材最好采取多次镦拨,以便尽量击碎碳化物和改善锻件金属纤维方向性。 模具钢含碳量及合金元素均较高,导热性差,特别是高碳高合金钢锻造温度范围较窄,如操作不当极易锻裂。因此,模具钢要有严格合理的锻造工艺。首先,加热速度不能太快,加热要均匀,注意钢料在炉中的位置要选当,有时加热还要翻转棒料,以使其受热均匀。加热温度不能过高,要防止过热和过烧。锻打时要轻重掌握适度,打击力过大,变形量太大,易产生裂纹。停锻后的冷却速度也很重要,冷却过快也易开裂。因此,如果锻造工艺不合理,不仅达不到改善模具钢质量和捉高其性能的目的,甚至会造成锻造缺陷而恶化钢材质量。
某配件厂的冷冲模材质为Cr12 ,毛坯尺寸φ90mm ,共晶碳化物大于5级,不经改锻,由轧材直接车削加工,使用寿命仅数件至数十件,最高达3000件,均以崩刃、纵向开裂或碎裂而失效;后改用φ60mm棒料,经镦粗锻制成φ90mm,共晶碳化物为3-4级,分布也较均匀,制成模具后,使用寿命达8000件以上。
1 K o- _, X* O: h, D7 k4 o' \<<模具技术问答>>
塑料注射模是用来成形热塑性塑料制品零件所使用的一种模具。它的成形特点是:塑料在注射机料筒(90-1000C)中加热到流动(可塑化)状态后,闭合模具再以高压(40-130Mpa ,7000-15000N/cn3)、高速(60cm3)将料筒内的粘稠塑料通过机床喷嘴,注射入模具并经浇注系统进入模具型腔并充满。然后经保压、冷却,固化成形为塑件。
整体式型腔;型腔设在定模板上,并在定模上直接加工。主要适用于简单的塑件加工。
镶嵌式型腔; (整体、局部、拼块)在定模型芯上,首先加工出型腔,然后再将其嵌镶固定在定模孔中,这是大多数模具采用的结构。主要是为了节约贵重模具钢材,便于加工、修理和更换。由于型腔体积小,故热处理变形较小,同时更换时也不影响模加的导向精度。
整体式型芯;结构牢固,但需用模具钢多、成本较高。
组合式型芯;(整体式、镶拼)对形状复杂的型芯这样可以简化加工。但必须拼接牢固、严密。
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模具材料是影响模具寿命、质量、生产效率和生产成本的重要因素。目前我国模具的寿命仅为国外模具寿命的1/5--1/3,在造成这一差距的因素中,模具材料和热处理方面的影响占60％以上,模具制造费约占产品成本的10％--30％。为了提高模具基体的强度、刚度和韧性,应进一步完善和推扩使用组织预处理、高淬低回、低淬低回、低温快速退火等热处理工艺;为使模具表面强化,即提高模具表面的强度、润滑性、耐蚀性,应推广化学热处理(氮化、琉化)、渗金属、化学沉积、电镀、涂层及电火花强化等技术。 模具商业化程度是以标准化为前提的。
模具粗加工技术向高速加工发展;成形表面的加工向精密、自动化方向发展;光整加工技术向自动化方向发展;反向制造工程制模技术的发展;
模具工作部分的制造公差都应控制左0.01mm以内,有的甚至要求在微米级范围内,工作部分的表面粗糙度都要求小于0.8μm。
