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合金元素在模具钢材中的作用

合金元素在模具钢材中的作用

合金元素在模具钢中所起的作用研究
模具钢中的元素分常存和添加两种。在实际生产和使用的模具钢中总是有少量非有意加入的种种元素,如硅、锰、磷、硫、氧、氮、氢等,这些元素称为常存或残余元素。其中,硅、锰是脱氧后残留下来的;磷、硫主要是原材料带来的;而氧、氮、氢部分是原材料带来的,其余部分是冶炼过程中从空气中吸收的。
了为改善和提高模具钢的某些性能,或获得某些特殊性能而有意在冶炼过程中加入的元素称为合金元素。常用的合金元素有铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、锆(Zr)、钴(Co)、硅(Si)、锰(Mn)、铝(Al)、铜(Cu)、硼(B)、稀土(Re)等。磷(P)、硫(S)、氮(N)等在某些情况下也起到合金元素的作用。
合金元素在模具钢中与铁和碳这两个基本组元的相互作用,以及它们彼此之间的相互作用,影响模具钢中各组成相、组织和结构,促使其发生有利的变化,可提高和改善模具钢的综合力学性能;能显著提高和改善模具钢的工艺性能,如淬透性、回火稳定性、切削加工性等;还可使模具钢获得一些特殊的物理化学性能,如耐热、不锈、耐腐蚀等。这些性能的改善和获得,一部分是加入合金元素的直接影响,而大部分则是通过合金元素对模具钢的相变过程影响所引起的。合金元素所起的作用,与其本身的原子结构、原子大小和晶体结构特征等有关。人们对合金元素在模具钢中所起作用的认识是经过长期实践、不断探索而发展起来的,因此,还需不断地研究、探索、发展。
总的说来,合金元素在退火状态下起着强化铁素体的作用,从而提高退火状态下钢的强度。它们对铁素体强化的程度由强到弱排列为P、Si、Ti、Mn、Al、Cu、Ni、W、Mo、V、Co、Cr。除镍外,它们都使伸长率和冲击值下降,而镍一方面显著提高强度,另一方面却始终使塑性和韧性保持高水平。
除Co、Al外的大多数合金元素在淬火回火状态下均能提高模具钢的淬透性。添加了合金元素的模具钢在硬度、强度(ób、ós),塑性指标(ó%、ψ%)等性能方面均高于碳钢,冲击韧性αk也较高。一般是采用低温回火或高温回火。因中温回火虽可获得最高的强度指标,但由于回火脆性的产生,使αk值降低,只有弹簧为得到高的弹性极限óp才采用。
合金元素的加入,能提高模具钢的强度、硬度和冷作硬化率,但降低了模具钢的延展性。其中P、S、Si、C等元素对提高模具钢冷作硬化率最显著,模具钢中的硫化物夹杂亦造成模具钢的延展性的降低,因此,凡需经冷作加工的模具钢,如冷冲压钢板、冷拔钢、冷镦钢、深冲钢等需严格控制钢中的有害元素P和S到最低限含量,还要尽可能降低Si和C的含量。Ni、Cr、Cu、V也会降低其延展性,会降低模具钢的深冲压性能,而加入少量Al则可提高深冲压钢板的表面质量,所以深冲压钢板的钢号采用08Al是适当的。
一般来说,加入W、Mo、V、Cr、Ni等元素的模具钢会使压力加工变得困难。



编  辑:日加金属制品(上海)有限公司技术部
题  目:合金元素在模具钢材中的作用
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