我国合金模具钢技术要求与国外标准要求的比较

我国合金模具钢技术要求与国外标准要求的比较
我国的合金工模具钢经过几十年的发展,逐渐形成了比较完整的标准系列。现行的国家标准GB/T 1299-2000,是在GB1299-1985的基础上进行修订的。修订主要参照了ASTM A681-1983合金工具钢标准。
①钢号系列
在GB/T 1299-2000标准中,共纳入合金工具钢37个钢号,其中量具刃具用钢6个,耐冲击用钢5个,冷作模具钢11个,热作模具钢12个,无磁模具钢1个,塑料模具钢2个。与美国的ASTM标准相比,美国的合金工具钢钢种较多,共57个,系列比较完整,我国有14个比较通用的钢号与之相对应。
②化学成分
对钢的有害元素的规定,日本的标准规定较严,我国与美国标准规定相类似,比德国的标准规定严格。对成品的化学成分的偏差只有我国与日本的标准有规定。尤其规定残余W(Cu)含量应不大于0.30%,W(Cu+Ni)含量应不大于0.55%。
③低倍组织
近些年来,低倍组织已经成为必检项目。在标准中规定,钢材应检验低倍组织,在酸浸低倍试片上不得有目视可见的缩孔、夹杂、分层、裂纹、气泡和白点。中心疏松及锭型偏析按GB/T 1299-2000的标准第三级别图评定,并符合表2-2的规定。
表2-2出心裁GB/T 1299-2000标准中规定的低倍组织合格级别
钢材直径/mm 一组 二组
 中心疏松/≤级 锭型偏析/≤级 中心疏松/≤级 锭型偏析/≤级
≤50 4.0 6.0 3.0 6.0
>50~75 4.5 6.0 3.5 6.0
>75~100 4.5 6.0 4.5 6.0
>100~125 5.0 6.0 4.5 6.0
>125~155 5.0 6.0 5.0 6.0
>155 供需双方协商
注:一组指的钢号为:1-1~1-6;2-1~2-3;3-4~3-8~3-11;4-1~4-2;4-7~4-12;6-1~6-2。其余为二组。
在上述标准的规定中,指标比国外同类标准低,实际近些年来生产模具钢质量水平较高的冶金厂的实际质量水平,已经大大超过此级别的规定,并且制定了相应的企业内控标准,用户也提出了更高的要求。
④交货状态
除了美国标准规定交货状态为退火、淬火或回火外,其他工业先进国家的标准规定以退火状态交货。
但是,在塑料模具钢方面用户已经要求以预硬化状态交货。模块要求六面进行机加工状态交货。我国一般规定退火状态交货。
⑤硬度
交货状态钢材和试样淬火后的硬度值,必须按表2-3的规定。美国钢种退火硬度一般均比我国低,德国和我国的基本相同,日本同我国相比则有高有低,美国的试样的淬火硬度一般均比我国产高,德国、日本与我国基本相当,我国冶金厂能保证热作模具钢的淬火硬度,故没有规定。
表2-3 GB/T 1299-2000标准规定的钢材的退火硬度和淬、回火硬度
序号 钢级 牌号 交货状态 试样淬火
   布氏硬度HBS10/3000 淬火温度/℃ 冷却剂 洛氏硬度HRC≥
1-1 量具刃具用钢 9SiCr 241~197 820~860 油 62
1-2  8MnSi ≤229 800~820 油 60
1-3  Cr06 241~187 780~810 水 64
1-4  Cr2 229~179 830~860 油 62
1-5  9Cr2 217~179 820~850 油 62
1-6  W 229~187 800~830 水 62
2-1 耐冲击工具用钢 4CrW2Si 217~179 860~900 油 53
2-2  5CrW2Si 255~207 860~900 油 55
2-3  6CrW2Si 285~229 860~900 油 57
2-4  6CrMnSi2Mo1V  ≤229 (677±15)℃,885℃(盐浴)或900℃(炉控气氛)±6℃加热,保温①5~15min油冷,58~204℃回火 58