模具质量主要体视在模具零件的加工质量和模具的装配质量上。模具零件的加工质量是保证模具所加工产品的质量和使用寿命的基础。模具零件的加工质量包括零件的加工精度(包括尺寸精度、形状精度和位置精度三个方面的内容,这三者之间,通常是形位公差应限制在位置公差之内,而位置公差一般也应限制在尺寸公差之内。但当形状精度要高时,相应的位置精度和尺寸精度有时不一定要求高,这要根据零件的功能要求来决定。)和加工表面质量两大方面。
一般来说夹具误差对加工表面的位置误差影响最头。精加工用夹具一般可取工件上相应尺寸或位置公差的1/5--1/10,粗加工用夹具则可取为1/2--1/3
加工表面的粗糙度对模具使用性能的影响;用模具生产的制品,其表面几何特征足通过模具工作表面复制形成的。模具表面粗糙度值越小(抛光纹理方向与脱模方向一致),制品脱模越容易,所需的脱模斜度就越小。当Ra在0.62--0.32μm范围内时,零件的初期磨损最小,由于初期磨损量小,就能使零件在较长时间内保持其配合状态。零件在交变载荷的作用下缺陷处容易引起应力集中而产生疲劳裂纹,减小粗糙度可以提高压铸模抗表面龟裂的能力。减小粗糙度可以提高零件的耐腐蚀性能。对于有相对运动要求的配合零件会影响零件的配合性质。 & ~8 F! `7 z8 W& E6 I7 V
<<塑料模具的设针与制造问答>>
按塑料中合成树脂的分子结构及热性能,塑料可分为两种,一种是热塑性塑料,另一种是热固性塑料。
热塑性塑料的特点; 树脂的分子呈线形或支链形结构;加热时软化,当达到一定温度时呈熔融状态,成为可流动的粘稠流体,在一定的压力下可成形一定的形状,冷却后即可保持己成形的形状。如果再次加热又可软化、熔融,反复成形;在加热、冷却成形过程中只有物理变化而无化学变化。
热固性塑料的特点; 树脂的分子呈体形结构;在受热之初,树脂的分子仍呈线形结构,仍具有热塑性塑料的可塑性。当继续加热时,线形分子主链间形成化学键结合(即交联) ,分子呈网形结构,当温度达到一定值时,分子变为体形结构,树脂转变为既不熔融又不溶解的不再变化的形状。重复加热时不再软化,不再具有可塑性;在成形过程中既有物理变化,又有化学变化。
型芯是成形塑件内孔的零件。凹模是成形塑件外形的主要零件。
可分为整体式和组合式两大类。整体式的结构牢固,但需用模具钢多,成本较高。形状复杂的和易损坏件宜做成组合式,这样可以筒化加工工艺。可单独更换,不至于报废整副模具。但设计和制造时必须注意拼接要牢固、严密。
在塑件成形过程中,如果模温过亮,成形收缩率就大,塑件变化也相应增加,并旦容易造成溢料和粘模。模温高使塑件冷却时间加长,降低了生产率。所以,一般模具均应设计冷却装置,以控制其温度。
什么是塑化过程？塑化过程是;从料斗落入料筒中的塑料,随着螺杆的转动向前输送。在输送过程中,塑料原样被逐渐压实,原料中的气体由加料口排除。在料筒外电加热和螺杆转动时剪切热的作用下,原料变为粘流态,并在螺杆的前部形成一定的压力。当螺杆头部熔料的压力大于螺杆的背压时,螺杆便开始后退,这时螺杆头部的熔料逐渐增多,增至所需的注射量时(即螺杆退回一定距离时),计量装置撞击限位开关,螺杆即停止转动和后退。
