模具鋼
模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模、壓鑄模等模具的鋼種。模具是機(jī)械制造、無線電儀表、電機(jī)、電器等工業(yè)部門中制造零件的主要加工工具。模具的質(zhì)量直接影響著壓力加工工藝的質(zhì)量、產(chǎn)品的精度產(chǎn)量和生產(chǎn)成本，而模具的質(zhì)量與使用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。
中文名：模具鋼
分為： 冷軋模具鋼、熱軋模具鋼
主要因素： 尺寸大小和形狀的復(fù)雜性
分二大類： 熱軋模具鋼，和超級熱強(qiáng)合金
簡介
模具鋼大致可分為：冷軋模具鋼、熱軋模具鋼和塑料模具鋼三類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對模具用鋼的性能要求也不同。
冷軋模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具用鋼，按其所制造具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。但對于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，最高可達(dá)2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。
熱軋模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個截面具有一致的力學(xué)性能。對于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及經(jīng)受液。
態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30%~0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。
塑料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補(bǔ)焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強(qiáng)度的模具可選用冷作模具鋼。
分類
美國按模具服役條件將模具鋼分為四大類，美國金屬學(xué)會工具鋼委員會列出了：冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼、塑膠模具鋼等四大類 。其中，冷作模具鋼又分出12小類，熱作模具鋼9小類，塑料模具鋼2小類，塑膠模具鋼5小類。每個小類的選材又取決于三個主要因素：
◆ 尺寸大小和形狀的復(fù)雜性，
◆ 被加工的材料，
◆ 耐久性要求或設(shè)計壽命。
冷作模具鋼
（1）分為五組：W組、O組、A組、D組、S組。
◆ W組即水淬模具鋼，有11個鋼種，7個碳素模具鋼，含碳量從0.7%-1.3%。
◆ O組即油淬冷作模具鋼（俗稱油鋼），有4個鋼種，含碳量在0.85%-1.55%，
◆ A組即空淬中合金冷作模具鋼，有9個鋼種，含碳量從0.5%-2.25%。
◆ D組即高碳高鉻冷作模具鋼，有7個鋼種，含碳量0.9%-2.5%。
◆ S組即耐沖擊工具鋼，有7個鋼種，含碳量0.4%-0.6%。
用于冷作模具還有高速鋼（HSS組）和超高速鋼（SHSS組），鈷基硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金（HA組），粉末鋼和工程陶瓷（PIM組），碳鎢工具鋼（F組），特殊用途工具鋼（L組）。
（2）冷軋模具鋼的選用
冷軋模具鋼的主系列是高硬冷作類，主要用于要求高抗壓和耐磨為主的模具，硬度高于HRC60-62。對于要求耐沖擊、韌性高的模具，硬度低于HRC60- 62，主要用S類和部份A類和最普通的調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、熱作模具或基體鋼。對于大型沖壓模，如汽車外型沖壓件，主要用鑄鐵類。簡易或壽命數(shù)量少的用鋅基合金或高分子復(fù)合材料。
高速鋼和超高速鋼在冷作模具中的應(yīng)用迅速增長。主要是有高的"抗壓強(qiáng)度/硬度" 比值。且硬度可在HRC60-70之間選擇。
粉末模具鋼有優(yōu)良的耐磨壽命，硬度不大高HRC60-62，應(yīng)用相當(dāng)多。
碳素工具鋼在壽命10萬件的沖頭或軟材料沖壓模仍有一定的應(yīng)用范圍。
熱軋模具鋼
美國熱軋模具鋼分二大類：熱軋模具鋼，和超級熱強(qiáng)合金。
熱軋模具由于在有溫度的條件下工作，要求材料具有熱強(qiáng)性和熱耐磨性，為了保證模具的使用壽命模具要冷卻，熱冷交替模具會出現(xiàn)龜裂，即熱疲勞裂紋，所以材料又要求有抗裂紋能力和抗熱疲勞性能。
低合金調(diào)質(zhì)模具鋼（6G，6F2，6F3）→中鉻熱作模具鋼（H11、H12、H13）→鎢熱作模具鋼（H21，H22）。
非標(biāo)準(zhǔn)的熱作模具鋼：例如熱鐓鍛模具用時效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出現(xiàn)了不能滿足熱耐磨性時，可以選擇6H1，6H2。
