模具钢材有哪些性能？(一种随形水冷注塑模具钢件及其制备方法与流程)
admin很多人不知道模具钢材有哪些性能？的知识，小编对一种随形水冷注塑模具钢件及其制备方法与流程进行分享，希望能对你有所帮助！
本文导读目录：
3、世融特岗(图)｜ASP60模具钢报价｜莆田ASP60模具钢
模具钢材有哪些性能？
模具钢的化学成分、晶粒大小和纯净度，碳化物和夹杂物的数量、形态、大小和分布，以及模具钢的热处理制度和热处理后的金相组织对钢的韧性有很大影响。
特别是钢的纯净度和热加工变形对其横向韧性的影响更为明显。
因此，必须合理选择钢的化学成分，采用合理的精炼、热加工和热处理工艺，使模具材料的耐磨性、强韧性达到最佳匹配。
冲击韧性系统特征材料在一次冲击过程中，试样在整个断裂过程中吸收的总能量。
然而，许多工具在不同的工作条件下会疲劳断裂，因此常规的冲击韧性不能完全反映模具钢的断裂性能。
正在采用小能量多冲击断裂功或多断裂寿命和疲劳寿命等测试技术。
在服役条件下，热模具钢不仅要承受周期性变化的载荷，还要承受高温和周期性淬火加热的作用。
因此，在评价热作模具钢的抗断裂性能时，应重视材料的热机械疲劳断裂性能。
机械疲劳是一项综合性能指标，包括热疲劳性能、机械疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性三个方面。
热疲劳性能反映了材料在热疲劳裂纹萌生前的工作寿命。
抗热疲劳性高的材料有更多的热循环来引发热疲劳裂纹。
机械疲劳裂纹扩展速率反映了材料在热疲劳裂纹萌生后，在锻造压力的作用下，裂纹向内扩展时，各个应力循环的扩展量。
断裂韧性反映了材料对现有裂纹的不稳定性和扩展的抵抗能力。
在具有高断裂韧性的材料中，如果其中的裂纹是不稳定的和扩展的，它们必须在裂纹尖端具有足够高的应力强度因子，即它们必须具有大的裂纹长度。
在应力不变的前提下，一个模具已经存在疲劳裂纹。
如果模具材料的断裂韧性高，则裂纹必须扩展得更深，从而可能发生不稳定性扩展。
也就是说，热疲劳抗力决定了疲劳裂纹萌生前零件的寿命；然而，裂纹扩展速率和断裂韧性可以决定裂纹开始后发生亚临界扩展的部件的寿命。
因此，为了获得长的使用寿命，模具材料应该具有高的抗热疲劳性、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性。
抗热疲劳性的指标可以用热疲劳裂纹的热循环次数来衡量，也可以用一定热循环后的疲劳裂纹数和平均深度或长度来衡量。
一种随形水冷注塑模具钢件及其制备方法与流程
图中：1-随形水冷注塑模具零部件；2-随形冷却水路；3-水路出口；4-水路入口。
本发明实施例提供了一种随形水冷注塑模具钢件的制备方法，其包括将采用选区激光熔化技术实现增材制造加工得到的模具样品依次进行固溶处理、低温预时效处理以及离子渗氮处理；。
低温预时效的时效温度为150℃～350℃，时效时间为60～180min；。
在离子渗氮处理时，模具样品的基体温度为450～600℃，渗氮时间为3～10h。
在可选的实施方式中，进行低温预时效处理时，时效时间可以为150℃、180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃、300℃、320℃、340℃或350℃；时效时间可以为60min、70min、80min、90min、100min、110min、120min、130min、140min、150min、160min、170min或180min。
在可选的实施方式中，离子渗氮时，模具样品的基体温度可以为450℃、460℃、470℃、480℃、490℃、500℃、510℃、520℃、530℃、540℃、550℃、560℃、570℃、580℃、590℃或600℃。
离子氮化参数的优选标准为，离子氮化温度在金属间化合物析出温度左右，将基体温度保持高于450℃，以保证时效强化效果和离子氮化效率。
在可选实施方式中，低温预时效处理后，模具样品的硬度增量不高于模具样品增材制造状态时硬度值的20％。