影响塑化的主要因素是什么？影响塑化的主要因素是螺杆的转速、螺杆背压和料筒温度。调节螺杆的转速,可以改变原料在料筒中的停留时间。塑料被剪切的程度也随着改变。对热敏性或高粘度的塑料,螺杆转速应降低。有时为了在规定的冷却时间内塑化出足够的熔融塑料,则需要加快螺杆的转速。螺杆的背压增大,螺杆退回的时间增长,即增加了塑化时间,这样,熔融朴态塑料的体积质量加头,塑化更完全。料筒温度对塑样塑化质量的影响很头,应合理控制。
如何控制塑化压力？塑化压力是通过调节螺杆的背压来实现的。
注射模塑最主要的工艺条件是料筒温度和喷嘴温度、注射压力和注射速度、成形周期(包括注射时间、高压保持时间、冷却时间等。)
$ s$ W. u6 I1 S; b6 z( h<<不锈钢焊接>>
不锈钢是在普通碳钢的基础上,加入一组铬的质量分数大可12％合金元素的钢材,它在空气作用下能保持金属光泽,也就是具有不生锈的特性。在这类钢中,有些除含较多的铬(Cr)外,还匹配加入较多的其它合金元素,如镍(Ni),使之在空气中、水中、蒸气中都具有很好的化学稳定性,而且在许多种酸、碱、盐的水溶液中也有足够的稳定性,甚至在高温或低温环境中,仍能保持其耐腐蚀的优点。
不锈钢有普通(一般)不锈钢和耐蚀钢两种;在空气或弱介质中能抵抗侵蚀的钢即可称为不锈钢,即一般的不锈钢;在某些强腐蚀介质中能抵抗侵蚀的钢称为耐蚀钢。不锈钢不一定能耐腐蚀,而耐蚀钢肯定不会生锈,当然无愧于不锈钢之称谓。不锈钢不仅具有很强的化学稳定性,同时也有足够的强度和塑性,并且在一定高温或低温下具有稳远力学性能。这类钢的某些牌号还可作为耐热钢使用;有的可用做优质的低温用钢,在使用过程中其耐腐性能仍然优良。
碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性,奥氏体型不锈钢无磁性,但其冷加工硬化生成马氏体相变时将会产生磁性,可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。
一种不锈钢可在许多介质中具有良好的耐蚀性,但在另外某种介质中,却可能因化学稳定性低而发生腐蚀。一种不锈钢不可能对所有介质都耐蚀。
金属的物理溶解属于物理腐蚀。化学腐蚀是指在介质中直接发生的化学作用,即金属同介质中离子直接交换电荷。电化学腐蚀是金属在电介质中,由于电极反应而发生的腐蚀。生活实际、工程实际中的金属腐蚀,绝大多数都属于电化学腐蚀。
均匀腐蚀是指接触腐蚀介质的金属表面全部产生腐蚀的现象。均匀腐蚀使金属截面不断减少,对于被腐蚀的受力零件而言,会使其承受的真实应力逐渐增加,最终达到材料的断裂强度而发生断裂。不锈钢--指在大气及弱腐蚀介质中耐蚀的钢。腐蚀速率小于0.01mm/年的,认为是"完全耐蚀";腐蚀速率小于0.1mm/年,认为是"耐蚀"的。耐蚀钢--指在各种强烈腐蚀介质中能耐蚀的钢。凡腐蚀速率小于0.1mm/年的,认为是"完全耐蚀";而腐蚀速率小于1mm/年,认为是"耐蚀"的。
点腐蚀是指在金属材料表面大部分不腐蚀或腐蚀轻微,而分散发生高度的局部腐蚀,常见蚀点尺寸小于1.0mm,深度往往大于表因孔径,轻者有有较浅的蚀坑,严重的甚至形成穿孔。是不锈钢常见的腐蚀破坏类型之一。在含有氯离子(Cl--)的介质中,最易引起不锈钢的点腐蚀。目前,防止不锈钢点腐蚀破坏的途径有几个方面:
