模具钢材新世纪--LKM838H的性能和用途浅析

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“工欲善其事，必先利其器”，模具行业一向有“工业之母”之称，如何正确选择并使用高品质的模具钢一直是模具设计者孜孜以求的课题。作为全球知名的模架和模具材料供应商，龙记集团一直致力于为模具业界提供全方位的技术解决方案，不断推陈出新，引领模具行业用材的新潮流。
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自步入21世纪来，随着汽车行业在中国特别是华南地区的迅猛发展，及欧美大型塑胶模具订单不断外发到中国，模具业渴望得到一种集优良的机械加工性和表面加工性（蚀纹和抛光）于一身，同时具备良好焊接性能的新型P20模具钢。有鉴于此，龙记集团连同欧洲知名钢厂共同研发一种新世代之P20钢种，以符合前述之要求，LKM838H应运而生，自2004年推出后一直受到广大客户的青睬。本文将详细剖析LKM838H的性能和用途。
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LKM838H的专利化学成分及各元素在钢中的作用

表1 典型值（重量百分数％）
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对表1中数据进行分析，可知:
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1.LKM838H降低C和Si含量以提高钢的热传导性，焊接性和韧性；

2.LKM838H中，低Cr含量，以减低初生Cr23C7的含量，减少组织中的大块初生碳化物的偏析，从而提高机械加工性和抛光平面度；

  T- b- z; T, b3.LKM838H增加Mo含量，以增加热稳定性高，尺寸细小，弥散分布的M2C和MC型碳化物数量，从而提高钢的抗回火能力和整体耐磨性；
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1 v8 T, f8 }, b" f; Y) Z) R4.LKM838H成分中，微合金化元素的添加，细化晶粒，并大幅提高大尺寸截面淬透性和组织均匀性；

1 h) k- X6 s7 T$ I9 f' }5.减低LKM838H成分中Ni含量以提高钢的热传导性。
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LKM838H适用于大型高锁模压力的中等批量普通塑胶模制造，这一特殊钢的化学成分已获国际专利，独特的成分配比和严格的品质管控措施确保了该种钢材结构的高度连续性。

6 v7 m& ~1 ?+ ]- @2 a3 RLKM838H的机械性能和金相组织
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! L$ b1 E& d& B: v  XLKM838H是以预硬态交货，其硬度范围在HB330-360之间，得益于其特殊的成分配比，在大尺寸截面上亦能保持均匀的硬度，不但有益于枪钻加工，对大型模具型腔表面的蚀纹咬花尤其有利，如表2所示。

表2 典型值（室温20℃）
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LKM838H的金相组织组为均匀的索氏体＋贝氏体混合相和粒状碳化物，偏析程度较DIN1.2738大大减轻，这种优势可使模具获得理想的表面加工状态。LKM838H交货后可直接刻模使用，无需亦不推荐进行淬硬处理，如欲进一步提高模具的耐磨性，建议在模具试模定型后施以表面软氮化处理。

: H+ _" O) E2 ]7 c& H+ S' QLKM838H的金相组织 500X

LKM838H的物理性能
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得益于LKM838H的高导热性，不但可减低机加工时刀具的损耗，最重要是可籍此提高大型注塑模具的生产效率，从而为模具使用者带来实实在在的利益，如表3所示。

表3 LKM838H的物理性能

下表4为一电视机后壳模具采用不同模具材料注塑效率之对比：

表4 电视机后壳模具采用不同模具材料注塑效率之对比
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LKM838H的机械加工性能和放电加工性能

5 m0 @+ D8 S1 t8 S8 P* _3 H5 o相较于同类P20型高硬度普通塑胶模具钢，LKM838H具备非常出色的机加工性能和超低的刀具损耗率，公司委托LEEPORT采用OKUMA加工中心和三菱刀具对LKM838H，LKM738H和LKM738三类材料进行加工测试，结果表明：LKM838H的加工长度为170-200m时，刀具损耗为60％，与低硬度的LKM738相似，而LKM738H的加工长度为37-41m时，刀具损耗已达到65%。LKM838H非常适合制作需作大量机加工的大型塑胶模，能大大缩短制模周期并节省刀具的费用。

测试数据见下表5：

表5 LKM838H，LKM738H和LKM738测试数据
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预硬态交货的LKM838H经过充分的高温回火，适合进行电火花放电加工和线切割加工，为使模具在放电加工后获得理想的表面状态，需格按照下列指引进行操作：
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* e/ y2 c( A% E' S+ A1.加工完结前，调低电流到最小值并用高频率结束放电以减低变质层的厚度；
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2.加工完结后必须进行去应力回火（回火温度：530℃）以消除模具表面的张应力，并彻底打磨去除放电变质层（含熔化层＋渗碳淬火层＋过回火层）以获得最佳模具寿命。

LKM838H的焊接性能
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1 a( q, W" l: N# J/ Q低含碳量及均衡的成分配比令到LKM838H非常易于焊补，它具备超低的焊接热敏感性和高的抗热疲劳性，采用正确的焊接工艺进行氩弧焊补，可令焊区的抛光和蚀纹效果与基体完全一致。焊补LKM838H需用供应商提供的专用焊枝（Z04-P24-16）进行焊接并在焊前对焊枝进行干燥处理以杜绝氢脆风险，焊接过程中必须施以325℃的预热和保温以防止冷裂，焊后必须进行550℃回火充分消除应力并使母材和熔合区的硬度均匀化。

LKM838H的应用领域
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选择塑胶模选材，至少需考虑六大要素：
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1.模具材料的特性；
2.被加工塑胶材料的特性；
$ T  D4 M/ R7 N' d5 U$ E3.模具的尺寸和设计；
4.模具批量；
* j5 C& p, e3 P) B  S+ h5.生产速度；
6 .模具的表面要求。
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. I, A' z6 B+ z# l) \# ]! @7 \( YLKM838H集专利合金成分，易加工性，高导热性和良好的表面加工效果及优异的焊接性于一身，适合制作要求中等批量生产的非腐蚀性塑胶制品模，如PP，ABS，PE，PS等；适合制作大型注塑模之原身模和镶件，如汽车配件模，家电外壳模等；亦适合制作高强度滑块，模板及轴类机械零件等。

塑胶模具的经济学
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, E8 T, B: L2 h9 ]由图中，可以看出，在注塑模具的制作费用中，材料费用仅占15%左右，模具设计和加工费用占了半数，模具材料的特性不但左右了模具的设计和加工，而且对模具的质素（可靠性，稳定性，寿命和产品质素）起着决定性的作用。

9 k# l: A6 l* l; f9 y6 w  m% l塑胶模具的经济学

随着“长三角”模具制造业的崛起，模具市场竞争日益白热化，模具制造商不得不通过缩短制模周期，降低模具成本等方法来增加利润。在模具的使用期，一套选材不当的模具不仅会影响模具的使用性能及使用寿命，亦会为客户增加生产成本，影响生产进度，因此，合适的模具材料，必将为模具制作和使用者带来源源不断的利润。