模具钢抛光

抛光是模具制造过程的最后一步，高度依赖于抛光工的经验和技术。但是，如果材料不是“模具质量钢”，则几乎不可能达到所需的光洁度。

例如，S7、H13 和 420 不锈钢的 AISI 材料规范对硫等元素有相对较高的限制。这会导致形成不需要的颗粒，称为非金属夹杂物。这些外来颗粒是在传统的模具炼钢过程中形成的，它们的来源可以追溯到原始原材料中的杂质元素。在初级熔化过程中，这些元素会与熔体中溶解的气体发生反应，形成这些杂质。

由于这些杂质基本上是不溶的，它们会在凝固过程中从钢水中沉淀出来并形成硬颗粒。这些沉淀物由氧化物、硫化物、硅酸盐或其他成分组成。这种颗粒本质上比周围的钢基体更硬。如果钢中含有大量非金属夹杂物，则在抛光操作过程中可能会出现问题。

抛光包括使用研磨介质（石头、金刚石膏等）去除钢的薄表面层，并在模具表面产生一系列越来越细的“划痕”。因此，在抛光操作期间，围绕夹杂物的较软的钢基体将以更大的速率被去除。在这种情况下，夹杂物颗粒倾向于从钢基体中剥离出来并留下空隙。抛光含有大的非金属夹杂物的模具钢有几个问题。

钢中夹杂物的数量与杂质（如硫）的含量成正比。因此，硫含量越高，模具钢中硫化物串的数量就越多。

大的或大量的非金属夹杂物的存在通常会在抛光操作过程中导致问题。在这个阶段，大量的时间和金钱已经投入到模具的加工和热处理中。通常，用于抛光操作的时间很少，此时的任何问题都会危及生产计划。因此，为保证模具钢具有良好的抛光特性，必须考虑其微清洁度水平。

微清洁度

微清洁度是一个冶金术语，用于定义钢中非金属夹杂物的水平。如前所述，夹杂物是不溶于钢基体的化合物，例如硫化物、氧化物或硅酸盐。在锻造和轧制过程中，夹杂物会被拉长，形成倾向于与主要热成型方向平行排列的纵梁。由于它们的缺口效应，它们的存在也会显着降低钢的韧性。

钢中的任何硫都是不溶性的，因此会以硫化物颗粒的形式沉淀出来。硫化物是一种特殊类型的非金属夹杂物，会在模具制造过程的抛光和纹理化阶段导致问题。更高程度的清洁度将提高整体韧性水平，特别是模具钢的抛光性能。熔化工艺的改进（例如钢包处理）和重熔技术（例如 ESR）的使用有助于提高清洁度水平。

电渣重熔工艺

如前所述，大量钢水长时间凝固会导致相分离和化学偏析。此外，常规铸锭容易出现分布不均的非金属夹杂物和气孔等内部缺陷。

此外，在检查锭的横截面时，可以识别出两个明显不同的区域：(1) 外部区域 - 这是由促进具有优选取向的穿晶晶粒图案的高温梯度引起的，以及 (2) 中心区域 - 这是最后一个冻结区域，含有较高水平的合金元素。

这种在铸锭内形成的图案只能通过仔细控制凝固过程来避免。即，当以结晶以稳定的速率从铸锭的底部向顶部发展的方式进行凝固时。

此外，如果钢在刚好低于其凝固温度的适当时间内保持固态扩散是可能的。这种条件将使钢有足够的时间达到平衡，从而在整个重熔截面上形成相对一致的成分。

这种仔细控制的凝固过程是通过一种称为电渣重熔 (ESR) 的技术完成的。通过对传统模具炼钢工艺的基本了解，您可以体会到将这些材料作为重熔质量生产的好处。

ESR 工艺从以上述方式生产的锭开始；然而，在 ESR 工艺中，锭被称为电极。该过程包括通过熔渣浴重熔这种自耗电极，使用熔渣提供所需的热量。当电极末端与熔渣浴接触时开始重熔。炉渣包含在固定模具或可随着铸锭凝固而升高的模具中。炉渣的热量将开始熔化电极，形成钢水滴。由于钢水的密度比炉渣高，它会通过它并聚集在模具底部，在那里它会迅速凝固。

在 ESR 过程中，处于液态的重熔铸锭部分在任何给定时间都相对较小。这导致更短的凝固时间和随后的低微观偏析水平。整个重熔铸锭的化学成分将更加一致，形成的合金碳化物相对较小且分布更均匀。

ESR 工艺的另一个好处是，当钢的每个熔滴通过时，渣浴将从熔体中提取非金属夹杂物。因此，ESR 工艺可确保获得低硫含量（最大 0.003）的非常干净的材料。钢中不含脆性硫化物，大大提高了韧性和将钢抛光至高表面光洁度的能力。

ESR 工艺的优点是材料无图案、铸锭中心的微观偏析水平低、硫去除至极低水平以及重熔铸锭的良好表面质量。

热扩散处理和热成型

模具钢质量的提高不仅得益于更好的熔炼技术，还得益于钢铁生产过程中使用的热成型和热处理操作的优化。即使经过大量的热成型（例如，4:1 的锻造比），模具钢仍可能会出现大量的条带。因此，模具钢最重要的工艺改进之一是在热成型操作之前对钢锭进行额外的热均质化处理。通过应用此类处理，诸如碳、铬、钼和钒等元素的局部浓度降低。这种额外的热处理在降低钢的偏析水平方面起着重要作用。

结论

在过去几年中，塑料成型行业仔细研究了用于制造成型部件的材料的质量水平。模具表面蚀刻图案不一致或凹坑的困难通常归因于模具钢制造过程中使用的熔化和锻造做法。已证明对此类缺陷影响最大的材料特性是微观清洁度水平、化学偏析的严重程度和初生碳化物的出现。

制造“模具质量”材料需要额外的操作，如热扩散处理、高锻造比和仔细控制的重熔程序。生产模具钢的钢铁制造商需要最先进的技术来实现高清洁度、去除不需要的元素并制造均匀的材料。正是这些实践的使用允许生产具有良好抛光性和纹理特性的材料

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