(1)减少介质中氯离子含量和氧含量;加入缓蚀剂(如CN--、NO3--、SO4--等)降低介质温度等。
(2)在不锈钢中加入钼、锰、硅、钒或稀土元素合金化,能有效地增大抗点蚀能力。
(3)尽量不进行冷加工,以减少位错露头处发生点蚀的可能。
(4)降低钢中碳的含量,提高铬、镍含量,都能提高其抗点腐蚀能力。现有的超低碳高铭镍含钼的奥氏体不锈钢和超高纯低碳低氮含钼的高铭铁素体不锈钢均有较高的耐点腐蚀能力。
缝隙腐蚀是指在金属构件缝隙处发生斑点状或溃疡形的宏观蚀坑,这是局部腐蚀的一种。常发生在垫圈、铆接、螺钉联接的接缝处,搭接的焊接接头、阀座、堆积的金属片间等处。部分奥氏体型不锈钢、铁素体型和马氏体型不锈钢在海水中均有程度不等的缝隙腐蚀的倾向。在钢中适当地增加铬、钼含量,可以改善抗缝隙腐蚀能力。实际上在海水中使用的装置,只有采用钛、高钼镍基合金和铜合金等材料,才能有效地防止缝隙腐蚀的发生。改善运行条件、改变介质成分和结构形式都可以防止缝隙腐蚀的重要措施。
晶间腐蚀是一种有选择性的腐蚀破坏,它与一般选择性腐蚀不同之处在与,腐蚀的局部性显微尺度的,而宏观上不一定是局部的。此腐蚀集中发生在金属显微组织晶冤并向金属材料内部深入,称之晶间腐蚀。这种类型腐蚀发生以后,有时从外观上不易被察觉,但由于晶界区因腐蚀己遭到破坏,晶粒间的结合强度几乎完全丧失。腐蚀深度较大者可失去金属声,构件有效承载截南大减而导致过载断裂。受腐蚀严重的金属甚至形成粉末,从构件上脱落下来。这是一种危害性很大的腐蚀破坏。奥氏体型不锈钢会发生晶间腐蚀是由于这类钢加热到600-8000C温度区间会发生敏化,因而晶界区贫铭而形成晶间腐蚀。在某些超低碳含钼奥氏体型不锈钢,铁素体型不锈钢也有形成晶间腐蚀的倾向。20世纪50年代不锈钢焊接的主要问题是焊接接头的晶间腐蚀,随着科学技术的发展,这一问题逐步得到解决。(不锈钢焊接产生的晶间腐蚀机理、预防措施---略)
应力腐蚀是指金属在某种特定环境与相应水平应力的共同作用寸,以裂纹扩展方式发生的与腐蚀有关的断裂。特定环境下无应力或应力水平太低,不会引起应力腐蚀。同样有相当水平应力而无特定环境也不会发生应力腐蚀。所谓特定环境,是指只有当介质的成分和浓度范围适当时,才能导致某种相应金属的应力腐蚀。20世纪60年代以来,许多不锈钢焊接构件因应力腐蚀断裂事故不断发生,断裂的模式是完全脆性的。在裂纹缓慢伸展过程中不出现任何其它的宏观症候,一旦达到瞬断截面立即快速断裂,往往造成灾难性事故。(不锈钢焊接产生的应力腐蚀机理、预防措施---略)
从物理冶金学原理可知,合金的化学成分决定其各种热处理状态和加工状态下的金相结构和组织。以化学成分为基础,加上金相结构和组织决定该合金材料的性能。
众多不锈钢牌号的异同和各种合金元素对不锈钢组织和性能的影响