低温预时效的温度和时间与离子渗氮过程中的温度和时间有关，经过大量的实验例后，发明人发现低温预时效处理可通过硬度和金相进行优选判定，优选标准是时效处理后硬度增量不能高于增材制造状态硬度值的20％，且金相检测中未见明显的马氏体回复现象，从而避免离子渗氮后的过时效析出脆化现象。
在可选的实施方式中，低温预时效处理后的冷却方式为气冷或油冷。
在可选的实施方式中，离子渗氮的气体为n2和h2的混合气体，炉内工作气压为300～800pa，基体偏压为500～600v。
进一步地，离子渗氮的气体可以为n2、或n2与h2的混合气体；炉内工作气压可以为300pa、400pa、500pa、600pa、700pa或800pa；基体偏压为500v、510v、520v、530v、540v、550v、560v、570v、580v、590v或600v。
在可选的实施方式中，n2气体含量占n2和h2的混合气体的体积的20～60％。
在可选的实施方式中，制备方法包括在离子渗氮时加入促渗剂。
需要说明的是，在其他实施例中，也可以采用其他促渗工艺如氮碳共渗和氮碳氧共渗组合使用，这并不影响本发明的普遍适用性。
在可选的实施方式中，促渗剂选自ch4和/或y2o3。
在可选的实施方式中，进行离子渗氮后，模具样品的表面不形成crn相或脆性的ε-fe3n相，渗氮的平均速率>12.5μm/h，表面孔隙率。
在可选的实施方式中，进行离子渗氮后，模具样品的表层为氮化物相，厚度≥10μm，硬度为1000～1500hv；模具样品的次表层为渗氮基体和氮化物，厚度≥90μm，硬度从模具样品的表面至心部呈梯度递减。
在上述参数的设置下，通过将低温预时效处理和促渗方法相结合，调控随形水冷模具钢件的基体强韧性和表面渗层的生长进程，从而既能使基体处于接近峰值时效的状态，又保持其表面的高强度和平均渗氮速率。
在可选的实施方式中，采用选区激光熔化技术时，激光功率为200～500w，扫描速度为700～1200mm/s，铺粉层的厚度为20～60μm，扫描间距为90～130μm。
进一步地，采用选区激光熔化技术时(即模具样品在进行选区激光熔化成形时)，激光功率可以为200w、300w、400w或500w；扫描速度可以为700mm/s、800mm/s、900mm/s、1000mm/s、1100mm/s或1200mm/s；铺粉层厚可以为20μm、30μm、40μm、50μm或60μm；扫描间距可以为90μm、100μm、110μm、120μm或130μm。
在可选的实施方式中，采用选区激光熔化技术时，激光体能量密度为40～120j/mm3。
进一步地，激光体能量密度可以为40j/mm3、50j/mm3、60j/mm3、70j/mm3、80j/mm3、90j/mm3、100j/mm3、110j/mm3或120j/mm3。
在该范围内，能制备出相对密度高于99.0％的模具样品。
在可选的实施方式中，在采用选区激光熔化技术加工后，进行固溶处理之前，还包括对选区激光熔化技术加工后的模具样品的形状及其表面进行初次精加工。
在可选的实施方式中，在采用选区激光熔化技术加工前，制备方法包括根据加工零件要求，采用cad软件设计随形水冷模具。
在可选的实施方式中，进行固溶处理时，固溶温度为830℃～900℃，固溶时间为40～80min。
进一步地，进行固溶处理时，固溶温度可以为830℃、840℃、850℃、860℃、870℃、880℃、890℃或900℃；固溶时间可以为40min、50min、60min、70min或80min。
在可选的实施方式中，在进行固溶处理后，低温时效处理前，模具样品的硬度≥模具样品增材制造状态时的硬度值的75％，表面氧化层厚度≤0.3μm。
需要说明的是，“其增材制造状态”是指模具样品增材制造时的状态，也是固溶处理前时的状态。
固溶处理和低温预时效处理时的温度通过dsc测试进行确定，选取析出相溶解的吸热峰以上温度进行固溶处理，选取金属间化合物析出的吸热峰以下温度进行时效处理。
固溶时间优选的标准是增材制在模具钢件金相组织中成分偏析现象消失，但固溶处理后钢件的硬度不低于增材制造状态硬度值的75％。
在可选的实施方式中，在进行离子渗氮之前，制备方法包括低温预时效处理后的模具样品进行二次精加工与抛光：通过打磨去模具样品表面的氧化物，然后进行抛光处理，用酒精或丙酮去除模具表面的灰尘和油污等，表面不能有氧化物和碰伤。
