美国模具钢系列和选用方案在40年代就初步形成。
1 u+ d& P% x$ Q5 {2 Q+ E% i% @ 美国模具工业用材分析 2 z) z) Z1 i1 l Q5 u
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:
- N& D5 W, b* `; a' A 尺寸大小和形状的复杂性 5 m2 B9 d+ O- v! k' F2 H* m/ V
被加工的材料 0 f# s- O" T v" p& X4 B2 y
耐久性要求或设计寿命
& I/ Q a# v% E7 f, n 冷作模具钢的分类 ; a9 E7 K& D8 v- x
冷作模具钢分为五组:W组、O组、A组、D组、S组。
L0 ~ D6 x& M5 K; j- p 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%。 1 \) z2 @& C& G
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%。
9 S o0 T1 A* \0 t! Q- } 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%。
6 L8 d) h# r9 D* W G D组即高碳高铬冷作模具钢,有7个钢种,含碳量0.9%-2.5%。
0 p$ |/ ]9 g* g4 t! n# O* s S组即耐冲击工具钢,有7个钢种,含碳量0.4-0.6%。
: F8 s: z8 P+ s7 Q7 C 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)。 * H- V3 |( [8 X
冷作模具钢的选用
5 _% X- z6 M. q$ z8 w% ] ~ 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。 . i+ ]) c& A! ]7 y3 E
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。
$ `& p% n- j! o. k/ M1 h 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。 0 \8 a) [& a/ V, B* e9 X7 D
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 `8 t) l; T; f9 p 热作模具钢的分类 5 \8 _- p; T! F$ w; b
美国热作模具钢分二大类:热作模具钢和超级热强合金。 7 L3 O) S) M% U) V8 s9 s
热作模具钢的选用 1 |* q; k5 R) n- G
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。 # q. y) C# ]0 a: _
按热强性排列的主系列进行选材: . g u- ~- Q$ @2 F" i( F, I0 J( ]
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)。
* X4 O. Z2 R* R; g9 \$ ^ 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。 : W5 u/ K+ Y/ D8 O+ ~/ F
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。 0 i J/ ~+ ~1 U1 d( Y
塑料模具钢的分类
% v3 V) l) C; e! R% f 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。 1 ^4 F. \. ~: u$ g8 Y7 A
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。 : E d, {* Y! E, N- Z
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。
4 ~* h( l/ r& l) L 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: 5 s; Y1 \* g( Y' |: m4 p
1、基本属二次硬化金钢,500-600℃时的热强性好。
" g! k6 r# b1 [9 g7 |$ s' @+ [5 k 2、含铬较高,大气腐蚀性好。
0 E$ A- p2 W7 z B: R# g' B5 ~ J 3、淬透性极好,适用于大模块。 + T4 b9 l; S$ R- t) o8 B
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 }" F, }' }- ], W% ^! _( c 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。
5 a' y$ u( B# G0 |5 r+ b% W1 } 塑料模具钢的选用
) D C' j. \( o$ ]+ o$ D 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。 3 G# j \9 {$ K7 f
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 K' `5 } G% m1 V% e$ w; ~6 a' w7 B 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。 |