铬、硅、铝--可使钢在氧化性介质中产生一种与基体组织牢固结合的钝化膜;又能提高钢在电介质中的电极电位,从而使化学稳定性得到提高。在18-8型不锈钢中,当硅的质量分数从0.4％提高到2.4％时,钢在9800C时抗氧化性能提高22倍,但会严重恶化稳定奥氏体型钢的焊接性。铝在沉淀硬化型不锈钢中,可以提高其室温和高温的强度。
镍--形成奥氏体的元素,扩大钢在酸中的钝化范围,但不能改善其对稀硝酸的耐蚀性,是耐蚀钢的主要合金元素。在低碳铬不锈钢(Wcr.17％)的基础上,只需加入质量分数为9％的镍,既能满足钢的耐蚀性要求,又能提高钢的高温强度和抗氧化性。
钼和铜--钼是形成铁素体的元素,可以提高钢在非氧化性介质中的稳定性,比抵抗氯离子(Cl--)产生的点腐蚀;同时也能提高奥氏体型钢的热强性,改善奥氏体钢短时塑性和持久塑性,对焊接有利。但钼含量多则会降低奥氏体型不锈钢的韧性。在铬镍不锈钢中加入铜能促使钢产生弥散硬化组织, 提高钢的热强性。与钼配合使用,可进一步提高铬镍不锈钢在稀硫酸中的耐蚀性能。0Cr18Ni12Mo2Cu2
锰和氮--锰和氮对提高不锈钢的耐蚀性没有直接影响,但它们都是促进和稳定奥氏体的有效元素。当锰含量过高时,对含铬量较低的不锈钢的耐蚀性不利,还会使铸钢件产生气孔,同时增加硬度,给钢的冷加工带来困难。氮与碳共同作用能提高奥氏体型钢的热强性,氮的强化作用在于时效过程中形成氮化物和碳氮化物。1Cr17Mn6Ni5N
钛和铌--它们是比铬更易与碳结合形成稳定碳化物的元素。在铬镍不锈钢中当钛的加入量大于碳含量5倍,或者铌的加入量大于碳含量8倍时,可以使绝大部分的碳存在于钛或铌的碳化物之中,因而使固溶碳的质量分数降到0.03％以下,这就能保证铬在钢中的有效固溶浓度,从而改善钢的抗晶间腐蚀能力。铌的质量分数达到0.5-2.0％,既能提高奥氏体钢的热强性,又能提高钢的持久塑性。铌在含碳量较低的奥氏体钢中会促进近缝区和焊缝金属产生裂纹,应控制在1.0％范围内。0Cr18Ni10Ti
碳--是一种强烈的碳化物形成元素,在不同温度段它与铬能生成多种化合物。碳是降低耐腐性的一种有害元素。在不锈钢中应尽量控制碳的含量,愈少愈好。在我国不锈钢的牌号中,Wc<=0.08％或<=0.06％的,称之低碳不锈钢,Wc<=0.03％的谓之超低碳不锈钢。但是,碳对提高奥氏体钢的热强性是有益的。马氏体淬火钢随着钢中含碳量的增加,钢的强度、硬度、耐磨性提高,但耐蚀性则下降。
上述合金元素对钢作用不是简单的叠加,也不是相互抵消的。它们相互之间有时会发生新的物理化学作用,往往会引起强化力学性能的作用。合金元素对不锈钢的影响基本上分三大类:
第一类是形成铁素体的元素有铬硅铝钼钛铌等;
第二类是形成奥氏体体的元素有碳氮镍锰铜,其中碳和氮的作用程度最大;
第三类是形成碳化物的元素有铌钛碳铬钨锰钼等。
加入铜铝钛铌氮等元素能促使钢产生弥散硬化,从而提高钢的热强性。
铁素体型不锈钢;(1Cr17类型)它的内部显微组织为铁素体,其铬的质量分数在11.5％--32.0％范围内。随着铬含量的提高,其耐酸性能也提高,加入钼(Mo)后,则可提高耐酸腐蚀性和抗应力腐蚀的能力。该类钢用于制造硝酸化工设备的吸收塔、热交换器、储槽和运输硝酸用的槽罐以及制造不承受冲击载荷的其它零部件和设备。与常用的奥氏体不锈钢相比,缺点是材质较脆,焊接工艺性较差。1Cr17钢其韧性偏低,焊后若不进行热处理,必然会产生晶间腐蚀。