2-5  5Cr3Mn1SiMo1V (677±15)℃,941℃(盐浴)或955℃(炉控气氛) ±6℃加热,保温①5~15min油冷,56~204℃回火 56
3-1 冷作模具钢 Cr12 269~217 950~1000 油 60
3-2  Cr12Mo1V1 ≤255 (820±15)℃预热,940℃(盐浴)或1010℃(炉控气氛) ±6℃加热,保温①10~20min空冷,(200±6)℃回火 59
3-3  Cr12MoV 255~207 950~1000 油 58
3-4  Cr5Mo1V ≤255 (790±15)℃预热,940℃(盐浴)或950℃(炉控气氛) ±6℃加热,保温①10~20min空冷,(200±6)℃回火 60
3-5  9Mn2V ≤229 780~810 油 62
3-6  CrWMn 255~207 800~830 油 62
3-7  9CrWMn 241~197 800~830 油 62
3-8  Cr4W2MoV ≤269 960~980,1020~1040 油 60
3-9  6Cr4W3Mo2VNb ≤255 1100~1160 油 60
3-10  6Cr6Mo5Cr4V ≤269 1180~1200 油 60
3-11  7CrSiMnMoV ≤235 淬火:870~900
回火:150±10 油冷或空冷 60
4-1 热作模具钢 5CrMnMo 241~197 820~850 油 
4-2  5CrNiMo 241~197 930~860 油 
4-3  3Cr2W8V ≤255 1075~1125 油 
4-4  5Cr4Mo3SiMnVAl ≤255 1090~1120 油 
4-5  3Cr3Mo3W2V ≤255 1060~1130 油 
4-6  5Cr4W5Mo2V ≤269 1100~1150 油 
4-7  8Cr3 255~207 850~880 油 
4-8  4CrMnSiMoV 241~197 870~930 油 
4-9  4Cr3Mo3SiV ≤229 (790±15)℃预热,1010℃(盐浴)或1020℃(炉控气氛) ±6℃加热,保温①5~15min空冷,(550±6)℃回火 
4-10  4Cr5MoSiV ≤235 (790±15)℃预热,1000℃(盐浴)或1010℃(炉控气氛) ±6℃加热,保温①10~20min空冷,(550±6)℃回火 
4-11  4Cr5MoSiV1 ≤235 (790±15)℃预热,1000℃(盐浴)或1010℃(炉控气氛) ±6℃加热,保温①10~20min空冷,(550±6)℃回火 
4-12  4Cr5W2VSi ≤229 1030~1050 油或空 
5-1 无磁模具钢 7Mn15Cr2Al3V2WMo  1170~1190固溶
650~700时效 水或空 45
6-1 塑料模具钢 3Cr2Mo    
6-2  3Cr2MnNiMos    
注:①保温时间是指试样达到加热温度后保持的时间。
a.试样在盐浴中进行,在该温度保持时间为5min,对Cr12Mo1V1钢是10min。
b.试样在炉控气氛中进行,在该温度保持时间为:5~15min。
⑥脱碳
美国、中国、日本都将脱碳列为悸检项目,德国只有脱碳的检验的方法,但没有作规定。我国标准规定对脱碳层深度采用线性公式,美国标准和日本标准都是按钢材截面尺寸分组距作出不现规定,显然我国所用线性公式较为科学合理。我国GB/T 1299-2000对脱碳的规定如表2-4所示。热轧和锻制钢材一边总脱碳层(铁素体+过渡层),应符合表2-4的规定,根据需方的要求,可以双方协商,在合同中说明。冷拉钢材一边总脱碳层,除含硅合金钢外应不大于其公称尺寸的1.5%,含硅合金钢不应大于其公称尺寸的2%,银亮钢表面不允许有脱碳层。扁钢和直径(边长)在于150mm的钢材的总脱碳层按供需双方协议。
