模具鋼拋光

拋光是模具制造過程的最后一步，高度依賴于拋光工的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。但是，如果材料不是“模具質(zhì)量鋼”，則幾乎不可能達(dá)到所需的光潔度。

例如，S7、H13 和 420 不銹鋼的 AISI 材料規(guī)范對(duì)硫等元素有相對(duì)較高的限制。這會(huì)導(dǎo)致形成不需要的顆粒，稱為非金屬夾雜物。這些外來顆粒是在傳統(tǒng)的模具煉鋼過程中形成的，它們的來源可以追溯到原始原材料中的雜質(zhì)元素。在初級(jí)熔化過程中，這些元素會(huì)與熔體中溶解的氣體發(fā)生反應(yīng)，形成這些雜質(zhì)。

由于這些雜質(zhì)基本上是不溶的，它們會(huì)在凝固過程中從鋼水中沉淀出來并形成硬顆粒。這些沉淀物由氧化物、硫化物、硅酸鹽或其他成分組成。這種顆粒本質(zhì)上比周圍的鋼基體更硬。如果鋼中含有大量非金屬夾雜物，則在拋光操作過程中可能會(huì)出現(xiàn)問題。

拋光包括使用研磨介質(zhì)（石頭、金剛石膏等）去除鋼的薄表面層，并在模具表面產(chǎn)生一系列越來越細(xì)的“劃痕”。因此，在拋光操作期間，圍繞夾雜物的較軟的鋼基體將以更大的速率被去除。在這種情況下，夾雜物顆粒傾向于從鋼基體中剝離出來并留下空隙。拋光含有大的非金屬夾雜物的模具鋼有幾個(gè)問題。

鋼中夾雜物的數(shù)量與雜質(zhì)（如硫）的含量成正比。因此，硫含量越高，模具鋼中硫化物串的數(shù)量就越多。

大的或大量的非金屬夾雜物的存在通常會(huì)在拋光操作過程中導(dǎo)致問題。在這個(gè)階段，大量的時(shí)間和金錢已經(jīng)投入到模具的加工和熱處理中。通常，用于拋光操作的時(shí)間很少，此時(shí)的任何問題都會(huì)危及生產(chǎn)計(jì)劃。因此，為保證模具鋼具有良好的拋光特性，必須考慮其微清潔度水平。

微清潔度

微清潔度是一個(gè)冶金術(shù)語，用于定義鋼中非金屬夾雜物的水平。如前所述，夾雜物是不溶于鋼基體的化合物，例如硫化物、氧化物或硅酸鹽。在鍛造和軋制過程中，夾雜物會(huì)被拉長(zhǎng)，形成傾向于與主要熱成型方向平行排列的縱梁。由于它們的缺口效應(yīng)，它們的存在也會(huì)顯著降低鋼的韌性。

鋼中的任何硫都是不溶性的，因此會(huì)以硫化物顆粒的形式沉淀出來。硫化物是一種特殊類型的非金屬夾雜物，會(huì)在模具制造過程的拋光和紋理化階段導(dǎo)致問題。更高程度的清潔度將提高整體韌性水平，特別是模具鋼的拋光性能。熔化工藝的改進(jìn)（例如鋼包處理）和重熔技術(shù)（例如 ESR）的使用有助于提高清潔度水平。

電渣重熔工藝

如前所述，大量鋼水長(zhǎng)時(shí)間凝固會(huì)導(dǎo)致相分離和化學(xué)偏析。此外，常規(guī)鑄錠容易出現(xiàn)分布不均的非金屬夾雜物和氣孔等內(nèi)部缺陷。

此外，在檢查錠的橫截面時(shí)，可以識(shí)別出兩個(gè)明顯不同的區(qū)域：(1) 外部區(qū)域 - 這是由促進(jìn)具有優(yōu)選取向的穿晶晶粒圖案的高溫梯度引起的，以及 (2) 中心區(qū)域 - 這是最后一個(gè)凍結(jié)區(qū)域，含有較高水平的合金元素。

