铝材挤压模具钢材选择及化学成份 阐明

援用 ：铝型材热挤压模具的断裂问题进行了掉 效缘由 剖析 及工艺剖析 .哄骗回归正交设计法放置 了 8组工艺实行 ,测试了钢材的断裂韧性 (KIC) ,冲击韧性及其硬度 ,并竖立 了上述指标与主要热处置惩罚 工艺参数间的数学表达式 .在此根本上 ,对现行的临盆 工艺进行了改善 ,消弭 热挤压模具的初期 断裂 ,并使其使用寿命显著提高 .

铝材挤压模具钢材的化学成份 及其感化

⒈挤压模具的碳(C)：钢中含碳量增添 ，屈就 点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性下降 ，当碳量0.23%跨越 时，钢的焊接机能 变坏，是以 用于焊接的低合金布局钢，含碳量一般不跨越 0.20%。碳量高还会下降 钢的耐年夜 气侵蚀 能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；另外 ，碳能增添 钢的冷脆性和时效敏感性。

⒉常存杂质元素

模具钢材除含碳之外 ，还含有少许 锰(Mn)、硅(Si)、硫(S)、磷(P)、氧(O)、氮(N)和氢(H)等元素。这些元素并不是 为改善模具钢材质量成心 到场 的，而是由矿石及冶炼进程 中带入的，故称为杂质元素。这些杂质对钢机能 是有必然 影响，为了包管 模具钢材的质量，在国度 尺度 中对各类钢的化学成份 都作了严厉 的划定 。

图为：铝型材挤压模具用钢材

⑴硫（S）：硫来历于炼钢的矿石与燃料焦炭。它是钢中的一种有害元素，使钢发生 热脆性，下降 钢的延展性和韧性；硫以硫化铁(FeS)的形态存在于钢中，FeS和Fe构成 低熔点(985℃)化合物。而钢材的热加工温度一般在1150～1200℃以上，所以当钢材在铸造 和轧制等热加工时，由于FeS化合物的过早融化 而致使 工件开裂，这类 现象称为“热脆”。含硫量愈高，热脆现象愈严重。硫对焊接机能 也晦气 ，下降 耐侵蚀 性。故必需 对钢中含硫量进行节制 。高级优良 钢：S＜0.02%～0.03%；优良 钢：S＜0.03%～0.045%；通俗 钢：S＜0.055%～0.7%以下。在钢中到场 0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，平日 称易切削钢。

⑵磷（P）：磷是由矿石带入钢中的，一般说磷也是有害元素。磷虽能使钢材的强度、硬度增高，但引发 塑性、冲击韧性显著下降 。特别是在低温时，它使钢材显著变脆，这类 现象称"冷脆"。冷脆使钢材的冷加工及焊接性变坏，下降 塑性，使冷弯机能 变坏；含磷愈高，冷脆性愈年夜 ，故钢中对含磷量节制 较严。高级优良 钢：P＜0.025%；优良 钢： P＜0.04%；通俗 钢： P＜0.085%。

⑶挤压模具的锰（Mn）：锰是炼钢时作为脱氧剂到场 钢中的。由于锰可以与硫构成 高熔点(1600℃)的MnS，必然 水平 上消弭 硫的有害感化 。锰具有很好的脱氧能力，可以或许 与钢中的FeO成为MnO进入炉渣，从而改善钢的品质，特别是下降 钢的脆性，提高钢的强度和硬度。是以 ，锰在钢中是一种有益元素。一般认为，钢中含锰量在0.5%～0.8%以下时，把锰当作是常存杂质。手艺 前提 中划定 ，优良 碳素布局钢中，正常含锰量是0.5%～0.8%；而较高含锰量的布局钢中，其量可达0.7%～1.2%。

⑷硅（Si）：硅也是炼钢时作为脱氧剂而到场 钢中的元素。硅与钢水中的FeO能结成密度较小的硅酸盐炉渣而被除去，是以 硅是一种有益的元素。硅在钢中溶于铁素体内使钢的强度、硬度增添 ，塑性、韧性下降 。平静 钢中的含硅量平日 在0.1%～0.37%，沸腾钢中只含有0.03%～0.07%。由于钢中硅含量一般不跨越 0.5%，对钢机能 影响不年夜 。假如 钢中含硅量跨越 0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈就 点和抗拉强度，故普遍 用于作弹簧钢。在调质布局钢中到场 1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等连系 ，有提高抗侵蚀 性和抗氧化的感化 ，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增添 ，会下降 钢的焊接机能 。

⑸挤压模具的氧（O）：氧在钢中是有害元素。它是在炼钢进程 中天然 进入钢中的，虽然 在炼钢末期要到场 锰、硅、铁和铝进行脱氧，但弗成 能除尽。氧在钢中以FeO、MnO、SiO2、Al2O3等同化 情势 ，使钢的强度、塑性下降 。特别 是对委靡强度、冲击韧性等有严重影响。

