纖維等高性能纖維增強(qiáng)的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料,以其比強(qiáng)度和比模量高、熱膨脹系數(shù)小、可設(shè)計性好、易于整體成型等一系列突出的優(yōu)點(diǎn),在航空航天結(jié)構(gòu)上得到了廣泛的應(yīng)用,現(xiàn)已成為航空航天四大結(jié)構(gòu)材料之一。
值得注意的是,復(fù)合材料產(chǎn)品的制造技術(shù)迥異于常規(guī)的金屬材料。復(fù)合材料的成型,通常要在模具中完成。在新材料成型的同時,也完成了最終結(jié)構(gòu)(毛坯)的成型。模具決定了制品的幾何邊界,明確了與其他零部件的關(guān)系,在很大程度上影響著制品的內(nèi)部質(zhì)量和表面狀態(tài),這些都決定了模具在復(fù)合材料產(chǎn)品制造過程中起著舉足輕重的作用。
然而,復(fù)合材料產(chǎn)品的制造工藝種類繁多,常見的有:真空袋成型、熱壓罐成型、模壓成型、纏繞成型、拉擠成型、軟膜膨脹成型、噴射成型、電子束固化法、滲透成型(如RTM)等,不同的成型方法對模具材料和結(jié)構(gòu)形式有不同的要求,同時又推動著模具技術(shù)的不斷發(fā)展。
1、45——優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,是最常用中碳調(diào)質(zhì)鋼
主要特征:最常用中碳調(diào)質(zhì)鋼,綜合力學(xué)性能良好,淬透性低,水淬時易生裂紋。小型件宜采用調(diào)質(zhì)處理,大型件宜采用正火處理。應(yīng)用舉例:主要用于制造強(qiáng)度高的運(yùn)動件,如透平機(jī)葉輪、壓縮機(jī)活塞。軸、齒輪、齒條、蝸桿等。焊接件注意焊前預(yù)熱,焊后消除應(yīng)力退火。
2、Q235A(A3鋼)——最常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼
主要特征:具有高的塑性、韌性和焊接性能、冷沖壓性能,以及一定的強(qiáng)度、好的冷彎性能。應(yīng)用舉例:廣泛用于一般要求的零件和焊接結(jié)構(gòu)。如受力不大的拉桿、連桿、銷、軸、螺釘、螺母、套圈、支架、機(jī)座、建筑結(jié)構(gòu)、橋梁等。
3、40Cr——使用最廣泛的鋼種之一,屬合金結(jié)構(gòu)鋼
主要特征:經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后,具有良好的綜合力學(xué)性能、低溫沖擊韌度及低的缺口敏感性,淬透性良好,油冷時可得到較高的疲勞強(qiáng)度,水冷時復(fù)雜形狀的零件易產(chǎn)生裂紋,冷彎塑性中等,回火或調(diào)質(zhì)后切削加工性好,但焊接性不好,易產(chǎn)生裂紋,焊前應(yīng)預(yù)熱到100~150℃,一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用,還可以進(jìn)行碳氮共滲和高頻表面淬火處理。應(yīng)用舉例:調(diào)質(zhì)處理后用于制造中速、中載的零件,如機(jī)床齒輪、軸、蝸桿、花鍵軸、頂針套等,調(diào)質(zhì)并高頻表面淬火后用于制造表面高硬度、耐磨的零件,如齒輪、軸、主軸、曲軸、心軸、套筒、銷子、連桿、螺釘螺母、進(jìn)氣閥等,經(jīng)淬火及中溫回火后用于制造重載、中速沖擊的零件,如油泵轉(zhuǎn)子、滑塊、齒輪、主軸、套環(huán)等,經(jīng)淬火及低溫回火后用于制造重載、低沖擊、耐磨的零件,如蝸桿、主軸、軸、套環(huán)等,碳氮共滲處即后制造尺寸較大、低溫沖擊韌度較高的傳動零件,如軸、齒輪等。
