模具钢材 - 模极社整理——模具行业从业者必备知识手册
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<p>模具钢材 - 模极社整理相关示意图，来自行业技术资料。</p>
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<h3>概述</h3>
<p>加工模具时用的，由于模具的用途很广，各种模具的工作条件差别很大，所以，制造模具用材料范围很广，<strong>在模具材料中应用最广的当属模具钢</strong>。</p>
<p>从一般的碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、弹簧钢、高速工具钢、不锈耐热钢直到适应特殊模具需要的马氏体时效钢以及粉末高速钢、粉末高合金模具钢等。</p>
<p><strong>模具钢按用途一般可分为三大类</strong>：</p>
<ol>
<li><strong>冷作模具钢</strong> - 冷状态下成型</li>
<li><strong>热作模具钢</strong> - 高温状态下成型</li>
<li><strong>塑料成型用模具钢</strong> - 塑料模具成型</li>
</ol><hr>
<h3>分类介绍</h3>
<h4>冷作模具钢</h4>
<p>冷作模具钢主要用于制造对<strong>冷状态下</strong>的工件进行压制成型的模具。如：</p>
<ul>
<li>冷冲裁模具、冷冲压模具</li>
<li>冷拉深模具、压印模具</li>
<li>冷挤压模具、螺纹压制模具</li>
<li>粉末压制模具</li>
</ul><p>冷作模具钢的范围很广，从各种碳素工具钢、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><strong>特点</strong>：真空脱气精炼钢，内质纯净，机械加工性良好，切削明显提高，淬透性良好，空冷淬硬不易出现淬裂，耐磨性极为优异，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>
<table>
<tr><td>组别</td><td>名称</td><td>说明</td><td>碳含量范围</td></tr>
<tr><td>W组</td><td>水淬模具钢</td><td>11个钢种，7个碳素模具钢</td><td>0.7%-1.3%</td></tr>
<tr><td>O组</td><td>油淬冷作模具钢（俗称油钢）</td><td>4个钢种</td><td>0.85%-1.55%</td></tr>
<tr><td>A组</td><td>空淬中合金冷作模具钢</td><td>9个钢种</td><td>0.5%-2.25%</td></tr>
<tr><td>D组</td><td>高碳高铬冷作模具钢</td><td>7个钢种</td><td>0.9%-2.5%</td></tr>
<tr><td>S组</td><td>耐冲击工具钢</td><td>7个钢种</td><td>0.4%-0.6%</td></tr>
</table><h4>热作模具钢</h4>
<p>热作模具钢主要用于制造对<strong>高温状态下</strong>的工件进行压力加工的模具。如：</p>
<ul>
<li>热锻模具、热挤压模具</li>
<li>压铸模具、热镦锻模具等</li>
</ul><p><strong>常用的热作模具钢</strong>：中高含碳量的添加Cr、W、Mo、V等合金元素的合金模具钢；对特殊要求的热作模具钢，有时采用高合金奥氏体耐热模具钢制造。</p>
<p><strong>性能要求</strong>：</p>
<p>由于模具要反复受热受力，所以热作模具钢需要：</p>
<ol>
<li>良好的热强性</li>
<li>良好的抗热疲劳性能</li>
<li>良好的耐磨性</li>
<li>良好的韧性</li>
</ol><h4>塑料模具钢</h4>
<p>由于塑料的品种很多，对塑料制品的要求差别也很大，对制造塑料模具的材料也提出了各种不同的性能要求。所以，不少工业发达的国家已经形成了范围很广的塑料模具用钢系列。</p>
<p><strong>主要分类</strong>：</p>
<table>
<tr><td>类别</td><td>说明</td><td>代表钢号</td></tr>
<tr><td>渗碳型塑料模具钢</td><td>含碳量很低，成型后渗碳淬火</td><td>P1、P2、P3、P4、P5、P6</td></tr>
<tr><td>调质型塑料模具钢</td><td>大多数在预硬状态使用，P20是用量最大的</td><td>P20、P21</td></tr>
<tr><td>中碳合金工具钢</td><td>用于热固性塑料模</td><td>H13 (P20)</td></tr>
<tr><td>不锈钢</td><td>用于耐蚀性要求高的塑料模</td><td>420、414L、440、416</td></tr>
