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1. Kraftleistung
(1) Härte
Die Härte ist der wichtigste technische Indikator für Formstahl. Damit die Form auch unter hoher Belastung ihre Form und Größe behält, muss sie über eine ausreichend hohe Härte verfügen. Die Härte von Kaltarbeitsstahl wird bei Raumtemperatur im Allgemeinen bei etwa HRC60 gehalten, während die Härte von Warmarbeitsstahl je nach Arbeitsbedingungen im Allgemeinen im Bereich von HRC40 bis 55 gehalten werden muss.
Bei derselben Stahlsorte ist innerhalb eines bestimmten Härtewertbereichs die Härte proportional zum Verformungswiderstand; Allerdings kann der Widerstand gegen plastische Verformung zwischen Stahltypen mit demselben Härtewert, aber unterschiedlichen Zusammensetzungen und Strukturen erheblich unterschiedlich sein.
(2) Rote Härte
Warmarbeitsformen, die bei hohen Temperaturen arbeiten, müssen die Stabilität ihrer Struktur und Eigenschaften beibehalten, um eine ausreichend hohe Härte aufrechtzuerhalten. Diese Eigenschaft wird Rothärte genannt.
Kohlenstoff-Werkzeugstahl und niedriglegierter Werkzeugstahl können diese Leistung normalerweise im Temperaturbereich von 180 bis 250 °C aufrechterhalten, und Chrom-Molybdän-Warmarbeitsstahl kann diese Leistung im Allgemeinen im Temperaturbereich von 550 bis 600 °C aufrechterhalten. Die Rothärte von Stahl hängt hauptsächlich von der chemischen Zusammensetzung des Stahls und dem Wärmebehandlungsprozess ab.
(3) Druckstreckgrenze und Druckbiegefestigkeit
Formen sind während des Gebrauchs häufig starkem Druck und Biegung ausgesetzt, daher müssen die Formmaterialien eine gewisse Druckfestigkeit und Biegefestigkeit aufweisen.
In vielen Fällen entsprechen die Bedingungen für Druck- und Biegetests den tatsächlichen Arbeitsbedingungen der Form (z. B. stimmt die gemessene Druckstreckgrenze des Formstahls mit dem Verformungswiderstand überein, den der Stempel während des Betriebs zeigt).
Ein weiterer Vorteil des Biegetests besteht darin, dass der Maximalwert der Dehnung groß ist, wodurch der Unterschied im Verformungswiderstand zwischen verschiedenen Stahltypen und unter verschiedenen Wärmebehandlungen und Strukturbedingungen empfindlicher wiedergegeben werden kann.
2. Zähigkeit
Während des Arbeitsprozesses wird die Form stoßartigen Belastungen ausgesetzt. Um Schäden in Form von Brüchen, Absplitterungen usw. während des Gebrauchs zu reduzieren, muss der Formenstahl eine gewisse Zähigkeit aufweisen.
Die chemische Zusammensetzung, Korngröße, Reinheit, Menge, Morphologie, Größe und Verteilung der Karbide und Einschlüsse des Formstahls sowie das Wärmebehandlungssystem des Formstahls und die nach der Wärmebehandlung erhaltene metallografische Struktur usw. haben alle einen großen Einfluss auf die Zähigkeit des Stahls. Insbesondere die Reinheit des Stahls und die Warmumformverformung haben einen deutlicheren Einfluss auf seine Querzähigkeit.
Zähigkeit, Festigkeit und Verschleißfestigkeit von Stahl sind oft widersprüchlich. Daher ist es notwendig, die chemische Zusammensetzung von Stahl rational auszuwählen und angemessene Veredelungs-, Wärmeverarbeitungs- und Wärmebehandlungsprozesse anzuwenden, um die beste Kombination aus Verschleißfestigkeit, Festigkeit und Zähigkeit des Formmaterials zu erreichen.
