模具鋼
模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模、壓鑄模等模具的鋼種。模具是機械制造、無線電儀表、電機、電器等工業部門中制造零件的主要加工工具。模具的質量直接影響著壓力加工工藝的質量、產品的精度產量和生產成本，而模具的質量與使用壽命除了靠合理的結構設計和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。
中文名：模具鋼
分為： 冷軋模具鋼、熱軋模具鋼
主要因素： 尺寸大小和形狀的復雜性
分二大類： 熱軋模具鋼，和超級熱強合金
簡介
模具鋼大致可分為：冷軋模具鋼、熱軋模具鋼和塑料模具鋼三類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復雜，因此對模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工作條件復雜，因此對模具用鋼的性能要求也不同。
冷軋模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具用鋼，按其所制造具的工作條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質量分數在0.80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質量分數通常不大于5%。但對于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質量分數可達13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質量分數也很高，最高可達2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。
熱軋模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機械應力外，還要承受反復受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應力。熱作模具鋼除應具有高的硬度、強度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應具有良好的高溫強度、熱疲勞穩定性、導熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個截面具有一致的力學性能。對于壓鑄模用鋼，還應具有表面層經反復受熱和冷卻不產生裂紋，以及經受液。
態金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質量分數在0.30%~0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。
塑料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強度、硬度、耐磨性、熱穩定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補焊性能好、粗糙度高、導熱性好和工作條件尺寸和形狀穩定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強度的模具可選用冷作模具鋼。
分類
美國按模具服役條件將模具鋼分為四大類，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、塑料模具鋼、塑膠模具鋼等四大類 。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，塑膠模具鋼5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，
◆ 被加工的材料，
◆ 耐久性要求或設計壽命。
冷作模具鋼
（1）分為五組：W組、O組、A組、D組、S組。
◆ W組即水淬模具鋼，有11個鋼種，7個碳素模具鋼，含碳量從0.7%-1.3%。
◆ 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%。
◆ 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）。
（2）冷軋模具鋼的選用
冷軋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類和部份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。
粉末模具鋼有優良的耐磨壽命，硬度不大高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。
熱軋模具鋼
美國熱軋模具鋼分二大類：熱軋模具鋼，和超級熱強合金。
熱軋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。
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）。
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。
塑料模具鋼
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。
◆ 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。
◆調質型塑料模具：P20，P21。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。
◆ 中碳合金工具鋼用于熱固性塑料模。鋼號有H13，而L2和S7，O1和A2也有應用。這一類的特點是：
（1）基本屬二次硬化金鋼，500-600oC時的熱強性好。
（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。
◆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。
塑料模具鋼的選用
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，經滲碳一淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大時，可用O1，S7。腐蝕性較強時用420。
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。
塑膠模具鋼
塑膠模具鋼分預硬普通塑膠模具鋼,預硬優質塑膠模具鋼,預硬高硬度塑膠模具鋼,預硬抗腐鏡面塑膠模具鋼,抗腐鏡面塑膠模具鋼5小類
塑膠模具鋼質量等級分配。
模具類別以美國SPI-SPE 為標準分下列各類.
一. 101 類模(SPI-SPE 標準1,000,000 啤或以上,長期精密生產模)
1. 需要詳細模具結構圖.
2. 模胚材料硬度最低為 280BN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)
3. 有膠位的內模件鋼材一定要見硬至 48~50HRC.其余零件如行位,壓鎖,壓條等亦應為硬件.
4. 頂針板要有導柱.
5. 行位要有硬片.
6. 如有需求的話,上模,下模及行位要有溫度控制.
7. 所有運水道,建議采用無電浸鎳或用420 不銹鋼做模板.這樣可防止生銹及清理垃圾.
8. 需要直身鎖或斜鎖.
二. 102 類模. (不超過1,000,000 啤,大量生產模具.)
1. 需要詳細模具結構圖.
2. 模胚材料硬度最低為 280BHN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)
3. 有膠位的內模件鋼材要見硬至最低 48~52HRC,其余有用的零件亦應同一處理.
4. 建議采用直身鎖或斜鎖.
5. 下列項目可能或不需要.視乎最終生產數量而定.建議報價時如采用下列項目要檢查清楚是否需要:
A. 頂針板導柱.
B. 行位硬片.
C. 電鍍運水孔.
D. 電鍍模腔.
三. 103 類模(少于500,000 啤,中量生產模.)
1. 需要詳細模具結構圖.
2. 模胚材料硬度最小為 165BHN. (DME #1 鋼 / 1040 鋼)
3. 內模鋼材為 P20(28~32HRC)或高硬度(36~38HRC).
4. 其余要求視乎需要而定.
四. 104 類模(少于100,000 啤,少量生產模)
1. 需要模具結構圖.
2. 模胚材料 P20(28~32HRC)可用軟鋼或鋁.(1040 鋼)
3. 內模件可用鋁,軟鋼或其它認可金屬.
4. 其余要求視乎需要而定.
五. 105 類模. (少于500 啤,首辦模或試驗模)
1. 可用鋁鑄鐵或環氧樹脂或任何材料只要有足夠強度可生產最少測試數量便可。
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