低C-Ni-Al-Cu系析出硬化型鋼
該類鋼的代表為NAK55及AK80(大同品牌)。它們?cè)?0世紀(jì)60年代后期相繼得到開發(fā)，20世紀(jì)70年代得以量產(chǎn)。它們作為高性能塑料模具鋼，不僅在日本國內(nèi)，而且在中國、東南亞等國家和地區(qū)也得到了普及。
NAK鋼以0.1%C-3%Ni-1%Al-1%Cu為主要化學(xué)成份，其中的NAK55鋼是硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的易切削鋼，NAK80鋼則將硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.003%以下，為了達(dá)到更高的鏡面性的鋼種。
圖1-1所示為析出硬化鋼的強(qiáng)化機(jī)理，圖1-2所示為低C-Ni-Al-Cu系析出硬化鋼NAK的特性。在固溶化加熱狀態(tài)下，組織變成奧氏體相，其后冷卻時(shí)基體成為呈現(xiàn)原奧氏體晶界的貝氏體組織。然后加熱到約500℃，使固溶于基體中的Ni/Al/Cu以Ni3Cu在基體內(nèi)析出。此時(shí)產(chǎn)生的微細(xì)應(yīng)變使基體得到強(qiáng)化，硬度上升到40HRC左右。
圖1-1 析出硬化鋼的強(qiáng)化機(jī)理
該預(yù)硬鋼的硬度可達(dá)40HRC，所以不僅耐磨性較好，而且具備預(yù)硬析出硬化型鋼所特有長(zhǎng)處。首先是韌性雖低，但切削性出色。
圖1-2 低C-Ni-Al-Cu系析出硬化鋼NAK的特性
其次是預(yù)硬鋼不用擔(dān)心熱處理尺寸變化和熱處理變形。再次是進(jìn)行堆焊及電火花加工時(shí)，即使局部升溫超過相變點(diǎn)，冷卻后也只是形成固溶體，并由于是低碳成份，所以硬度只有30HRC左右，不用擔(dān)心局部出現(xiàn)淬火開裂。同時(shí)，電火花加工時(shí)變質(zhì)層也較容易研磨清除。修補(bǔ)時(shí)用同種金屬焊接后再以時(shí)效溫度加熱并保溫，相當(dāng)于進(jìn)行了時(shí)效處理，硬度可回升到初期的40HRC左右。由此可消除焊接部分與母材的硬度差異，在后續(xù)進(jìn)行蝕紋加工、鏡面研磨拋光等時(shí)也會(huì)得到與母材相同的效果，看不出痕跡。圖1-3所示為焊接之前和時(shí)效處理后的蝕紋加工面及研磨面的對(duì)比。由此可了解到焊接部位時(shí)效后呈現(xiàn)出與母材相同的均勻蝕紋面和研磨面。
圖1-3 析出硬化鋼的焊接修補(bǔ)特點(diǎn)
進(jìn)一步來看，NAK鋼是重熔精煉鋼。其中的NAK55鋼采用的是真空電弧重熔（VAR）NAK80鋼采用的是電渣重熔（ESR）均可形成純凈均勻且微細(xì)的組織。
圖1-4所示為NAK鋼（NAK55和NAK80）的顯微組織。NAK55鋼為改善切削性而加入了S，可看到其硫化物的分布。其硬度雖然達(dá)40HRC，卻與硬度為30HRC的Cr-Mo鋼具有相同的切削性。
圖1-4 NAK鋼的顯微組織
NAK鋼廣泛用于汽車內(nèi)飾件、家電、辦公自動(dòng)化設(shè)備的殼體、化妝品容器等塑料產(chǎn)品的成形。特別是NAK80鋼適用于鏡面研磨和電火花加工表面要求高的模具，NAK55鋼則發(fā)揮其易切削的特性，除了用于注射成形模具外，還用于橡膠模及各種夾具配件等。
目前被稱為黑亮面的液晶電視的黑色外框需求量有所增加，所用模具的鏡面要求也更加嚴(yán)格。作為無痕成形工法的急冷急熱成形法得到了廣泛應(yīng)用，由于模具水孔中需通入水蒸氣，因此提高耐蝕性已成為當(dāng)務(wù)之急。為此，析出硬化型的NAK鋼鐘得到了進(jìn)一步改善。
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