(进口Stavax价格)2083不锈塑料模具钢的淬透性

1 2083钢淬透性剖析

钢的淬透性是钢诸项特性中的主要标准之一，对冲压模具、组材，模具制造工艺流程分配、热处理方法的制定、新模具钢的产品研发和目前模具钢的改善、钢的质量管理都拥有极为重要的指导作用。

不锈钢塑胶模具钢中更经常使用的有2083钢、2316钢和2085钢，前二种各自相匹配于在我国SM4Cr13钢、SMCr17Mo钢，而2085钢未有相匹配型号模具钢。2083钢用以生产制造52HRC淬硬模貝凹模、型芯和镶件；2316钢用以生产制造预硬的模具零件，2085钢用以生产制造模胚。这几类钢组成在一起，可构成一副详细的、由不锈钢塑胶模具钢构成的、具备优良耐腐蚀性的模貝。因为每一种钢在模貝中常处位置和起着功效的不一样，决策了对淬透性规定不一样。并且伴随着注塑模具日益进口替代，对钢的淬透性规定也显得更加高。可以说，不锈钢塑胶模具钢以追求完美更高一些淬透性为总体目标，变成不锈钢塑胶模具钢发展趋势的主线任务。

2083钢是不锈钢塑料模具钢中的主人公，尤其是高端镜面玻璃模貝，初加工后开展热处理，强度达52HRC。但也普遍存在着两个缺陷：一是钢的淬透性低；二是钻削工艺性能差[1]。

淬透性低所提供的不良影响是：

（1）只有用以生产制造中、中小型模貝，不可以用来生产制造大、结实的中小型模貝。

（2）热处理时冷却速率要充足快，热处理形变、淬裂危险因素相对应扩大。

（3）不适宜作为规定高淬透性的预软钢。

殊不知，搜索相关2083钢的淬透性材料时，都不经意的迴避着，就算有，也常常是“其淬透性很高”[2]。

测量淬透性的方式 许多，现阶段更普遍选用的是顶部淬透性测定方法。但此方式只有测量低、中淬透性钢、且仅限于直径低于?150mm的不锈钢板材，不适感用以高淬透性大横截面不锈钢板材。

钢的淬透性本质上是低温马氏体转化成奥氏体的工作能力尺寸，而持续冷却变化图（通称CCT图），是叙述低温马氏体变化动力学模型，马氏体变化是淬透性的物理化学基本，彼此之间具有着定量分析关联，而且因为其更贴近热处理生产制造具体，对实践活动的指导作用更高。

2 2083钢（4Cr13）CCT图

2083钢（4Cr13）CCT图可以从相关指南和模具钢厂给予的材料中搜索，从这当中较为选真实度较高的2083钢（4Cr13钢）的CCT图[3]。如下图1所显示，马氏体化温度980℃，油冷，在其中作了某些更改。

图1 2083钢CCT图

图1中的纵轴为温度，横坐标轴为時间多数（logτ，s），在其中的多个冷却曲线图，其底部圈里的数字意思变化物质的维氏硬度（HV）；冷却曲线图与变化终结线相交处的数字表示变化物质的成分（％）。图1中各英文字母意味着各相：A-马氏体；K-渗碳体；P-铁素体；F-金相组织；M-奥氏体；Ms-马氏体变化逐渐温度；M-位错奥氏体变化逐渐温度。

图2为另一幅2083钢的CCT图，马氏体化温度1,030℃，油冷[4]。

较为图1和图2得知，图2奥氏体逐渐变化温度显著比图1低；但对铁素体逐渐变化温度和時间同样。

图2 瑞典 2083钢CCT图

3 冷却曲线图

冷却曲线就是指不一样直径不锈钢棒在不一样热处理物质中冷却时表层和核心温度随時间的转变曲线图。不锈钢棒直径越大，冷却速率越低，冷却時间越长。

明确冷却曲线图有3种：①评测，真实度高，烧钱、费时间；②分析方法，定义清楚、精密度低；③解析法，可叙述动态性全过程、高精度。

路鲁普从传热学基础理论估算得到冷却曲线图，融合评测数据信息，做出调整，精密度得到进一步提高，所得的冷却曲线图如下图3所显示[5]。

图3纵轴有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ 5种温度尺标，供不一样马氏体化温度的应用。由于马氏体化温度只更改冷却曲线图的移动部位，而不更改冷却曲线图的样子。