這種在鑄錠內(nèi)形成的圖案只能通過仔細(xì)控制凝固過程來避免。即，當(dāng)以結(jié)晶以穩(wěn)定的速率從鑄錠的底部向頂部發(fā)展的方式進(jìn)行凝固時(shí)。

此外，如果鋼在剛好低于其凝固溫度的適當(dāng)時(shí)間內(nèi)保持固態(tài)擴(kuò)散是可能的。這種條件將使鋼有足夠的時(shí)間達(dá)到平衡，從而在整個(gè)重熔截面上形成相對(duì)一致的成分。

這種仔細(xì)控制的凝固過程是通過一種稱為電渣重熔 (ESR) 的技術(shù)完成的。通過對(duì)傳統(tǒng)模具煉鋼工藝的基本了解，您可以體會(huì)到將這些材料作為重熔質(zhì)量生產(chǎn)的好處。

ESR 工藝從以上述方式生產(chǎn)的錠開始；然而，在 ESR 工藝中，錠被稱為電極。該過程包括通過熔渣浴重熔這種自耗電極，使用熔渣提供所需的熱量。當(dāng)電極末端與熔渣浴接觸時(shí)開始重熔。爐渣包含在固定模具或可隨著鑄錠凝固而升高的模具中。爐渣的熱量將開始熔化電極，形成鋼水滴。由于鋼水的密度比爐渣高，它會(huì)通過它并聚集在模具底部，在那里它會(huì)迅速凝固。

在 ESR 過程中，處于液態(tài)的重熔鑄錠部分在任何給定時(shí)間都相對(duì)較小。這導(dǎo)致更短的凝固時(shí)間和隨后的低微觀偏析水平。整個(gè)重熔鑄錠的化學(xué)成分將更加一致，形成的合金碳化物相對(duì)較小且分布更均勻。

ESR 工藝的另一個(gè)好處是，當(dāng)鋼的每個(gè)熔滴通過時(shí)，渣浴將從熔體中提取非金屬夾雜物。因此，ESR 工藝可確保獲得低硫含量（最大 0.003）的非常干凈的材料。鋼中不含脆性硫化物，大大提高了韌性和將鋼拋光至高表面光潔度的能力。

ESR 工藝的優(yōu)點(diǎn)是材料無圖案、鑄錠中心的微觀偏析水平低、硫去除至極低水平以及重熔鑄錠的良好表面質(zhì)量。

熱擴(kuò)散處理和熱成型

模具鋼質(zhì)量的提高不僅得益于更好的熔煉技術(shù)，還得益于鋼鐵生產(chǎn)過程中使用的熱成型和熱處理操作的優(yōu)化。即使經(jīng)過大量的熱成型（例如，4:1 的鍛造比），模具鋼仍可能會(huì)出現(xiàn)大量的條帶。因此，模具鋼最重要的工藝改進(jìn)之一是在熱成型操作之前對(duì)鋼錠進(jìn)行額外的熱均質(zhì)化處理。通過應(yīng)用此類處理，諸如碳、鉻、鉬和釩等元素的局部濃度降低。這種額外的熱處理在降低鋼的偏析水平方面起著重要作用。

結(jié)論

在過去幾年中，塑料成型行業(yè)仔細(xì)研究了用于制造成型部件的材料的質(zhì)量水平。模具表面蝕刻圖案不一致或凹坑的困難通常歸因于模具鋼制造過程中使用的熔化和鍛造做法。已證明對(duì)此類缺陷影響最大的材料特性是微觀清潔度水平、化學(xué)偏析的嚴(yán)重程度和初生碳化物的出現(xiàn)。

制造“模具質(zhì)量”材料需要額外的操作，如熱擴(kuò)散處理、高鍛造比和仔細(xì)控制的重熔程序。生產(chǎn)模具鋼的鋼鐵制造商需要最先進(jìn)的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高清潔度、去除不需要的元素并制造均勻的材料。正是這些實(shí)踐的使用允許生產(chǎn)具有良好拋光性和紋理特性的材料

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