Unter Schlagzähigkeit versteht man die Gesamtenergie, die die Probe während des gesamten Bruchvorgangs eines charakteristischen Materials bei einem Aufprall absorbiert. Allerdings brechen viele Werkzeuge aufgrund von Ermüdung unter unterschiedlichen Arbeitsbedingungen. Daher kann die herkömmliche Schlagzähigkeit das Bruchverhalten von Formstahl nicht vollständig widerspiegeln. Es werden Prüftechnologien wie die Mehrfachschlag-Brucharbeit mit geringer Energie oder die Mehrfachbruch- und Ermüdungslebensdauer eingesetzt.
3. Verschleißfestigkeit
Der wichtigste Faktor, der die Lebensdauer der Form bestimmt, ist oft die Verschleißfestigkeit des Formmaterials. Während des Betriebs ist die Form einer erheblichen Druckspannung und Reibung ausgesetzt, und die Form muss bei starker Reibung ihre Maßhaltigkeit beibehalten. Es gibt drei Hauptarten von Formverschleiß: mechanischer Verschleiß, oxidativer Verschleiß und Schmelzverschleiß.
Um die Verschleißfestigkeit von Formstahl zu verbessern, ist es notwendig, eine hohe Härte des Formstahls aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass die Zusammensetzung, Morphologie und Verteilung von Karbiden oder anderen gehärteten Phasen im Stahl angemessen sind.
Bei Formen, die hohen Belastungen und hohem Verschleiß ausgesetzt sind, muss die Oberfläche des Formenstahls einen dünnen, dichten Oxidfilm mit guter Haftung bilden, die Schmierung aufrechterhalten, das Anhaften, Schweißen und anderen Schmelzverschleiß zwischen der Form und dem Werkstück reduzieren und den durch Oxidation der Formoberfläche verursachten Oxidationsverschleiß reduzieren. Daher haben die Arbeitsbedingungen der Form einen größeren Einfluss auf den Stahlverschleiß.
Die Verschleißfestigkeit kann mithilfe simulierter Testmethoden gemessen werden, um den relativen Verschleißfestigkeitsindex zu messen, der als Parameter zur Charakterisierung des Verschleißfestigkeitsniveaus unter verschiedenen chemischen Zusammensetzungen und Organisationszuständen verwendet werden kann. Die Lebensdauer bis zur Anzeige der angegebenen Grathöhe spiegelt die Verschleißfestigkeit verschiedener Stahlsorten wider; Der Test basiert auf Cr12MoV-Stahl als Vergleichsmaßstab.
4. Beständigkeit gegen thermische Ermüdung
Zusätzlich zu den periodischen Belastungsänderungen unter Betriebsbedingungen ist Warmarbeitsstahl auch hohen Temperaturen und periodischem schnellem Abkühlen und Erhitzen ausgesetzt. Daher sollte bei der Bewertung der Bruchfestigkeit von Warmarbeitsstahl auf das thermomechanische Ermüdungsbruchverhalten des Materials geachtet werden. Thermomechanische Ermüdung ist ein umfassender Leistungsindex, der drei Aspekte umfasst: thermische Ermüdungsleistung, mechanische Ermüdungsrisswachstumsrate und Bruchzähigkeit.
Die thermische Ermüdungsleistung spiegelt die Lebensdauer des Materials wider, bevor thermische Ermüdungsrisse entstehen. Materialien mit hoher thermischer Ermüdungsbeständigkeit durchlaufen mehr thermische Zyklen, um thermische Ermüdungsrisse auszulösen. Die mechanische Ermüdungsrissausdehnungsrate spiegelt den Ausdehnungsbetrag jedes Spannungszyklus wider, wenn sich die Risse unter der Wirkung des Schmiededrucks nach innen ausdehnen, nachdem die thermischen Ermüdungsrisse begonnen haben. Die Bruchzähigkeit spiegelt den Widerstand des Materials gegenüber der instabilen Ausdehnung vorhandener Risse wider.
