模具钢材整理：基础原理与工艺参数全指南——模具行业从业者必备知识手册

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<p>模具钢材整理相关示意图，来自行业技术资料。</p>

<p>!<a href="https://mj7.cn/uploads/default/original/1X/img_lib/模具钢材/模具钢材 材料 性能_14.png">模具钢材整理相关示意图</a>\n\n# 模具钢材整理</p>

<h3>分类介绍</h3>

<p>模具钢材是用来制造冷冲模、热锻模压铸模等模具的钢种。模具材料是模具制造业的物质和技术基础，其中模具钢材是传统的模具材料，其品种、规格、质量对模具的性能、使用寿命和制造周期起着决定性的作用。</p>

<p>模具钢按用途一般可分为三大类：</p>

<h4>1. 冷作模具钢</h4>

<p>主要用于制造对<strong>冷状态下</strong>的工件进行压制成型的模具。</p>

<p>包括：</p>
<ul>
<li>冷冲裁模具</li>
<li>冷冲压模具</li>
<li>冷拉深模具</li>
<li>压印模具</li>
<li>冷挤压模具</li>
<li>螺纹压制模具</li>
<li>粉末压制模具</li>
</ul>

<p>冷作模具钢范围：从碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢到粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢。</p>

<p>特点：真空脱气精炼钢，内质纯净，机械加工性良好，淬透性良好，空冷淬硬不易出现淬裂，耐磨性优异，韧性良好，可用作不锈钢及高硬度材料的冲裁模。</p>

<p><strong>分类（按组别）：</strong></p>
<ul>
<li><strong>W组</strong>：水淬模具钢，11个钢种，7个碳素模具钢，含碳量 0.7%-1.3%</li>
<li><strong>O组</strong>：油淬冷作模具钢（俗称油钢），4个钢种，含碳量 0.85%-1.55%</li>
<li><strong>A组</strong>：空淬中合金冷作模具钢，9个钢种，含碳量 0.5%-2.25%</li>
<li><strong>D组</strong>：高碳高铬冷作模具钢，7个钢种，含碳量 0.9%-2.5%</li>
<li><strong>S组</strong>：耐冲击工具钢，7个钢种，含碳量 0.4%-0.6%</li>
</ul>

<p><strong>选用原则：</strong></p>
<ul>
<li>高硬冷作类（要求高抗压耐磨）：硬度高于 HRC 60-62</li>
<li>耐冲击韧性高：硬度低于 HRC 60-62，用 S 类/A 类/调质钢</li>
<li>大型冲压模（如汽车外形）：一般用铸铁类</li>
<li>简易/寿命少：锌基合金或高分子复合材料</li>
</ul>

<hr>

<h4>2. 热作模具钢</h4>

<p>主要用于制造对<strong>高温状态下</strong>的工件进行压力加工的模具。</p>

<p>包括：</p>
<ul>
<li>热锻模具</li>
<li>热挤压模具</li>
<li>压铸模具</li>
<li>热镦锻模具</li>
</ul>

<p>常用：中高含碳量添加 Cr/W/Mo/V 等合金元素的合金模具钢；特殊要求采用高合金奥氏体耐热模具钢。</p>

<p><strong>美国分类：</strong></p>
<ul>
<li>低合金调质模具钢（6G，6F2，6F3）</li>
<li>中铬热作模具钢（H11、H12、H13）</li>
<li>钨热作模具钢（H21，H22）</li>
</ul>

<p><strong>性能要求：</strong></p>
<p>热冷交替工作会出现热疲劳龟裂，所以要求材料具有：</p>
<ul>
<li>热强性</li>
<li>热耐磨性</li>
<li>抗裂纹能力</li>
<li>抗热疲劳性能</li>
</ul>