马氏体不锈钢(1Cr13类型)它的显微组织为马氏体,这类钢中铬的质量分数为11.5％--18.0％,但碳的质量分数最高可达0.6％,碳含量的增高,提高了钢的强度和硬度。在这类钢中加入的少量镍可以促使生成马氏体,同时又能提高其耐蚀性。这类钢具有一定的耐腐蚀性和较好的热稳定性以及热强性,可以作为温度低可7000C以下长期工作的耐热钢使用。它广泛用来制造对韧性和冲击韧度要求高的零件,如汽轮机的叶片、内燃机排气阀和医疗器械。这类钢的焊接性较差。
奥氏体型不锈钢;(0Cr18Ni9类型)其显微组织为奥氏体。它是在高铬不锈钢中添加适当的镍(镍的质量分数为8％--25％)而形成的。不能利用热处理使晶粒细化,也不能经过淬火来提高其硬度。这类钢的冷加工硬化程度高,通常没有磁性,经过冷作可在钢内析出少量铁素体或马氏体的组织,会出现少量磁性。奥氏体型不锈钢一般属于耐蚀钢,是应用最广泛的一类钢,其中以18-8型不锈钢最有代表性,它是有较好的力学性能,便于进行机械加工、冲压和焊接。在氧化性环境中具有优良的耐腐性能和良好的耐热性能。但对溶液中含有氯离子(CL--)的介质特别敏感,易于发生应力腐蚀。在这类钢中添加钛和铌时,能捉高其抗晶间腐蚀能力;添加钼、铜和钛,则能提高其在还原酸(如稀硫酸)中的耐腐蚀性能,同时也提高其抗晶腐蚀能力;部分奥氏体型不锈钢可作为耐热钢用,(例1Cr18Ni9Ti)用于工作温度高于6500C
奥氏体--铁素体不锈钢;(0Cr26Ni5Mo2类型)其显微组织为奥氏体加铁素体。铁素体的体积分数小于10％的不锈钢,是在奥氏体钢基础上发展的钢种。它与含相同碳量的奥氏体型不锈钢相比,具有较小的晶间腐蚀倾向和较高的力学性能,且韧性比铁素体型不锈钢好。同时,少量铁素体的存在,还有利于奥氏体型不锈钢在施焊过程中,防止焊缝热裂纹的形成。这类钢也被纳入奥氏体型不锈钢范畴。当铁素体的体积分数在30％--60％时,该类钢具有特殊抗点蚀、抗应力腐蚀性能,从金相组织上分类,属于典型的双相不锈钢。00Cr18Ni5Mo3Si2其铁素体的体积分数约为60％,这类钢的屈服强度约为一般奥氏体不锈钢的两倍。除了有上述耐蚀性外,其耐晶间腐蚀性也较好。它已在大化肥厂尿素CO2车间冷却器以及化工厂制盐蒸发设备的装置等方面推广使用。这类钢属于目前新型抗应力腐蚀的钢种,是机械加工、冷冲压和焊接性能均良好的一种有发展前景的钢种。
沉淀硬化型不锈钢; (0Cr17Ni7A1类型)按其组织形态可分三类:沉淀硬化半奥氏体型、沉淀硬化马氏体型和沉淀硬化奥氏体型不锈钢。0Cr17Ni7A是属于沉淀硬化半奥氏体型不锈钢。该钢的组织特点是在固溶或退火状态时具有奥氏体加体积分数为5％--20％的铁素体组织。这种钢经过系列的热处理或机械变形处理后奥氏体转变为马氏体,再通过时效析出硬化达列所需要的高强度。这种钢有很好的成形性能和良好的焊接性,可作为超高强度的材料在核工业、航空和航天工业中,得到应用。 6 K1 f5 B6 j$ | n9 k; Y$ ?