Damit sich Risse bei Materialien mit hoher Bruchzähigkeit instabil ausbreiten, müssen sie an der Rissspitze einen ausreichend hohen Spannungsintensitätsfaktor aufweisen, d. h. sie müssen eine große Risslänge aufweisen. Unter der Voraussetzung, dass die Spannung konstant ist, liegt in einer Form bereits ein Ermüdungsriss vor. Wenn der Bruchzähigkeitswert des Formmaterials hoch ist, muss sich der Riss tiefer ausdehnen, bevor eine instabile Ausdehnung auftreten kann.
Mit anderen Worten: Die thermische Ermüdungsbeständigkeit bestimmt den Teil der Lebensdauer vor der Entstehung von Ermüdungsrissen; während die Risswachstumsrate und die Bruchzähigkeit den Teil der Lebensdauer bestimmen, der auftritt, wenn nach der Rissinitiierung eine unterkritische Ausdehnung auftritt. Um eine lange Lebensdauer einer Warmarbeitsform zu erreichen, sollte das Formmaterial daher eine hohe thermische Ermüdungsbeständigkeit, eine geringe Risswachstumsrate und einen hohen Bruchzähigkeitswert aufweisen.
Der thermische Ermüdungsbeständigkeitsindex kann anhand der Anzahl der thermischen Zyklen gemessen werden, die thermische Ermüdungsrisse auslösen, oder anhand der Anzahl und durchschnittlichen Tiefe oder Länge der Ermüdungsrisse, die nach einem bestimmten thermischen Zyklus auftreten.
5. Bissfestigkeit
Der Bisswiderstand ist eigentlich der Widerstand beim „Kaltverschweißen“. Diese Eigenschaft ist für Formmaterialien wichtig.
Während des Tests wird die getestete Werkzeugstahlprobe normalerweise einer Doppelreibungsbewegung mit konstanter Geschwindigkeit mit einem Material mit Neigung zum Beißen (z. B. austenitischem Stahl) unter Trockenreibungsbedingungen ausgesetzt, und die Belastung wird bei einer bestimmten Geschwindigkeit allmählich erhöht. Zu diesem Zeitpunkt erhöht sich auch das Drehmoment entsprechend. Diese Belastung wird als „beißende kritische Belastung“ bezeichnet. Je höher die kritische Belastung, desto stärker ist der Beißwiderstand.
Häufig verwendete Formstahlmaterialkomponenten. Woraus besteht Formstahl?
Aus welchem Material besteht Formstahl?
Formstahl ist eine Stahlsorte, die zur Herstellung von Formen wie Kaltprägeformen, Warmschmiedeformen und Druckgussformen verwendet wird. Formen sind die wichtigsten Verarbeitungswerkzeuge für die Herstellung von Teilen in Industriezweigen wie dem Maschinenbau, der Herstellung von Funkinstrumenten, Motoren und Elektrogeräten.
Die Qualität der Form wirkt sich direkt auf die Qualität der Druckverarbeitungstechnologie, die Produktgenauigkeit, die Leistung und die Produktionskosten aus. Qualität und Lebensdauer der Form werden neben einer angemessenen konstruktiven Gestaltung und Verarbeitungsgenauigkeit vor allem durch das Formmaterial und die Wärmebehandlung beeinflusst.
Aus welchen Materialien besteht Formenstahl?
1. Zu den auf dem heimischen Markt häufig verwendeten Formenstählen gehören:
Korrosionsbeständiger Kunststoffformstahl 420SS, amerikanische AISI- und ASTM-Standardstahlsorte. Ungefähre Stahlsorten: Chinesisch 4Cr13 (GB), Deutsch X38C13 (DIN), Französisch Z40C40 (NF), Russisch 40X13 (I'OCT).
Korrosionsbeständiger Kunststoffformstahl 440C, amerikanische AISI- und ASTM-Standardstahlsorte. Ungefähre Stahlsorten: China 11Cr17 (GB), Japan SUS440C (JIS), Russland 95X18 (I'OCT).
P20 vorgehärteter Kunststoffformstahl, amerikanische AISI- und ASTM-Standardstahlsorte. Es wurde in die nationale Norm meines Landes aufgenommen (siehe GB/T 1299-2000, 3Cr2Mo). Die vorgehärtete Härte liegt im Allgemeinen im Bereich von 30 bis 32 HRC und eignet sich für die Herstellung großer und mittelgroßer Präzisionskunststoffformen mit komplexen Formen. Ungefähre Stahlsorten: China 3Cr2Mo (GB), Deutschland 1.2330 (W-Nr), Frankreich 35 CrMo8 (NF) usw.
