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美国模具钢材情况介绍

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2004年12月28日

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. I  v$ A7 x8 p% `, ~: t　　　　　　　　　　　　　　　　 广东工业大学　黎炳雄
1 T( b  y4 J( s% S# n7 l' ^3 m! R- P. F
  B9 J) ~7 P  m9 J4 A! p  [  E　　美国模具钢系列和选用方案在40年代就初步形成。
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　　美国模具工业用材分析
' [. @1 p# p; u1 ]; p& W4 B- P2 P5 X　　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：(1)尺寸大小和形状的复杂性;(2)被加工的材料;(3)耐久性要求或设计寿命
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3 u/ n* j! i5 O2 o; V: q  L* q　　冷作模具钢的分类

- }. b$ M3 t0 t  x% i　　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%。
　　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%。
( {  |( D" _- ?- [2 q1 r+ S　　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%。
! \  N( V. C- Y　　D组即高碳高铬冷作模具钢，有7个钢种，含碳量0.9%-2.5%。
3 X& U9 W/ H0 @* I　　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）。

　　冷作模具钢的选用
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3 v) o; _+ l" z; [. F% G( _　　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。
3 q3 K  y  @7 Q& b　　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，硬度不大于HRC60-62,应用相当多。
7 _: Z4 A+ n: ?4 o+ x　　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。
7 U4 @7 v& A' H5 [  j+ F! e# X　　热作模具钢的分类
　　美国热作模具钢分二大类：热作模具钢和超级热强合金。
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% f1 K% ]0 F. F" C　　热作模具钢的选用
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　　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。

9 m& t, B1 R& A5 y4 i$ a4 ]/ b　　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)。
0 n$ \# @5 J5 l# D: {; P　　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。
0 F7 Q+ N% m  ]: `　　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。
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　　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。
　　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。
& ^7 {% E; ~/ ]  k% m5 h　　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。
　　2、含铬较高，大气腐蚀性好。
　　3、淬透性极好，适用于大模块。
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　　不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模，主要钢号有420,414L,440,416。
' |8 I4 H1 ?' y9 D　　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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5 w+ f2 ^7 B. g9 T- n8 j' k　　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—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。