4、HT150——灰鑄鐵
應(yīng)用舉例:齒輪箱體,機(jī)床床身,箱體,液壓缸,泵體,閥體,飛輪,氣缸蓋,帶輪,軸承蓋等。
5、35——各種標(biāo)準(zhǔn)件、緊固件的常用材料
主要特征:強(qiáng)度適當(dāng),塑性較好,冷塑性高,焊接性尚可。冷態(tài)下可局部鐓粗和拉絲。淬透性低,正火或調(diào)質(zhì)后使用應(yīng)用舉例:適于制造小截面零件,可承受較大載荷的零件:如曲軸、杠桿、連桿、鉤環(huán)等,各種標(biāo)準(zhǔn)件、緊固件。
6、65Mn——常用的彈簧鋼
應(yīng)用舉例:小尺寸各種扁、圓彈簧、座墊彈簧、彈簧發(fā)條,也可制做彈簧環(huán)、氣門簧、離合器簧片、剎車彈簧、冷卷螺旋彈簧,卡簧等。
7、0Cr18Ni9——最常用的不銹鋼(美國鋼號304,日本鋼號SUS304)
特性和應(yīng)用:作為不銹耐熱鋼使用最廣泛,如食品用設(shè)備,一般化工設(shè)備,原于能工業(yè)用設(shè)備。
8、Cr12——常用的冷作模具鋼(美國鋼號D3,日本鋼號SKD1)
特性和應(yīng)用:Cr12鋼是一種應(yīng)用廣泛的冷作模具鋼,屬高碳高鉻類型的萊氏體鋼。該鋼具有較好的淬透性和良好的耐磨性;由于Cr12鋼碳含量高達(dá)2。3%,所以沖擊韌度較差、易脆裂,而且容易形成不均勻的共晶碳化物;Cr12鋼由于具有良好的耐磨性,多用于制造受沖擊負(fù)荷較小的要求高耐磨的冷沖模、沖頭、下料模、冷鐓模、冷擠壓模的沖頭和凹模、鉆套、量規(guī)、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉深模以及粉末冶金用冷壓模等。
9、DC53——常用的日本進(jìn)口冷作模具鋼
特性和應(yīng)用:高強(qiáng)韌性冷作模具鋼,日本大同特殊鋼(株)廠家鋼號。高溫回火后具有高硬度、高韌性,線切割性良好。用于精密冷沖壓模、拉伸模、搓絲模、冷沖裁模、沖頭等。
10、DCCr12MoV——耐磨鉻鋼
國產(chǎn)。較Cr12鋼含碳量低,且加入了Mo和V,碳化物不均勻有所改善,MO能減輕碳化物偏析并提高淬透性,V能細(xì)化晶粒增加韌性。此鋼有高淬透性,截面在400mm以下可以完全淬透,在300~400℃仍可保持良好的硬度和耐磨性,較Cr12有高的韌性,淬火時體積變化小,又有高的耐磨性和良好的綜合機(jī)械性能。所以可以制造截面大,形狀復(fù)雜,經(jīng)受較大沖擊的各種模具,例如普通拉伸模,沖孔凹模,沖模,落料模,切邊模,滾邊模,拉絲模,冷擠壓模,冷切剪刀,圓鋸,標(biāo)準(zhǔn)工具,量具等。
11、SKD11——韌性鉻鋼
日本日立株式生產(chǎn)。在技術(shù)上改善鋼中的鑄造組織,細(xì)化了晶粒。較Cr12mov的韌性和耐磨性有所提高。延長了模具的使用壽命。
12、D2——高碳高鉻冷作鋼
美國產(chǎn)。具有高的淬透性,淬硬性,耐磨性,高溫抗氧化性能好,淬火和拋光后抗銹蝕能力好,熱處理變形小,宜制造各種要求高精度,長壽命的冷作模具,刀具和量具,例如拉伸模,冷擠壓模,冷剪切刀等。