⑹氮（N）：氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增添 时效敏感性。铁素体消融 氮的能力很低。当钢中溶有过饱和的氮，在放置较长一段时候 后或随后在200～300℃加热就会发生氮以氮化物情势 的析出，并使钢的硬度、强度提高，塑性下降，发生时效。钢液中到场 Al、Ti或V进行固氮处置惩罚 ，使氮固定在AlN、TiN或VN中，可消弭 时效偏向 。

7）挤压模具的氢（H）：钢中溶有氢会引发 钢的氢脆、白点等缺点 。白点常在轧制的厚板、年夜 锻件中发现，在纵断面中可看到圆形或卵形 的白色雀斑 ；在横断面上则是颀长 的发丝状裂纹。锻件中有了白点，使用时会发生忽然 断裂，造成意外 变乱 。是以 ，化工容器用钢，不答应 有白点存在。氢发生 白点冷裂的主要缘由 是由于 高温奥氏体冷至较低温时，氢在钢中的消融 度急剧下降 。当冷却较快时，氢原子来不及散布 到钢的概况而逸出，就在钢中的一些缺点 处由原子状况 的氢酿成 份子 状况 的氢。氢份子 在不克不及 散布 的前提 下在局部地域发生 很年夜 压力，这压力跨越 了钢的强度极限而在该处构成 裂纹，即白点。

⒊为了合金化而到场 的合金元素，最经常使用 的有硅(Si)、锰(Mn)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、硼(B)、铜(Cu)、铝(Al)、稀土(Xt)等。现划分辩 明它们在钢中的感化 。

⑴挤压模具的硅（Si）：在炼钢进程 中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以平静 钢含有0.15－0.30%的硅。假如 钢中含硅量跨越 0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈就 点和抗拉强度，故普遍 用于作弹簧钢。在调质布局钢中到场 1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等连系 ，有提高抗侵蚀 性和抗氧化的感化 ，可制造耐热钢。含硅1－4%的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增添 ，会下降 钢的焊接机能 。硅在钢中的感化 ：

①提高钢中固溶体的强度和冷加工硬化水平 使钢的韧性和塑性下降 ；

②硅能显著地提高钢的弹性极限、屈就 极限和屈强比；

③耐侵蚀 性。硅的质量分数为15％一20％的高硅铸铁，是很好的耐酸材料。含有硅的钢在氧化氛围 中加热时，概况也将构成 一层SiO2薄膜，从而提高钢在高温时的抗氧化性。错误谬误：使钢的焊接机能 恶化。

⑵挤压模具的锰（Mn）：在炼钢进程 中，锰是杰出的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中到场 0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不单有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工机能 ，如16Mn钢比A3屈就 点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，削弱 钢的抗侵蚀 能力，下降 焊接机能 。锰在钢中的感化 ：

①锰能提高钢的淬透性；

②锰对提凹凸 碳和中碳珠光体钢的强度有显著的感化 ；

③锰对钢的高温瞬时强度有所提高。

错误谬误：

①含锰较高时，有较显明的回火脆性现象；

②锰有增进 晶粒终年 夜 的感化 ，是以 锰钢对过热较敏感t在热处置惩罚 工艺上必需 留意 。这类 错误谬误可用到场 细化晶粒元素如钼、钒、钛等来战胜 ；

③当锰的质量分数跨越 1％时，会使钢的焊接机能 变坏；

④锰会使钢的耐锈蚀机能 下降 。

⑶挤压模具的铬（Cr）：在布局钢和东西钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时下降 塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐侵蚀 性，因此 是不锈钢，耐热钢的主要 合金元素。铬在钢中的感化 ：

①铬可提高钢的强度和硬度；

②铬可提高钢的高温机械机能 ；

③使钢具有杰出的抗侵蚀 性和抗氧化性；

④禁止石墨化；⑤提高淬透性。

错误谬误：

①铬是显著提高钢的脆性改变 温度；

②铬能增进 钢的回火脆性。

⑷镍（Ni）：镍能提高钢的强度，而又连结 杰出的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐侵蚀 能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资本 ，故应尽可能 采取 其他合金元素代用镍铬钢。镍在钢中的感化 ：

①可提高钢的强度而不显著下降 其韧性；

②镍可下降 钢的脆性改变 温度，便可 提高钢的低温韧性；

③改善钢的加工性和可焊性；

④镍可以提高钢的抗侵蚀 能力，不但 本事 酸，并且 能抗碱和年夜 气的侵蚀 。

⑸挤压模具的钼（Mo）：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强机能 ，在高温时连结 足够的强度和抗蠕变能力(持久在高温下遭到 应力，发生变形，称蠕变)。布局钢中到场 钼，能提高机械机能 。还可以按捺 合金钢由于火而引发 的脆性。在东西钢中可提高红硬性。钼在钢中的感化 ：

①钼对铁素体有固溶强化感化 ；

②提高钢热强性；

③抗氢侵蚀的感化 ；

④提高钢的淬透性。

错误谬误：钼的主要不良感化 是它能使低合金钼钢发生石墨化的偏向 。

⑹钨（W）：钨熔点高，比重年夜 ，是珍贵 的合金元素。钨与碳构成 碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在东西钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削东西及锻模具用。钨在钢中的感化 ：

