美国模具行业用材分析

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美国模具行业用材分析
( l0 j1 f- B; i  A. s% R" p美国模具工业用材分析美国按模具服役条件将模具钢分为三大类，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三大类。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。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
* l, e' @/ M% E* W- J8 B    耐久性要求或设计寿命
    冷作模具钢的分类
7 u- Z! O, e  D8 _/ L: m5 F    冷作模具钢分为五组：W组、O组、A组、D组、S组。
    W组即水淬工具钢，有11个钢种，7个碳素工具钢，含碳量从0.7%-1.3%。
/ d( a/ A  x' u    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%。
/ v! g0 u0 o. z" t5 ~  ^( ]    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%。
: q5 ^) `- A) r) J) l, T    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）。
' Y1 q5 z  G) n) b" d6 h6 B$ E4 T% q 冷作模具钢的选用
1 `7 k' T/ k( I$ a6 C0 X    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类和部分A类和最普通的调质钢、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。
4 B+ j( V. H% c* H/ o! a    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。
* x8 P7 l- U7 y% Q" t. N% J    粉末模具钢有优良的耐磨寿命，硬度不大于HRC60-62,应用相当多。
- @/ X4 ?4 Y# Y/ |$ h8 B    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。
    热作模具钢的分类
1 q# ^6 b( O. p! C8 w    美国热作模具钢分二大类：热作模具钢和超级热强合金。
; k: Z2 `: f7 b4 g    热作模具钢的选用
  b: a3 v+ E3 r; @- `  o. y' u; e' Q    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：
9 _; f- E: g. h0 l1 E. U7 k    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)。
' n5 c% e: r, s6 M0 ]' h8 U    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。
/ |+ b& [  X1 L    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。
    塑料模具钢的分类
    美国是最早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家，以P来表示为主，共分为五类。
" f( @9 Q, Z, t6 J. K8 E1 [    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最小。
    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。
# L' Q2 z) Y2 z3 F    中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13,而L12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，500-600℃时的热强性好。

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3、淬透性极好，适用于大模块。
9 L3 e! ~+ F; q9 `  \) J' S    不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模，主要钢号有420,414L,440,416。
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    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。
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    塑料模具钢的选用
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3 }5 N3 C% Q8 j3 u    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—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。
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' i' E4 Y( L) T6 k- G    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。