美國模具鋼材情況介紹

高飛

美國模具鋼系列和選用方案在40年代就初步形成。

　　美國模具工業用材分析

　　美國按模具服役條件將模具鋼分為三大類，美國金屬學會工具鋼委員會列出了：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三大類。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。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雜性

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　　被加工的材料

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　　耐久性要求或設計壽命

　　冷作模具鋼的分類

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　　冷作模具鋼分為五組：W組、O組、A組、D組、S組。

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　　W組即水淬工具鋼，有11個鋼種，7個碳素工具鋼，含碳量從0.7%-1.3%。

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　　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%。

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　　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），鈷基硬質合金和鋼結硬質合金（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）。

　　冷作模具鋼的選用

　　冷作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類和部分A類和最普通的調質鋼、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。簡易或壽命數量少的用鋅基合金或高分子復合材料。

　　高速鋼和超高速鋼在冷作模具中的應用迅速增長。主要是有高的“抗壓強度／硬度”比值。且硬度可在HRC60-70之間選擇。

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　　粉末模具鋼有優良的耐磨壽命，硬度不大于HRC60-62,應用相當多。

　　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用范圍。

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　　熱作模具鋼的分類

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　　美國熱作模具鋼分二大類：熱作模具鋼和超級熱強合金。

　　熱作模具鋼的選用

　　熱作模具由于在有溫度的條件下工作，要求材料具有熱強性和熱耐磨性，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。

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　　按熱強性排列的主系列進行選材：

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　　低合金調質模具鋼（6G，6F2，6F3）—中鉻熱作模具鋼（H11、H12、H13)—鎢熱作模具鋼(H21、H22)。

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　　非標準的熱作模具鋼：例如熱鐓鍛模具用時效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出現了不能滿足熱耐磨性時，可以選擇6H1、6H2。

　　當要求模具以熱作耐磨性為主時，可以選擇D2、D4——M2、M4——粉末鋼。鋼結硬質合金、鈷基硬質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下使用。

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　　塑料模具鋼的分類

　　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。

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　　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。

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　　調質型塑料模具：P20,P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成為主體，大多數在預硬狀態時使用。

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　　中碳合金工具鋼用于熱固性塑料模。鋼號有H13,而L12和S7，O1和A2也有應用。這一類的特點是：

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　　1、基本屬二次硬化金鋼，500-600℃時的熱強性好。

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　　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。

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　　時效鋼是經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的無碳高純度、高強度、高韌性的材料。用于力學性能、尺寸精度、光潔度和耐蝕性都要求高的塑料模具中。

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　　塑料模具鋼的選用

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　　薄壁的塑料箱體，生產批量在小于10萬件時，用P20、P21預硬態（HB250-300)，腐蝕性較強時用414L。

　　高壽命的普通塑料模，用P6或P20，經滲碳—淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大時，可用O1、S7。腐蝕性較強時用420。

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　　非高溫的熱固性模用P6、P20經滲碳淬火后使用。腐蝕性強用420。

　　高溫熱固性塑料模用H13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。