图3 不一样直径不锈钢棒在不一样热处理物质中冷却时表层和核心冷却曲线图

4 临界值冷却效率与无金相组织临界值淬透直径

大家众所周知，当冷却曲线图与金相组织或铁素体“鼻部”相交时的冷却速率，即是临界值冷却速率。

当把冷却趋势图与CCT图叠在一起时，冷却曲线图与铁素体变化鼻部相交，所相应的冷却速率即是临界值冷却速率；所相应的不锈钢棒直径，即是所愿的临界值直径，也叫做无金相组织临界值淬透直径，以?F表明。

研究表明，冷却速率在全部冷却全过程中不断地变动的，在各冷却曲线图800℃至500℃间的冷却速率稳定不会改变，而800℃至500℃又是稳定值，故可简化为800℃冷到500间℃的冷却時间描述冷却速率，求取临界值（淬透）直径?F，如下图4所显示。

图4是考虑到2083钢的热物理学特点绘制的，类似不锈钢塑胶模具钢的热物理学特点都不同样，需有不同的冷却時间-直径图。

图4 2083钢在不一样冷却物质下800～550℃间冷却時间与直径关联

假如从临界值冷却曲线图500℃和800℃处各自引垂直线，500℃的時间减掉800℃时的時间，得800～550℃间冷却时间。由图得知，冷却到500℃時间为500s，冷却到800℃时间为150s，因此从800冷到500℃的时长为350s（冷却速率为0.71℃/s）。求取2083钢：油淬无金相组织临界值淬透直径?F≈200mm。空淬无金相组织临界值淬透直径?F≈25mm。

在大横截面高淬透性塑胶模具钢中属低的，故不适合作为预软钢，即应用也只有是小横截面的。大中小型模貝组材和热处理工艺时需要充分考虑此钢的淬透性尺寸。

5 等效电路横截面

如今所求取的是不锈钢棒（临界值）直径，绝大部分的模貝横截面是方形的，因此务必处理方形横截面（厚×宽）与圆截面（直径）中间的等效电路转换看起来十分必要。图5是国际海事组织施行的方形横截面与圆截面间等效电路转换图[6]。此图已考虑到热处理冷却速率。

一块厚145×宽300mm控制模块淬油，冷却实际效果与?200mm不锈钢棒同样。

图5只适用薄厚240mm下列、总宽300mm以内的镀锌扁钢。针对薄厚240mm以上、总宽300mm以上的镀锌扁钢，则按参考文献[7]中的公式换算：

D=2ab/（a b）

式中 D——等效电路直径，mm

a——镀锌扁钢薄厚，mm

b——镀锌扁钢总宽，mm

用以上方式可以对任一镀锌扁钢或控制模块能不能淬透，做出更后定量分析分辨。

图5 等效电路直径与方形横截面尺寸换算

6 淬透性与热处理工艺

淬透性是一条带，称之为淬透性带。在现实制造的2083钢中不一样炉次的淬透性，乃至同炉次钢的淬透性离散度大。成分达标，淬不够硬，淬不透，使热处理工艺技术工程师头疼，有苦说不出。图6为2083钢真空泵髙压气淬时强度和800~500℃冷却時间关联。

图6 2083钢真空泵髙压气淬时强度和800~500℃冷却時间关联

现阶段大部分2083钢实体模型芯选用真空泵5巴以上髙压气淬，气淬冷却速率小于油淬冷却速率，在气淬标准下的淬透性约150mm。

王凯旋和宛农对于某工厂横截面220～300×610mm（转换成等效电路临界值淬透直径为?400mm）4Cr13镀锌扁钢淬油淬不透难点，创建了一条镀锌扁钢喷雾器热处理生产流水线，获得处理[8]。但此方式不能根除，假如用此不锈钢板材做成模貝开展热处理时淬不够硬就十分麻烦了，因此应当采用淬透性更强的不锈钢板材。

又有某工厂横截面600×70mm（转换成等效电路临界值淬透直径为?84mm）4Cr13镀锌扁钢，油淬硬度不够45HRC。改成15％～20％浓度值的AQ3699（高压聚乙烯吨咯烷酮）水溶热处理剂。表层强度超过了54～56HRC，“芯部强度和抗压强度也比较满意”，但此方式值得商榷。尽管热处理强度达标，但绝不能是高品质不锈钢板材，导致淬不够硬的冶金工业缺点依然保留着，由其做成的模貝质量让人堪优。