<hr>

<h4>3. 塑料成型用模具钢</h4>

<p>由于塑料品种多，要求差别大，因此形成了范围很广的塑料模具用钢系列。</p>

<p>包括：</p>
<ul>
<li>碳素结构钢</li>
<li>渗碳型塑料模具钢</li>
<li>预硬型塑料模具钢</li>
<li>时效硬化型塑料模具钢</li>
<li>耐蚀塑料模具钢</li>
<li>易切塑料模具钢</li>
<li>整体淬硬型塑料模具钢</li>
<li>马氏体时效钢</li>
<li>镜面抛光用塑料模具钢</li>
</ul>

<p><strong>分类：</strong></p>
<table>
<tr><td>类别</td><td>特点</td><td>适用</td><td>典型钢号</td></tr>
<tr><td>渗碳型</td><td>低碳，冷塑性好，渗碳淬火后表面硬度高</td><td>挤压成型，使用寿命长</td><td>P1, P2, P3, P4, P5, P6</td></tr>
<tr><td>调质型</td><td>预硬状态使用，用量最大</td><td>大多数塑料模</td><td>P20, P21</td></tr>
<tr><td>中碳合金工具钢</td><td>二次硬化，500-600℃ 仍保持好的热强性和耐蚀性</td><td>热固性塑料模</td><td>H13, L2, S7, O1, A2</td></tr>
<tr><td>不锈钢</td><td>耐蚀性要求高的塑料模</td><td>腐蚀性塑料</td><td>420, 414L, 440, 416</td></tr>
<tr><td>时效钢</td><td>时效处理获得高性能</td><td>宇航工业用高精度高韧性大件</td><td>马氏体时效钢</td></tr>
</table>

<p><strong>选用参考：</strong></p>
<ul>
<li>薄壁塑料箱体，批量 < 10万件：P20，HB 250～300</li>
<li>腐蚀性较强：414L</li>
<li>高寿命普通塑料模：P6 或 P20，渗碳淬火后 HRC 54-58</li>
<li>小件：O1, S7</li>
<li>高温热固性塑料模：H13 + S7 或渗碳钢 P4</li>
</ul>

<p><strong>SPI-SPE 模具质量等级标准：</strong></p>

<table>
<tr><td>等级</td><td>说明</td><td>要求</td></tr>
<tr><td>101类模</td><td>1,000,000 啤以上，长期精密生产</td><td>详细结构图，模胚硬度 ≥ 280BN，内模钢材 48~50HRC，顶针板导柱，行位硬片</td></tr>
<tr><td>102类模</td><td>≤ 1,000,000 啤，大量生产</td><td>详细结构图，模胚硬度同 101，内模硬度 48~52HRC</td></tr>
<tr><td>103类模</td><td>≤ 50万啤，中量生产</td><td>详细结构图，模胚硬度 ≥ 165BHN，内模 P20 (28~32HRC)</td></tr>
<tr><td>104类模</td><td>≤ 10万啤，少量生产</td><td>模具结构图，模胚 P20 或软钢/铝</td></tr>
<tr><td>105类模</td><td>≤ 500 啤，首办模/试验模</td><td>可用铝铸铁/环氧树脂/任何材料，满足最少测试数量即可</td></tr>
</table>

<hr>

<h3>使用性能要求</h3>

<h4>强度性能</h4>

<ol>
<li><strong>硬度</strong>：模具主要技术指标。</li>
<ul>
<li>冷作模具钢：室温 HRC 60 左右</li>
<li>热作模具钢：HRC 40~55</li>
<li>模具在高应力下保持形状尺寸不变，必须足够硬度。</li>
</ul>
</ol>

<ol>
<li><strong>红硬性</strong>：高温工作的热作模具保持组织性能稳定的能力。</li>
<ul>
<li>碳素工具钢：180~250℃ 保持</li>
<li>铬钼热作模具钢：550~600℃ 保持</li>
<li>主要取决于化学成分和热处理工艺。</li>
</ul>
</ol>