當(dāng)要求模具以熱作耐磨性為主時，可以選擇D2，D4→M2，M4→粉末鋼。鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鈷基硬質(zhì)合金的高溫耐磨性是很高的，但其熱疲勞性（即冷熱抗疲勞裂紋）很差，不能在急冷急熱狀態(tài)下使用。
塑料模具鋼
美國是最早在工具鋼中列出塑料模具專用鋼的國家，以P來表示為主，共分為五類。
◆ 滲碳型塑料模具鋼：P1，P2，P3，P4，P5，P6。這類鋼含碳量很低，主要是美國早期及用擠壓成型制模法，要求冷塑性好，有高的擠壓性能，成型后表面滲碳淬火提高表面硬度，使用壽命長。芯部超低碳可使淬火時變形量最小。
◆調(diào)質(zhì)型塑料模具：P20，P21。塑料模具中P20的用量很大，已成為主體，大多數(shù)在預(yù)硬狀態(tài)時使用。
◆ 中碳合金工具鋼用于熱固性塑料模。鋼號有H13，而L2和S7，O1和A2也有應(yīng)用。這一類的特點是：
（1）基本屬二次硬化金鋼，500-600oC時的熱強(qiáng)性好。
（2）含鉻較高，大氣腐蝕性好。
（3）淬透性極好，適用于大模塊。
◆不銹鋼用于耐蝕性要求高的塑料模，主要鋼號有420，414L，440，416。
◆時效鋼是經(jīng)過時效處理而獲得高的使用性能。有兩種，一種是P21低碳Ni-A1時效鋼；另一類是18Ni馬氏體時效鋼。后者是用于宇航工業(yè)的無碳高純度、高強(qiáng)度、高韌性的材料。用于力學(xué)性能、尺寸精度、光潔度和耐蝕性都要求高的塑料模具中。
塑料模具鋼的選用
薄壁的塑料箱體，生產(chǎn)批量在小于10萬件時，用P20，P21預(yù)硬態(tài)（HB250～300），腐蝕性較強(qiáng)時用414L。
高壽命的普通塑料模，用P6或P20，經(jīng)滲碳一淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大時，可用O1，S7。腐蝕性較強(qiáng)時用420。
非高溫的熱固性模用P6，P20經(jīng)滲碳淬火后使用。腐蝕性強(qiáng)用420。
高溫?zé)峁绦运芰夏Ｓ肏13和S7或滲碳鋼P4。這些含鉻較高有好的抗回火性和抗高溫氧化性。
塑膠模具鋼
塑膠模具鋼分預(yù)硬普通塑膠模具鋼,預(yù)硬優(yōu)質(zhì)塑膠模具鋼,預(yù)硬高硬度塑膠模具鋼,預(yù)硬抗腐鏡面塑膠模具鋼,抗腐鏡面塑膠模具鋼5小類
塑膠模具鋼質(zhì)量等級分配。
模具類別以美國SPI-SPE 為標(biāo)準(zhǔn)分下列各類.
一. 101 類模(SPI-SPE 標(biāo)準(zhǔn)1,000,000 啤或以上,長期精密生產(chǎn)模)
1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.
2. 模胚材料硬度最低為 280BN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)
3. 有膠位的內(nèi)模件鋼材一定要見硬至 48~50HRC.其余零件如行位,壓鎖,壓條等亦應(yīng)為硬件.
4. 頂針板要有導(dǎo)柱.
5. 行位要有硬片.
6. 如有需求的話,上模,下模及行位要有溫度控制.
7. 所有運水道,建議采用無電浸鎳或用420 不銹鋼做模板.這樣可防止生銹及清理垃圾.
8. 需要直身鎖或斜鎖.
二. 102 類模. (不超過1,000,000 啤,大量生產(chǎn)模具.)
1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.
2. 模胚材料硬度最低為 280BHN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)
3. 有膠位的內(nèi)模件鋼材要見硬至最低 48~52HRC,其余有用的零件亦應(yīng)同一處理.
4. 建議采用直身鎖或斜鎖.
5. 下列項目可能或不需要.視乎最終生產(chǎn)數(shù)量而定.建議報價時如采用下列項目要檢查清楚是否需要:
A. 頂針板導(dǎo)柱.
B. 行位硬片.
C. 電鍍運水孔.
D. 電鍍模腔.
三. 103 類模(少于500,000 啤,中量生產(chǎn)模.)
1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.
2. 模胚材料硬度最小為 165BHN. (DME #1 鋼 / 1040 鋼)
3. 內(nèi)模鋼材為 P20(28~32HRC)或高硬度(36~38HRC).
4. 其余要求視乎需要而定.
四. 104 類模(少于100,000 啤,少量生產(chǎn)模)
1. 需要模具結(jié)構(gòu)圖.
2. 模胚材料 P20(28~32HRC)可用軟鋼或鋁.(1040 鋼)
3. 內(nèi)模件可用鋁,軟鋼或其它認(rèn)可金屬.
4. 其余要求視乎需要而定.
五. 105 類模. (少于500 啤,首辦；蛟囼?zāi)?
1. 可用鋁鑄鐵或環(huán)氧樹脂或任何材料只要有足夠強(qiáng)度可生產(chǎn)最少測試數(shù)量便可。
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