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模具钢

 
模具钢是用来制造冷冲模、热锻模压铸模等模具的钢种。模具是机械制造、无线电仪表、电机、电器等工业部门中制造零件的主要加工工具。模具的质量直接影响着压力加工工艺的质量、产品的精度产量和生产成本、而模具的质量与使用寿命除了靠合理的结构设计和加工精度外,主要受模具材料和热处理的影响。
 
 
简介

模具钢大致可分为(冷作模具钢)、(热作模具钢)和(塑料模具钢)3类,用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同,工作条件复杂,因此对模具用钢,按其所制造模具的工作条件,应具有高的硬度、强度、耐磨性,足够的韧性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同,工作条件复杂,因此对模具用钢的性能要求也不同。
 
冷作模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦模和冷挤压模等。冷作模具有钢,按其所制造具的工作条件,应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢,碳质量分数在0.80%以上,铬是这类钢的重要合金元素,其质量分数通常不大于5%。但对于一些耐磨性要求很高,淬火后变形很小模具用钢 铬质量分数可达13%,并且为了形成大量碳化物,钢中碳质量分数也很高 可达2.0%~2.3%。冷作模具钢的碳含量较高,其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢类有高碳低合金钢、高碳高铬钢、铬钼钢、中碳铬钨钏钢等。
 
热作模具分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型,包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外,还要承受反复受热和冷却的做用,而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外,还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀性,此外还要求具有较高的淬透性,以保证整个截面具有一致的力学性能。对于压铸模用钢,还应具有表面层经反复受热和冷却不产生裂纹,以及经受液 态金属流的冲击和侵蚀的性能。这类钢一般属于中碳合金钢,碳质量分数在0.30%~0.60%,属于亚共析钢,也有一部分钢由于加入较多的合金元素(如钨、钼、钒等)而成为共析或过共析钢。常用的钢类有铬锰钢、铬镍钢、铬钨钢等。 塑料模具包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有一定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。此外,还要求具有良好的工艺性,如热处理变小、加工性能好、耐蚀性好、研磨和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好和工作条件尺寸和形状稳定等。一般情况下,注射成形或挤压成形模具可选用热作模具钢;热固性成形和要求高耐磨、高强度的模具可选用冷作模具钢。
佳豪钢材【GB/T】;宝钢品质:3Cr17Mo【4CR13】模具钢板
模具钢分类

美国按模具服役条件将模具钢分为四大类,美国金属学会工具钢委员会列出了:冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢,塑胶模具钢四大类。其中,冷作模具钢又分出12小类,热作模具钢9小类,塑 料模具钢2小类,塑胶模具钢5小类。每个小类的选材又取决于三个主要因素:
 
◆ 尺寸大小和形状的复杂性,
 
◆ 被加工的材料,
 
◆ 耐久性要求或设计寿命。
 
1.冷作模具钢 (1)
 
分为五组:W组、O组、A组、D组、S组。
 
◆ W组即水淬模具钢,有11个钢种,7个碳素模具钢,含碳量从0.7%-1.3%。
 
◆ O组即油淬冷作模具钢(俗称油钢),有4个钢种,含碳量在0.85%-1.55%,
 
◆ A组即空淬中合金冷作模具钢,有9个钢种,含碳量从0.5%-2.25%。
 
◆ D组即高碳高铬冷作模具钢,有7个钢种,含碳量0.9%-2.5%。
 
◆ S组即耐冲击工具钢,有7个钢种,含碳量0.4%-0.6%。
 
用于冷作模具还有高速钢(HSS组)和超高速钢(SHSS组),钴基硬质合金和钢结硬质合金(HA组),粉末钢和工程陶瓷(PIM组),碳钨工具钢(F组),特殊用途工具钢(L组)。
 
(2)冷作模具钢的选用
 
冷作模具钢的主系列是高硬冷作类,主要用于要求高抗压和耐磨为主的模具,硬度高于HRC60-62。对于要求耐冲击、韧性高的模具,硬度低于HRC60- 62,主要用S类和部份A类和 普通的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模,如汽车外型冲压件,主要用铸铁类。简易或寿命数量少的用锌基合金或高分子复合材料。
 
高速钢和超高速钢在冷作模具中的应用迅速增长。主要是有高的"抗压强度/硬度" 比值。且硬度可在HRC60-70之间选择。
 
粉末模具钢有优良的耐磨寿命,硬度不大高HRC60-62,应用相当多。
 
碳素工具钢在寿命10万件的冲头或软材料冲压模仍有一定的应用范围。
 
2.热作模具钢
 
美国热作模具钢分二大类:热作模具钢,和超级热强合金。
 
热作模具由于在有温度的条件下工作,要求材料具有热强性和热耐磨性,为了保证模具的使用寿命模具要冷却,热冷交替模具会出现龟裂,即热疲劳裂纹,所以材料又要求有抗裂纹能力和抗热疲劳性能。
 
按热强性排列的主系列进行选材:
 
低合金调质模具钢(6G,6F2,6F3)→中铬热作模具钢(H11、H12、H13)→钨热作模具钢(H21,H22)。
 
非标准的热作模具钢:例如热镦锻模具用时效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时,可以选择6H1,6H2。
 
当要求模具以热作耐磨性为主时,可以选择D2,D4→M2,M4→粉末钢。钢结硬质合金、钴基硬质合金的高温耐磨性是很高的,但其热疲劳性(即冷热抗疲劳裂纹)很差,不能在急冷急热状态下使用。
 
3.塑料模具钢 
 
美国是 早在工具钢中列出塑料模具专用钢的,以P来表示为主,共分为五类。
 
◆ 渗碳型塑料模具钢:P1,P2,P3,P4,P5,P6。这类钢含碳量很低,主要是美国早期及用挤压成型制模法,要求冷塑性好,有高的挤压性能,成型后表面渗碳淬火提高表面硬度,使用寿命长。芯部超低碳可使淬火时变形量 小。
 
佳豪钢材【GB/T】;宝钢品质:3Cr17Mo【4CR13】模具钢板◆调质型塑料模具:P20,P21。目前塑料模具中P20的用量很大,已成为主体,大多数在预硬状态时使用。
 
◆ 中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13,而L2和S7,O1和A2也有应用。这一类的特点是:
 
(1)基本属二次硬化金钢,500-600oC时的热强性好。
 
(2)含铬较高,大气腐蚀性好。
 
(3)淬透性极好,适用于大模块。
 
◆ 不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模,主要钢号有420,414L,440,416。
 
◆ 时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。有两种,一种是P21低碳Ni-A1时效钢;另一类是18Ni马氏体时效钢。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。
 
佳豪钢材【GB/T】;宝钢品质:3Cr17Mo【4CR13】模具钢板 塑料模具钢的选用
 
薄壁的塑料箱体,生产批量在小于10万件时,用P20,P21预硬态(HB250~300),腐蚀性较强时用414L。
 
高寿命的普通塑料模,用P6或P20,经渗碳一淬火后硬度在HRC54-58;塑料件不太大时,可用O1,S7。腐蚀性较强时用420。
 
非高温的热固性模用P6,P20经渗碳淬火后使用。腐蚀性强用420。
 
高温热固性塑料模用H13和S7或渗碳钢P4。这些含铬较高有好的抗回火性和抗高温氧化性。