<ol>
<li><strong>抗压屈服强度和抗压弯曲强度</strong>：模具承受较高压力弯曲，必须有足够强度。</li>
</ol>

<h4>韧性</h4>

<p>模具承受冲击载荷，为减少折断崩刃损坏，必须有一定韧性。</p>

<p>韧性受：</p>
<ul>
<li>化学成分</li>
<li>晶粒度</li>
<li>纯净度</li>
<li>碳化物夹杂物数量形貌分布</li>
<li>热处理工艺</li>
</ul>

<p><strong>注意</strong>：韧性、强度、耐磨性往往相互矛盾，需要合理平衡。</p>

<h4>抗热疲劳</h4>

<p>热作模具钢服役承受：</p>
<ul>
<li>载荷周期性变化</li>
<li>高温 + 急冷急热周期性作用</li>
</ul>

<p>评价断裂抗力需要综合：</p>
<ol>
<li>热疲劳性能（裂纹萌生前工作寿命）</li>
<li>机械疲劳裂纹扩展速率</li>
<li>断裂韧性</li>
</ol>

<hr>

<h4>耐磨性</h4>

<p>决定模具使用寿命最重要因素。模具承受大压压和摩擦，必须保持尺寸精度不变。</p>

<p>磨损三类：</p>
<ol>
<li>机械磨损</li>
<li>氧化磨损</li>
<li>熔融磨损</li>
</ol>

<p>改善耐磨性：高硬度 + 合理的碳化物组成形貌分布。重载高速条件下，需要表面形成致密氧化膜保持润滑，减少粘咬焊合。</p>

<h4>咬合抗力</h4>

<p>"冷焊"抵抗力，临界载荷越高，咬合抗力越强。</p>

<hr>

<h3>工艺性能要求</h3>

<ol>
<li><strong>球化退火温度范围</strong>：宽，退火硬度低且波动小，球化率高</li>
<li><strong>热锻变形抗力</strong>：低，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂析出网状碳化物倾向低</li>
<li><strong>抗氧化</strong>：高温加热时脱碳速度慢，对加热介质不敏感，麻点倾向小</li>
<li><strong>淬透性</strong>：淬火后能获得较深淬硬层，缓和淬火介质就能淬硬</li>
<li><strong>可磨削性</strong>：砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量冷却要求不敏感，不易发生磨伤磨削裂纹</li>
<li><strong>淬硬性</strong>：淬火后能获得均匀高表面硬度</li>
<li><strong>淬火变形开裂倾向</strong>：常规淬火体积变化小，翘曲畸变轻微，异常变形倾向低</li>
</ol>

<hr>

<h3>常用模具钢材牌号</h3>

<h4>常见牌号列表（部分）</h4>

<table>
<tr><td>类别</td><td>牌号</td><td>用途</td></tr>
<tr><td>冷作</td><td>Cr12</td><td></td></tr>
<tr><td></td><td>Cr12Mo1V1（SKD11）</td><td>冷模钢</td></tr>
<tr><td></td><td>DC53</td><td>冷挤压成形，拉伸模，冲裁模</td></tr>
<tr><td></td><td>Cr5Mo1V（A2）</td><td>空淬冷作模具钢，用途最广</td></tr>
<tr><td></td><td>9Mn2V</td><td></td></tr>
<tr><td></td><td>9SiCr</td><td></td></tr>
<tr><td></td><td>9CrWMn</td><td></td></tr>
<tr><td></td><td>CrWMn</td><td></td></tr>
<tr><td>热作</td><td>5CrNiMo</td><td></td></tr>
<tr><td></td><td>5CrMnMo</td><td></td></tr>
<tr><td></td><td>H11 / H12 / H13</td><td>中铬热作模具钢</td></tr>
<tr><td></td><td>8407（瑞典一胜百）</td><td>金属压铸、挤压模</td></tr>
<tr><td>塑料</td><td>P20 / P20HH / P20LQ</td><td>塑胶模具</td></tr>
<tr><td></td><td>718 / 718S</td><td>塑料模之内模件</td></tr>
</table>
<p>| | LKM 638 / 2311</p>

<hr>
<p>你们厂里是怎么处理的？来评论区聊聊。</p>