关于离子氮化的书辑

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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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　　　　　　　　　　　　　　　　 广东工业大学　黎炳雄
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0 B3 a, P, f* T& Q　　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
　　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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　　冷作模具钢的分类
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　　冷作模具钢分为五组：W组、O组、A组、D组、S组。
# a2 D) [& R5 @: y　　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%。
- c' P$ ?4 o  |# ~; Y/ j　　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%。
# Q, \7 a* L+ |/ w$ K- Z　　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%。
6 ^8 M% R3 P& q0 Q) ~% s( C6 d　　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

  g4 q5 r0 _5 t. e　　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。
　　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。
6 t" P' V$ h, t　　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。
　　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
; ~% s; E( o9 `3 v　　美国热作模具钢分二大类：热作模具钢和超级热强合金。

) Z2 g5 {5 r! w( [( G! z3 p' A& a　　热作模具钢的选用
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1 p; ]6 h+ n  c* n　　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。
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　　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。
. v+ V) J* c9 W( q; U) a　　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

2 H, v+ @. a! N/ Z+ R7 b7 N5 V　　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。
; G: c( [: T$ k. W1 H# D; L　　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。
- [0 a! q7 o! b& k　　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。
/ C$ g- E3 U# Z+ N, b- B　　3、淬透性极好，适用于大模块。

# v: a- ]" `+ w$ @) N: y　　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 k6 O' H& |( Z　　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。

& H; q) T8 W$ E; }5 I$ x　　塑料模具钢的选用
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　　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。
  z2 E) ^( f3 e: l　　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。
6 v, @% N+ \5 z) a8 x8 m& _2 r　　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。
# V( `/ J3 }5 j- a+ f　　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。