<<常用工程材料>>
日本ASSAB S-136相当于国产0Cr17Ni12Mo2 (奥氏体型不锈钢 HB<=187 ,可以固溶处理 ) 在海水和其他各种介质中,耐腐蚀性比0Cr19Ni9。主要作耐点蚀材料。高温具有优良的蠕变强度,作热交换用部件,高温耐蚀类螺栓。
ZG1Cr13; 铸造性能较好,具有良好的力学性能。在弱腐蚀介质(加盐水浴液、稀硝酸及某些浓度不高的有机酸)和温度不高的情况下,均有良好的耐腐性。可用于承受冲击负荷、要求韧性高的铸件
ZG0Cr18Ni9; 是典型的不锈耐酸钢,铸造性能比含钛的同类钢好,在硝酸、有机酸等介质中有良好的耐蚀性,低温冲击性能好,主要用于硝酸、有机酸、化工石油等工业用泵、阀等铸件。
3Cr13; 淬火状态下硬度高,耐蚀性良好,作刃具、喷嘴、阀座、阀门等HB235 ,HB40--50
3Cr13Mo;作较高硬度及高耐磨性的热油泵轴、阀片、阀门轴承、医疗器械等零件。HB207 ,HRC50
9Cr18; 不锈切片机械刃具及剪片刀具、手术刀片、高耐磨设备零件等
HB>=255 ,HRC>=55
3 y1 k/ q0 O9 G8 W: t$ {9 c' I<<上海一胜百供应商产品介绍>>
ASSAB S-136 Supreme -- STAVAXSUPREME--高级塑胶镜面模具钢
塑胶模具的需求越来越多。其要求模具钢具有一种集韧性、耐腐蚀性以及能够在整个大截面上达到均匀硬度的最佳综合性能。S-136具有优良的耐腐蚀性,极佳的整体硬化性能,优良的延展性和韧性,优良的耐磨性,极佳的抛光性能。
较低的维修费用;模具经过长期使用后,模穴表面仍然维持原先的光洁状态。模具在潮湿的环境下工作或存放时,不需要特别的保护。
较低的生产成本;由于模具冷却水道很少受腐蚀的影响,热传导特性、冷却效率在模具生命期中均保持稳定,确保了模具恒久不变的成型时间。
更适含特殊环境的需求;
耐腐蚀、锈蚀 ; 对使用有腐蚀性PVC、醋酸盐类等注塑原料或必须在潮湿的环境寸工作及存放的模具。
高光洁度的表面 ; 生产光学产品,如照相机、太阳眼镜镜片,以及医学组件,如注射器、分析瓶等。
韧性、延展性; 如复杂的模具。
显著的整体硬化性能;如对大模具非常重要的高淬透性。
要得到最大程度的韧性和延展性,使用低温回火;要得到最大程度的耐磨粘磨损性能,使用高温回火。经过低温回火并且抛光至镜面的时侯,特别能显示出极佳的耐腐蚀性能。对于大模具或者复杂的模具,推荐高温回火以降低残余应力至最低。 交付硬度约250HB, 淬火硬度约50HRC
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1Cr13 ,3Cr13属于马氏体不锈钢 , 这类钢中合碳量较铁素体不锈钢高,淬火后能得到马氏体,故称为马氏体不锈钢,随着钢中含碳量的增加,钢的强度、硬度、耐磨性提高,但耐蚀性则下降。含碳量较低的1Cr13,2Cr13等钢类似调质钢(调质钢用于制造在重载荷作用下同时又受冲击载荷作用的一些重要零件,要求零件具有高强度、高韧性相结合的良好综合力学性能)和耐热钢(1Cr13用作8000C以下耐氧化用部件),可用来制造力学性能要求较高,又要有一定耐蚀性的零件,如汽轮机叶片及医疗器械等。
3Cr13,3Cr13Mo等类似工具钢, 用可制造医用手术工具、量具等。
不锈钢热处理有三个目的,降低硬度改善加工性能、改善力学性能、提高抗蚀性能。(锻造后一般应进行软化处理)
1Cr13 ,2Cr13既需要较高的抗蚀性,又要求较高力学性能,其热处理工艺一般为软化处理(不完全退火或完全退火170-195HBS)和调质处理(HBS380-415)两种。
3Cr13 ,4Cr13性能要求主要是硬度和弹性等,其次才是抗蚀性。其热处理工艺一般分为预备热处理(不完全退火或完全退火155-225HBS)和最终热处理(HRC40-53)两种。 |
发表于 2006-9-27 17:19:52
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发表于 2006-9-28 15:39:36
