新一代铸造工具钢DE-GP4M

DE-GP4M–aNewGenerationforToolSteelCasting.1新一代铸造工具钢摘要DE-GP4M是一种新型铸造工具钢，不仅具有低合金材料的优点而且具有高合金材料所需所有特质。由于其含碳量少，所以有非常高的韧性。通过合金成分的调整决定此材料的第二硬度特性。这使得通过适当调整高温回火温度可实现高工件硬度，这样氮化处理和硬材料涂层都得以实现。INTRODUCTION介绍多种工具钢可以采用铸态形式。表格一可以满足大多数需要。Table1.模具大型铸件标准材料。GP4M0.61.00.85.0？？GP4M是另一种尺寸和重量大一点的材料，可改善使用性能。DE-GP4M开发重点在于大的铸件尺寸和热处理过程中获得二次硬化。另外也要考虑表面硬度和焊接性能。REQUIREDPROPERTIESOFCASTMATERIALS铸态材料要求的特性尽可能合理地限制材料种类。材料要有出色的可成型性和最大使用寿命并且在热处理后不会变形。遗憾的是并不是所有这些需求都能得到满足，所以在生产前要对相关问题区域进行讨论并找到合适的解决方案。大型模具要求的材料：highhardness高硬度highcompressivestrength高耐压强度hightensilestrength高抗张强度hightoughness高韧性highwearresistence高耐磨性goodhardenability良好的淬硬性gooddimensionalstability良好的尺寸稳定性lowdistortion低变形通过化学成分和热处理调整材料特质。为了达到高韧性，需降低碳的含量。另外，第二硬度受增加如钼和钒的影响。Figure1对于合金组成给出了一个影响概况。DE-GP4M碳含量不得超过0.6%，尽可能减少碳含量。26THINTERNATIONALTOOLINGCONFERENCEFigure1.Materialcharacteristics.材料特性例如与材料等级1.2370和1.2382比较，会增加其韧性。然而提升回火温度修改材料1.2320的合金成分，产生奥氏体的转化和特殊碳化物的沉淀。众所周知，回火温度的处理是获得要求的第二硬度的先决条件。HEATTREATMENTOFDE-GP4MDE-GP4M热处理奥氏体化温度决定硬度，试验性的，在800–1100◦C进行奥氏体化，结构见Figure2。明显到最大1070◦C，随着奥氏体温度增加，硬度也增加，结果碳化物分解更多。因为奥氏体温度增加，马氏体的限制也随碳化物增多而增加。以不同的奥氏体温度为基础准备不同的回火曲线。目的在60HRc范围内达到第二硬度。Figure3比较了1.2320,1.2382和DE-GP4M的回火曲线。可以看出，由于合金特质，特别是1.2320，在回火温度高时，硬度减少。1.2382和DE-GP4M有显著的最大第二硬度。另外就是热处理导致的尺寸的变化。用180×40×40mm的平面样块做试验。Figure4指出退火时尺寸的变化。Figure5是个热处理实验的摘录。图示看出微观结构在淬火和回火(450◦C)以及(525◦C)的形成。可以看出回火(525◦C)时有很大变形，所以不再期待尺寸的随后老化和变化。材料DE-GP4M可用于退火、淬火和回火。Figure6是1.2320和1.2382材料的对比和新材料的展示。可以看出新材料只有很小的碳化物，因此有与1.2320类似的韧性。另外，1.2382有明显的碳化物。SURFACEHARDENABILITY表面硬度化DE-GP4M致力于优化表面硬度。可以注意到表面硬度目标尽可能高。Figure2.HardnessprojectionofDE-GP4M.DE-GP4M–aNewGenerationforToolSteelCasting.3Figure3.TemperingbehaviourofcastmaterialsGP3M,GP4MandGCPPU.所以建议基础材料不要退火，可以淬火和回火。根据合金特质和结构，火焰，感应，激光束等三种表面淬火的方式都可以应用，奥氏体温度范围为980–1050◦C.Figure4.ChangesindimensionofDE-GP4M.在空气硬度值58–62HRc之间达到自淬火。Figure7是感应淬火细化图。WELDINGOFDE-GP4MDE-GP4M焊接工具铸件想要的主要标准是材料可以焊接的，可以实现几何修改。Figure5.Gefu¨geausbildungGP4M.间隙形成Figure6.StructurecomparationGP4M.结构比较46THINTERNATIONALTOOLINGCONFERENCEFigure7.InductionhardeningofDE-GP4M.感应淬火尽管规定大型工具模具不得烧焊。但是实际几乎所有工具都要烧焊。所以尽可能保证在烧焊和相邻的区域没有裂痕。如有裂痕出现，在工件操作时会出现破裂可能导致工具坏掉。Figure8是淬硬性和焊接性图，Figure8.Castmaterialsforlargetoolsfabrication.由于合金特质，新材料DE-GP4M淬硬性优于1.2320,1.2333和1.2370。焊接性可以和1.2333媲美，比1.2370和1.2382好很多。NITRIDING氮化之前说过，GP4M材料可以用于淬火、回火(900–1250N/mm2)，和第二硬度最大62HRc范围内。如果需要，也可以用氮化处理增强耐磨性。根据压力设定不同的硬度。重要的是需要耐压强度，并可以制造大的尺寸。等离子氮化试验增强耐磨性。最后淬火和回火达到约580HV的核心硬度。看Figure9.氮化NHt最大深度0.21mm。DE-GP4M–aNewGenerationforToolSteelCasting.5Figure9.NitridingofDE-GP4M.SUMMARY总结从上述可以看出DE-GP4M填补了一个空缺，不仅可以做大尺寸，而且可以通过热处理达到第二硬度。并且焊接性和韧性都比1.2382优越。优越性总结如下：第二硬度PVD/CVD-涂层和氮化可以调整尺寸表面在空气中冷却(60–62HRc)的可淬硬性边角保留完好和1.2382比较，可以做更大尺寸的，焊接性比1.2382好交付条件：软化退火，max.250HB淬火和回火900–1250N/mm2客观描述，特别是对于需要韧度高的特质时，它可以替换1.2382.