①提高强度；

②提高钢的高温强度；

③提高钢的抗氢机能 ；

④是使钢具有热硬性。是以 钨是高速东西钢中的主要合金元素。

⑺钒（V）：钒是钢的优秀 脱氧剂。钢中加0.5%的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳构成 的碳化物，在高温高压下可提高抗氢侵蚀 能力。钒在钢中的感化 ：

①热强性；

②钒能显著地改善通俗 低碳低合金钢的焊接机能 。

⑻钛（Ti）：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；下降 时效敏感性和冷脆性。改善焊接机能 。在铬18镍9奥氏体不锈钢中到场 恰当 的钛，可避免晶间侵蚀 。钛在钢中的感化 ：

①钛能改善钢的热强性，提高钢的抗蠕变机能 及高温持久强度；

②并能提高钢在高温高压氢气中的不变性。使钢在高压下对氢的不变性高达600℃以上，在珠光体低合金钢中，钛可禁止钼钢在高温下的石墨化现象。是以 ，钛是汽锅 高温元件所用的热强钢中的主要 合金元素之一。

⑼挤压模具的铌（Nb）：铌能细化晶粒和下降 钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在通俗 低合金钢中加铌，可提高抗年夜 气侵蚀 及高温下抗氢、氮、氨侵蚀 能力。铌可改善焊接机能 。在奥氏体不锈钢中加铌，可避免 晶间侵蚀 现象。铌在钢中的感化 ：

①铌和碳、氮、氧都有极强的结协力 ，并与之构成 响应 的极其 不变的化合物，因此 能细化晶粒，下降 钢的过热敏感性和回火脆性；

②有极好的抗氢机能 ；

③铌能提高钢的热强性

⑽硼（B）：钢中到场 微量的硼便可 改善钢的致密性和热轧机能 ，提高强度。硼在钢中的感化 ：

①提高钢的淬透性；

②提高钢的高温强度。强化晶界的感化 。

⑾铜（Cu）：铜能提高强度和韧性，特别是年夜 气侵蚀 机能 。错误谬误是在热加工时轻易 发生 热脆，铜含量跨越 0.5%塑性显著下降 。当铜含量小于0.50%对焊接性无影响。武钢用年夜 冶矿石所炼的钢，常常 含有铜。

⑿铝（Al）：铝是钢中经常使用 的脱氧剂。钢中到场 少许 的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗侵蚀 机能 ，铝与铬、硅适用 ，可显著提高钢的高温不起皮机能 和耐高温侵蚀 的能力。铝的错误谬误是影响钢的热加工机能 、焊接机能 和切削加工机能 。铝在钢中的感化 ：

①用作炼钢时的脱氧定氮剂，细化晶粒，按捺 低碳钢的时效，改善钢在低温时的韧性，特别是下降 了钢的脆性改变 温度；

②提高钢的抗氧化机能 。曾对铁铝合金的抗氧化性进行了较多的研究；4％AI便可 改变氧化皮的布局，到场 6％A1可以使 钢在980C以下具有抗氧化性。当铝和铬配归并 用时，其抗氧化机能 有更年夜 的提高。例如，含铁50％一55％、铬30％一35％、铝10％一15％的合金，在1400C高温时，仍具有相当好的抗氧化性。由于铝的这一感化 ，最近几年来，常把铝作为合金元素到场 耐热钢中；

③另外 ，铝还能提高对硫化氢和V2O5的抗侵蚀 性。

错误谬误：

①脱氧时如用铝量过量 ，将增进 钢的石墨化偏向 ；

②当含铝较高时．其高温强度和韧性较低。

⒀挤压模具的钴（Co）：钴是罕见 的珍贵 金属，多用于非凡 钢和合金中，如热强钢和磁性材料。

⒁挤压模具的稀土（Xt）：稀土元素是指元素周期表华夏 子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢中到场 稀土，可以改变钢中同化 物的构成 、形态、散布 和性质，从而改善了钢的各类 机能 ，如韧性、焊接性，冷加工机能 。在犁铧钢中到场 稀土，可提高耐磨性。

总之铝材挤压模具钢材的化学成份的搭配特别很是主要 也很关头。是以 在铝型材挤压模具的设计时留意 选材

模具钢化学成份 的检测

1、碳硫元素的检测：LC-CS3系列高速碳硫剖析 仪，LC-CS5系列高速碳硫剖析 仪，LC-CS6系列高速碳硫剖析 仪，LC-8A型电脑高速碳硫剖析 仪

2、非碳硫元素的检测：LC-BS系列智能多元素剖析 仪，LC-8B型电脑多元素剖析 仪

3、模具钢全元素检测：LC-8型电脑多元素联测剖析 仪

做全剖析 或是指定元素的剖析 ，如C、S、Si、Mn、P、Cr、Mo、V、Ti、Ni、W等中的全数或几项