其主要原因取决于碳化物渗碳体过多进行析出和缩松。4Cr13钢铬偏析指数有的达到6.46。这影响到热处理的任何阶段，尤其是炼铁阶段。

蔓延淬火，亦称匀称化淬火，高級模具钢中己被广泛选用，切实可行。

图7是4Cr13钢马氏体化温度和碳化物渗碳体成分的关联[9]，到1,200℃时渗碳体成分几乎消退。乘蔓延淬火余热回收开展锻轧，粉碎晶体，加上变形塑性变形，降低了高溫蔓延淬火产生的晶体钝化处理。

蔓延淬火还能缓解成份缩松，理想化状况下缩松指数可减少到<1.2。

英国ASM5506A规范中要求：420钢除基本的检验新项目以外，务必测量淬透性。从不锈钢板材上提取1/2英尺试件，980~1,000℃空淬，强度≥50HRC。好似北美地区铝压铸研究会NADCA#207-2006“H13铝合金铸造模钢”规范，非常值得参考。

图7 蔓延淬火马氏体化温度和渗碳体成分关联

7 改善淬透性

为了更好地改善2083钢的淬透性，不锈钢板材成份设计方案技术工程师们陆续探寻改进2083钢淬透性的新钢材牌号。

马氏体不锈钢分两大系列产品：13％Cr系列（英国420）和17％Cr系列产品（英国430）。钢的成分设计师，为提升淬透性，一派仍然以13％Cr为基本，另一派改弦更张，以17％为基本。

以德国伍德霍尔姆炼钢厂发展趋势13％Cr钢为例子。

更先在13％Cr钢中加上0.3％钒（V），产品名叫STAVAX ESR（进口S136）。

欧洲地区各特炼钢厂，则添加0.2％～0.4％钒不一。加钒功效有3种：①辅予淬火时有二次硬底化工作能力；②优化晶体，阻拦晶体成长；③钒间接性提升淬透性。

依照基础理论测算，假如钢中含有的碳和铬所有融入马氏体，是具备充足淬透性的。

钒的添加阻拦了凝结全过程中块状碳化物渗碳体进行析出，就会有越多的碳和铬融入马氏体，提升了低温马氏体可靠性，钢的淬透性获得明显增强。

加钒的2083钢淬透性:

油淬无金相组织临界值淬透直径?F≈300mm。

空淬无金相组织临界值淬透直径?F≈50mm。

适用中小型模貝，进而问世了STAVAX ESR PRO HARDEN预软钢。

加钒构成的STAVAXESR钢，具备好的淬透性，但终究比较有限。

MIRRAX ESR钢和POLMAX钢便是添加1.35％Ni、0.35％Mo、0.35％V，淬透性:

油淬无金相组织临界值淬透直径?F≈800~1,000mm。

空淬无金相组织临界值淬透直径?F≈200~400mm。

生产制造大横截面模貝非常合适了。

日本独特炼钢厂走的是另一条门路，以13％Cr为基本特征，添加原素钼（Mo）。

HPM38钢是日立炼钢厂发布的高級塑胶模具钢。29～33HRC预软钢和淬淬火后强度50～55HRC全软钢，预硬钢300×300mm正方形横截面强度遍布曲线图如下图8所显示[10]。

图8 HPM38钢横截面强度遍布曲线图

大同市制钢的S-STAR钢，添加金属原素钼（Mo）0.1％，也获得非常好实际效果[11]。

如今看，当时把为胡须刀开发设计的420钢立即移殖回来作为模具钢即2083钢，进到当代己缺点苍生，应逐渐取代被淘汰，对于模貝应用特性生产制造改进版420钢，达到模具钢的主要需求之一的淬透性规定。

8 结果

（1）2083（4Cr13、420）钢的淬透性稍低，淬油无金相组织临界值淬透直径?F≈?200mm。空淬无金相组织临界值淬透直径?F≈?25mm，不适宜作为预软钢。

（2）对在我国2083钢质量体现甚多，提议模具钢**标准中SM4Cr3不锈钢塑胶模具钢纳入淬透性新项目。

（3）世界各国改进版2083钢淬透性得到大幅度改进，非常值得强烈推荐。

（4）现阶段较常用的塑料模具钢一览表，尤其是对不锈钢塑料模具钢，是类似的，工厂改进版2083钢淬透性区别甚大，各有特色，在转换代换时不可以简单。

**作者介绍：朱本一，男，毕业于上海交大热处理工艺技术专业，我国航天航空工程师职称。我国中科院特邀研究者，热处理工艺学好第4、5、6届专家，我国科技核心期刊《热处理技术和装备》第1、2、3届理事。

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