表2-4 GB/T 1299-2000对脱碳层规定
钢材直径或边长/mm 总脱碳层深度≤
 Ⅰ组 Ⅱ组
5~150 0.25+1%D 0.20+2%D
注:D为钢材截面公称尺寸
⑦高倍组织
GB/T上1299-2000标准中规定了珠光体组织、网状碳化物和共晶碳化物不均匀度3套金相评级标准与合格级别。美国标准未作规定,日本与德国标准将此项作为双方协议项目。我国GB/T 1299-2000标准规定对珠光体组织、网状碳化物、共晶碳化物不均匀度进行检验。
⑴珠光体组织
Ⅰ 退火状态交货的9SiCr、Cr2、CrWMn、9CrWMn、Cr06、W和9Cr2钢应检验珠光体组织,并按本标准所附第一级别评定,合格级别为1~5级。制造螺纹刃具用的9SiCr退火钢材,其珠光体组织合格级别为2~4级。
Ⅱ 退火状态交货的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr钢应检验网状碳化物,并按本标准所附第二级别图评定。截面尺寸不大于于60mm2的CrWMn、Cr2、Cr06和9SiCr钢材,其合格级别不大于3级。制造螺纹刃具用的不大于60mm2的9SiCr退火钢材,其网状碳化物的合格级别为不大于2级。
⑵共晶碳化物不均匀度   退火状态交货的Cr12、Cr12MoV、
"/-3-183-186.">Cr12Mo1V1、6W6Mo5Cr4V和6Cr4W3Mo2VNb钢应检验共晶碳化物不均匀度,并按GB/T 14979标准的第四评级图评定,其合格级别应符合表2-5的规定。
表2-5 GB/T 1299-2000标准中对共晶碳化物合格级别的规定
钢材直径或边长/mm 共晶碳化物不均匀度合格级别/级≤
 Ⅰ组 Ⅱ组
≤50 3 4
50~70 4 5
>70~120 5 6
>120 6 协议
⑧钢材的表面质量
Ⅰ 供压力加工用的热轧和锻制钢材,表面不得有目视可见的裂纹、折叠、结疤和夹杂。如有上述缺陷必须清除,清除深度从钢材实际尺寸算起应符合表2-6的规定,清除宽度不小于深度的5倍。深度在公差之半范围内的其他轻微表面缺陷可不清除。美国、日本等国的标准均有相应的规定。如日本标准规定,钢材应加工良好,不得有影响使用的缺陷。德国标准规定,表面状态应按加工余量不同的等级交货,在加工余量范围内允许存在表面缺陷和边缘脱碳。
表2-6 GB/T 1299-2000标准中热轧和锻制钢材表面缺陷允许清除的深度
钢材直径或边长/mm 同截面允许清除深度
≤50 公差之半
80~140 公差
>140 钢材截面尺寸的公差
Ⅱ 供切削加工用的热轧和锻制钢材,表面允许有从钢材公称尺寸算起深度不大于表2-4的规定缺陷。
表2-4 GB/T 1299-2000标准规定切削用钢材表面局部缺陷允许深度
钢材截面尺寸/mm 局部缺陷允许的深度
<80 公差之半
≥80 公差
Ⅲ 冷拉钢材表面应洁净、光滑、不应有裂纹、折叠、结疤、夹杂和氧化铁皮。经热处理的冷拉钢材表面允许有氧化色或轻微氧化层。9级和10级精度的冷拉钢材表面,不得有任何缺陷。11级和12级精度的冷拉钢材表面,允许有深度不大于(从实际尺寸算起的该公称尺寸公差的麻点、个别划痕、发纹、凹面等缺陷)公称尺寸公差之半。银亮钢应符合GB/T 3207之规定。
在冷拉材方面,美国的标准规定的较严,即表面缺陷在允许公差范围内清除之后才符合要求。
⑨特殊要求
根据需方的要求,供需双方协议,合金模具钢可以增加其他的检验项目,评级的标准、试验方法和合格的标准由双方协商。主要有非金属夹杂物、晶粒度、淬透性等。
近些年来,随着模具工业的发展,对
模具钢提出了更高的要求,非金属夹杂物的检验已经非常普遍。另外,对锻材应该规定探伤,尤其是Cr12型的冷作模具钢、热作模具钢等,应尽早纳入标准。


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