模具钢

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模具钢发展简史 我国模具钢应用与发展史回顾与展望

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    模具是从锤、斧、凿等手工,工,具逐步发展而来的。 人类从铁器时代开始,就采用钢铁材料制造手工工具。人们在埃及大金字塔中发现了约 5000 年前可能是由陨铁制成的铁制工具残片。早在公元前 900 年,希腊诗人荷马(Homer)写的长诗奥德赛(Odyssey)中,就有关于钢铁工具淬火的记载。公元前 350 年,印度人制成了乌兹钢(Wootz.Steel),它是先将铁矿固态还原制成海绵铁,然后与木炭混合密封加热通过渗碳而制成的。但是,早期的工具钢是属于简单的普通碳素钢。自从蒸汽机问世后,工业产品由手工制造变成机器制造,切削加工的速度提高,成形负荷增大,对于工具材料的质量、使用性能、工艺性能的要求也越来越高,碳索工具钢已无法满足要求,为此,1868 年程施特(Robert Mushet)提出一种合金工具钢,其化学成分为2%C、2%Mn、7%W,可以空淬,被称为穆施特钢(Mushet Steel)。几年之后,这种钢在英国舍菲尔德(Shemield)的工厂投入生产,主要用于制造刀具,由于它比当时用的碳素工具钢耐磨性好,使用寿命长,成为当时应用广泛的合金工具钢。
    19 世纪90 年代,通过研究,将上述活含量达 2%的穆施特钢中的锰,用铬代替,变成铬钨钢。1893 年布鲁斯林(H.A.Bruslein)向米德沃(Midvale)公司提出的两个铬钨工具钢样品的化学成分,如表1-1所示。
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    1895 年泰勒(F.W.Taylor)首先发现上述合金工具钢提高淬火温度可以得到红硬性,使工具能在较高的切削速度下使用,提出了"高速钢"的概念。1903 年泰勒又和怀特(M.Whie)等推荐一种含0.70%C、14%W的合金工具钢,1904~1906 年在上述钢中添加 0.3%钒。1910 年又将钒含量提高到0.7%,成为当代 W18Cr4V 牌号高速钢的雏型。
    在此期间低合金工具钢也取得很多成就,1895 年卡本特(Carpenter)钢公司生产成分为 1.00%C、2.50%Gr的工具钢。1897~1898年生产了含1.18%C、0.94%Cr、0.78%W的低合金工具钢。
    20世纪 20 年代开发了一系列的合金模具钢,主要有∶
    (1)高碳高铬型冷作模具钢;
    (2)1%C、5%Cr 并加入钼的中合金空淬冷作模具钢;
    (3)适用于制造压铸模具的热作模具钢;
    (4)研究了铬钨型高耐热性热作模具钢;
    (5)开始进行易切削模具钢的研究,到 30~40 年代发展成石墨化模具钢和各种易切削模具钢。
    为了进一步改善低合金冷作模具钢的淬透性,减少淬火变形,从 20 世纪 40 年代到 80年代,各国陆续发展了一批低合金微变形冷作模具钢。从70 年代以来,为了简化热处理工艺、节约能源,发展了一批火焰淬火模具钢;为了进一步改善冷作模具钢的综合性能,国外开发了一批含铬量为8%左右,再加 Mo、V等合金元素的高韧性、高耐磨性冷作模具钢4
为了适应热作模具钢发展需要,在 20世纪 20~30 年代发展的含钨量高的铬钨系热作模具钢的基础上发展了钼系、钨钼系及铬系热作模具钢,低碳高速钢和基体钢型的热作模具钢。
    20 世纪 50年代以后,随着石化工业的迅速发展,塑料迅速成为一种重要的工业材料,为了满足塑料制品成形模具的需要,各国迅速发展了一批不同类型的专用塑料模具钢,目前在不少先进工业国家已经形成专用的钢种系列,如渗碳型、预硬型、易切削型、耐蚀型、时效硬化型等塑料模具用钢。
    我国是世界上主要的文明古国之一,钢铁生产技术始于公元前5世纪的春秋战国时期,到西汉逐渐兴盛起来。至东汉时期,我国已创造了白口铸铁柔化处理,成为高韧性可锻铸铁的生产技术。我国生铁治铸技术的建立要比欧洲早 1900 年,而可锻铸铁生产技术则比欧洲早2300年。
    我国在春秋晚期已经发明了块炼渗碳钢技术,如长沙杨家山出土的春秋晚期的钢剑,就是含碳量为0.50%的中碳钢。其生产工艺是先将铁矿石固态还原成海绵铁,然后进行渗碳再经反复折叠锻打,最后锻打成具有多层结构的钢制工具【5。
    在钢的热处理技术上,我国早在战国后期就已广泛采用淬火工艺,如河北易县燕下都 44 号墓出土的钢剑和钢戟,都经过淬火处理,呈现针状马氏体显微组织。
    我国采用钢铁制造模具也是很早的,早在战国时期,就率先使用生铁制造铸造用的模具(铁范),用来浇铸铸铁的斧、凿、镰等工具。在河北兴隆县和河南新郑县,先后出土了大量战国时代的铁范。通过铸铁模具的使用,不仅可以改善铸造铁器的质量,而且由于模具可以多次使用,能够显著地提高生产效率,降低生产成本,对社会生产力的发展起到较大的推动作用。
    我国冷作模具发展也比较早,明代出版的《天工开物》一书中就载有将钢尺锥成线眼,将钢条抽过线眼冷拔成钢丝,然后将钢丝剪断制成针的工艺过程叙述。说明当时已经采用钢制的冷拉模具生产针用钢丝。
    近 300年来,通过产业革命,欧洲的钢铁生产技术得到迅速发展。而我国从19 世纪以来长期受封建主义、官僚资本主义和帝国主义的统治,沦为半封建、半殖民地社会,生产技术停滞不前,到 1949 年全国解放前年产钢仅15.8万吨。基本上不能生产模具钢,模具用钢几乎全部依靠进口。
    新中国成立后,我国模具钢的生产技术取得了迅速发展,到 2005 年,我国合金模具钢产量达 35.8 万吨左右,居于世界前列,国产模具钢基本上能满足国内模具行业的需要,而且还有部分出目。
    60 年来,我国通过引进和自己研制开发,逐渐形成了我国的模具钢钢种系列。1952 年引进苏联国家标准,制定了我国重工业部部颁合金工具钢标准;1959 年,根据我国资源情况,制定了冶金工业部部颁合金工具钢标准 YB 7—59。到 1977年,在整顿原来的钢种系列的基础上,吸收我国历年来科研开发工作的经验,制定了我国第一个合金工具钢国家标准 GB 1299—77。1985 年对该标准进行修订,颁发了GB 1299—85,1999 年进行再次修订,颁发了GB/T1299—2000。从而建立了具有我国特色的、接近世界先进水平的,包括冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢和无磁模具钢的模具钢种标准系列,以适应使用部门和生产部门的需要。


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