模具钢材-百度百科整理——模具行业从业者必备知识手册
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\n\n# 模具钢材整理
分类介绍
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。
模具钢按用途一般可分为三大类：
1. 冷作模具钢
主要用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具。
包括：
- 冷冲裁模具
- 冷冲压模具
- 冷拉深模具
- 压印模具
- 冷挤压模具
- 螺纹压制模具
- 粉末压制模具
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。
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。
分类（按组别）：
- W组：水淬模具钢，11个钢种，7个碳素模具钢，含碳量 0.7%-1.3%
- O组：油淬冷作模具钢（俗称油钢），4个钢种，含碳量 0.85%-1.55%
- A组：空淬中合金冷作模具钢，9个钢种，含碳量 0.5%-2.25%
- D组：高碳高铬冷作模具钢，7个钢种，含碳量 0.9%-2.5%
- S组：耐冲击工具钢，7个钢种，含碳量 0.4%-0.6%
选用原则：
- 高硬冷作类（要求高抗压耐磨）：硬度高于 HRC 60-62
- 耐冲击韧性高：硬度低于 HRC 60-62，用 S 类/A 类/调质钢
- 大型冲压模（如汽车外形）：一般用铸铁类
- 简易/寿命少：锌基合金或高分子复合材料
2. 热作模具钢
主要用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具。
包括：
- 热锻模具
- 热挤压模具
- 压铸模具
- 热镦锻模具
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。
美国分类：
- 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）
性能要求：
热冷交替工作会出现热疲劳龟裂，所以要求材料具有：- 热强性
- 热耐磨性
- 抗裂纹能力
- 抗热疲劳性能
3. 塑料成型用模具钢
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。
包括：
- 碳素结构钢
- 渗碳型塑料模具钢
- 预硬型塑料模具钢
- 时效硬化型塑料模具钢
- 耐蚀塑料模具钢
- 易切塑料模具钢
- 整体淬硬型塑料模具钢
- 马氏体时效钢
- 镜面抛光用塑料模具钢
分类：
类别 特点 适用 典型钢号 渗碳型 低碳，冷塑性好，渗碳淬火后表面硬度高 挤压成型，使用寿命长 P1, P2, P3, P4, P5, P6 调质型 预硬状态使用，用量最大 大多数塑料模 P20, P21 中碳合金工具钢 二次硬化，500-600℃ 仍保持好的热强性和耐蚀性 热固性塑料模 H13, L2, S7, O1, A2 不锈钢 耐蚀性要求高的塑料模 腐蚀性塑料 420, 414L, 440, 416 时效钢 时效处理获得高性能 宇航工业用高精度高韧性大件 马氏体时效钢 选用参考：
- 薄壁塑料箱体，批量 < 10万件：P20，HB 250～300
- 腐蚀性较强：414L
- 高寿命普通塑料模：P6 或 P20，渗碳淬火后 HRC 54-58
- 小件：O1, S7
- 高温热固性塑料模：H13 + S7 或渗碳钢 P4
SPI-SPE 模具质量等级标准：
等级 说明 要求 101类模 1,000,000 啤以上，长期精密生产 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 102类模 ≤ 1,000,000 啤，大量生产 详细结构图，模胚硬度同 101，内模硬度 48~52HRC 103类模 ≤ 50万啤，中量生产 详细结构图，模胚硬度 ≥ 165BHN，内模 P20 (28~32HRC) 104类模 ≤ 10万啤，少量生产 模具结构图，模胚 P20 或软钢/铝 105类模 ≤ 500 啤，首办模/试验模 可用铝铸铁/环氧树脂/任何材料，满足最少测试数量即可
使用性能要求
强度性能
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硬度：模具主要技术指标。
- 冷作模具钢：室温 HRC 60 左右
- 热作模具钢：HRC 40~55
- 模具在高应力下保持形状尺寸不变，必须足够硬度。
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红硬性：高温工作的热作模具保持组织性能稳定的能力。
- 碳素工具钢：180~250℃ 保持
- 铬钼热作模具钢：550~600℃ 保持
- 主要取决于化学成分和热处理工艺。
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抗压屈服强度和抗压弯曲强度：模具承受较高压力弯曲，必须有足够强度。
韧性
模具承受冲击载荷，为减少折断崩刃损坏，必须有一定韧性。
韧性受：
- 化学成分
- 晶粒度
- 纯净度
- 碳化物夹杂物数量形貌分布
- 热处理工艺
注意：韧性、强度、耐磨性往往相互矛盾，需要合理平衡。
抗热疲劳
热作模具钢服役承受：
- 载荷周期性变化
- 高温 + 急冷急热周期性作用
评价断裂抗力需要综合：
- 热疲劳性能（裂纹萌生前工作寿命）
- 机械疲劳裂纹扩展速率
- 断裂韧性
耐磨性
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。
磨损三类：
- 机械磨损
- 氧化磨损
- 熔融磨损
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。
咬合抗力
"冷焊"抵抗力，临界载荷越高，咬合抗力越强。
工艺性能要求
- 球化退火温度范围：宽，退火硬度低且波动小，球化率高
- 热锻变形抗力：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
- 抗氧化：高温加热时脱碳速度慢，对加热介质不敏感，麻点倾向小
- 淬透性：淬火后能获得较深淬硬层，缓和淬火介质就能淬硬
- 可磨削性：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
- 淬硬性：淬火后能获得均匀高表面硬度
- 淬火变形开裂倾向：常规淬火体积变化小，翘曲畸变轻微，异常变形倾向低
常用模具钢材牌号
常见牌号列表（部分）
类别 牌号 用途 冷作 Cr12 Cr12Mo1V1（SKD11） 冷模钢 DC53 冷挤压成形，拉伸模，冲裁模 Cr5Mo1V（A2） 空淬冷作模具钢，用途最广 9Mn2V 9SiCr 9CrWMn CrWMn 热作 5CrNiMo 5CrMnMo H11 / H12 / H13 中铬热作模具钢 8407（瑞典一胜百） 金属压铸、挤压模 塑料 P20 / P20HH / P20LQ 塑胶模具 718 / 718S 塑料模之内模件 |
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