上述“抛光”可以采用机械抛光，也可以采用硝酸冰乙酸混合溶液等化学试剂进行抛光，优选标准是粗糙度ra低于0.05μm。
在可选的实施方式中，在离子渗氮前，制备方法包括对低温预时效处理后的模具样品进行离子清洗。
在可选的实施方式中，离子清洗时的工作气压为30～60pa，电压为700～800v，清洗气体包括ar和h2。
在可选的实施方式中，清洗气体中，ar和h2的气体比例为1：(1～2)。
在可选的实施方式中，随形水冷注塑模具钢件的材料选自18ni马氏体时效钢材和cr含量高于12wt.％的耐蚀不锈钢材中的至少一种。
本发明通过优化选区激光熔化技术的参数窗口，灵活设计模具钢件，尤其是增材制造的模具钢件，减少模具钢件的孔隙和偏析等状态，提高模具钢件的整体质量。
具体为通过合理固溶处理、时效处理和离子渗氮的参数，使模具钢件处于最佳的时效状态，既具有较高的强度，又消除或减少了模具内部的内应力，以防止或减少析出相引起的脆化效果；通过调控离子氮化参数，使增材制造模具具有高强度、高韧性和高耐磨耐蚀性能的表面，引入表面压应力，有效提高了随形水冷模具的质量和使用寿命。
此外，本发明实施例还提供了一种随形水冷注塑模具钢件，其由前述任一实施方式的随形水冷注塑模具钢件的制备方法制得。
该随形水冷注塑模具钢件具有质量好，使用寿命长的优点。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
本申请提供一种随形水冷注塑模具钢件的制备方法，其包括以下步骤：。
(1)根据加工零件要求采用cad软件设计随形水冷模具。
(2)并用选区激光熔化技术，熔凝18ni马氏体时效钢粉末，制备如图1所示的随形水冷注塑模具零部件1，其包括为随形冷却水路2，水路出口3以及水路入口4。
其中，将采用选区激光熔化技术实现增材制造加工得到的模具样品依次进行固溶处理和低温预时效处理；。
其中，模具样品在进行选区激光熔化成形时，激光功率为265w，扫描速度为1000mm/s，铺粉层厚为40μm，扫描间距为100μm；工作气氛为ar，激光体能量密度为100j/mm3，成品模具相对密度大于99.92％。
按模具设计的尺寸精度要求和表面粗糙度精度要求对增材制造模具样品的形状及表面进行初次精加工。
(3)对激光加工的随形水冷模具依次进行固溶处理和低温预时效处理。
固溶温度为860℃，固溶时间为50min，固溶处理后的冷却方式为油冷；固溶处理后的样品在金相检测中激光增材制造的特征组织，如枝晶和成分偏析等均不可见，硬度约为28±1.5hrc。
时效温度为200℃，时效时间为150min，时效处理后的冷却方式为油冷。
时效处理后未见明显的马氏体回复现象，硬度测试约为38±0.5hrc。
(4)对固溶处理和低温预时效处理后的模具样品进行二次精加工、抛光及清洗除油处理。
通过超精磨去除模具样品表面的氧化物，然后进行机械抛光处理，用酒精或丙酮去除模具表面的灰尘、油污等，表面不能有氧化物和碰伤。
(5)对抛光后的模具进行离子清洗和离子渗氮处理。
对抛光后的模具样品进行离子清洗，离子清洗的工作气压为40pa，电压为760v，离子清洗气体为ar和h2的混合气，气体比例为1：1。
基体温度为510℃，渗氮气体采用n2和h2的混合气体，n2和h2的气体比例为1：2。
离子渗氮时，引入微量的y2o3作为促渗剂；炉内工作气压为450pa，基体偏压约600v，渗氮时间为4h，冷却方式为随炉冷却。
离子氮化后模具钢件的横截面金相如图2所示。
从图2中可以看出，经过本发明实施例的一系列处理后，随形水冷模具钢件表层形成了90～100μm厚的渗层，渗层硬度呈梯度分布，靠近渗层表面的位置硬度接近1000hv，靠近基体一侧的硬度也超过700hv。
基体硬度在600hv左右，通过经验公式将硬度转换成强度指标后，实施例1中的增材制造基体完全达到了传统制造18ni钢锻件热处理后的强度标准。
本申请提供一种随形水冷注塑模具钢件的制备方法，其包括以下步骤：。
(1)根据加工零件要求采用cad软件设计随形水冷模具。
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