2. Japanischer Kunststoffformstahl, der häufig auf dem heimischen Markt verwendet wird
Der korrosionsbeständige Kunststoffformstahl G-STAR ist eine Herstellermarke der japanischen Datong Special Steel Co., Ltd. Dieser Stahl kann vorgehärtet werden und hat eine Werkshärte von 33 bis 37 HRC. Es verfügt über eine gute Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit und kann mit S-STAR-Stahl kombiniert werden, um eine korrosionsbeständige Kunststoffform zu bilden.
NAK55/NAK80 Spiegel-Kunststoffformstahl, Herstellermarke der japanischen Datong Special Steel Co., Ltd. Beide Stähle können auf eine Härte von 37 bis 43 HRC vorgehärtet werden. NAK55 hat eine gute Schneidleistung und NAK80 hat ausgezeichnete Spiegelpoliereigenschaften und wird zur Herstellung hochpräziser Spiegel-Kunststoffformen verwendet.
PXZ vorgehärteter Kunststoffformstahl, Herstellermarke der japanischen Daido Special Steel Co., Ltd. Die Werkshärte dieses Stahls beträgt 27–34 HRC. Dieser Stahl verfügt über eine gute Schneidleistung und Schweißreparaturleistung und wird zur Herstellung großer Korrosionsformen und Kunststoffformen wie Autostoßstangen, Instrumententafeln und Gehäuse von Haushaltsgeräten verwendet.
PX4/PX5 verspiegelter Kunststoffformstahl, Herstellermarke der japanischen Datong Special Steel Co., Ltd. Der Stahl kann auf eine Härte von 30 bis 33 HRC vorgehärtet werden. Beide Stahlsorten sind modifiziertes amerikanisches P20 und werden zur Herstellung großer Kunststoffformen für Spiegel, Autorücklichter, Formen für vordere Kotflügel, Kameras, Gehäuseformen für Haushaltsgeräte usw. verwendet.
S45 C/S50C/S55 C gewöhnlicher Kunststoffformstahl. Japanische JIS-Standardstahlsorten ähneln jeweils dem hochwertigen Kohlenstoffbaustahl 45, 50 und 55 meines Landes und werden häufig in unwichtigen Teilen von Formen, wie Schalungsrahmen usw., verwendet.
Aufgrund der besonderen Anforderungen an Formenstahl erfordert der Produktionsprozess dieser Stahlsorte feine Materialien, Raffination und Vakuumentgasung. Der Kohlenstoffgehaltsbereich des Stahls wird eingeengt und der Schwefel- und Phosphorgehalt wird auf niedrigere Werte gesteuert. Beispielsweise sind in YB/T 107-1997 die Stahlsorten von Kohlenstoff-Kunststoff-Formstahl SM45, SM48, SM50, SM53 und SM55 usw., um sie von hochwertigem Kohlenstoff-Baustahl für allgemeine Zwecke zu unterscheiden.
S-STAR korrosionsbeständiger Spiegel-Kunststoffformstahl, Herstellermarke der japanischen Datong Special Steel Co., Ltd. Dieser Stahl ist ein martensitischer Edelstahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit, hoher Spiegelpolierbarkeit und geringer Wärmebehandlungsverformung. Es wird zur Herstellung korrosionsbeständiger, hochpräziser Kunststoffformen verwendet.
3. Deutscher Kunststoffformstahl, der häufig auf dem heimischen Markt verwendet wird
GS-083, GS-083ESR, GS-083VAR, GS-083H, GS-083M, GS-128H, GS-162, GS-312, GS-316, GS-316ESR, GS-3 16S、GS-318、GS-343EFS、GS-343ESR、GS-3615、GS-379、GS-711、GS-738、GS-767、GS-808VAR、GSW-2083等。
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