<tr><td>时效硬化型</td><td>时效处理后获得高硬度高韧性</td><td>18Ni马氏体时效钢</td></tr>
</table><p><strong>SPI-SPE 塑胶模具钢质量分级标准</strong>：</p>
<table>
<tr><td>类别</td><td>适用范围</td><td>钢材要求</td></tr>
<tr><td>101类</td><td>1,000,000 啤以上，长期精密生产模</td><td>模胚材料硬度最低 280BN，内模件硬度 48~50HRC</td></tr>
<tr><td>102类</td><td>不超过一百万啤，大量生产模具</td><td>基本要求同101类，硬度标准一致</td></tr>
<tr><td>103类</td><td>少于50万啤，中量生产模具</td><td>模胚硬度最低 165BHN，内模 P20 (28~32HRC)</td></tr>
<tr><td>104类</td><td>少于10万啤，少量生产模具</td><td>内模可用 P20、软钢、铝等</td></tr>
<tr><td>105类</td><td>少于500啤，首办模或试验模</td><td>可用铝铸铁、环氧树脂，只要足够强度即可</td></tr>
</table><hr>
<h3>使用性能要求</h3>
<h4>强度性能</h4>
<ol>
<li><strong>硬度</strong>：是模具钢的主要技术指标，模具在高应力的作用下欲保持其形状尺寸不变，必须具有足够高的硬度。</li>
<ul>
<li>冷作模具钢在室温条件下一般硬度保持在 <strong>HRC60</strong> 左右</li>
<li>热作模具钢根据其工作条件，一般要求保持在 <strong>HRC40~55</strong> 范围</li>
</ul>
</ol><ol>
<li><strong>红硬性</strong>：在高温状态下工作的热作模具，要求保持其组织和性能的稳定，从而保持足够高的硬度，这种性能称为红硬性。</li>
<ul>
<li>碳素工具钢一般能在 <strong>180~250℃</strong> 保持红硬性</li>
<li>铬钼热作模具钢一般能在 <strong>550~600℃</strong> 保持红硬性</li>
</ul>
</ol><ol>
<li><strong>抗压屈服强度和抗弯强度</strong>：模具在使用过程中经常受到强度较高的压力和弯曲的作用，因此要求模具材料应具有一定的抗压强度和抗弯强度。</li>
</ol><h4>韧性</h4>
<p>在工作过程中，模具承受着冲击载荷，为了减少在使用过程中的折断、崩刃等形式的损坏，要求模具钢具有一定的韧性。</p>
<p>钢的韧性受化学成分、晶粒度、纯净度、碳化物和夹杂物等影响，韧性、强度和耐磨性往往是相互矛盾的。因此要合理配合达到最佳效果。</p>
<h4>抗热疲劳</h4>
<p>热作模具钢在服役条件下，除了承受载荷，还受到高温及周期性的急冷急热作用，因此评价热作模具钢的断裂抗力应重视材料的<strong>热机械疲劳</strong>断裂性能。</p>
<h4>耐磨性</h4>
<p>决定模具使用寿命最重要的因素往往是模具材料的耐磨性。模具在工作中承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在强烈摩擦下仍保持其尺寸精度。</p>
<h4>咬合抗力</h4>
<p>咬合抗力实际就是发生"冷焊"时的抵抗力，该性能对于模具材料较为重要。咬合抗力越高，越不容易发生粘焊磨损。</p>
<hr>
<h3>工艺性能要求</h3>
<p>在模具生产成本中，材料费用一般占10%~20%，而机械加工、热处理、装配和管理费用占80%以上，所以模具的工艺性能是影响模具生产成本和制造难易的主要因素之一。</p>
<p>主要包括：</p>
<ul>
<li><strong>热加工性能</strong>：指热塑性、加工温度范围等</li>
<li><strong>冷加工性能</strong>：指切削、磨削、抛光等加工性能</li>
<li><strong>淬透性</strong>：保证模具整个截面获得要求的硬度</li>
<li><strong>淬硬性</strong>：淬火后能获得均匀而高的表面硬度</li>
<li><strong>淬火变形开裂倾向</strong>：常规淬火体积变化小，形状翘曲畸变轻微，异常变形倾向低</li>
<li><strong>可磨削性</strong>：砂轮相对损耗小，无烧伤，不易发生磨削裂纹</li>
</ul><hr>
<h3>常用模具钢材牌号</h3>
<h4>常见国产牌号（部分）</h4>
<table>
<tr><td>冷作模具钢</td><td>热作模具钢</td><td>塑料模具钢</td></tr>
<tr><td>Cr12</td><td>5CrMnMo</td><td>P20</td></tr>
<tr><td>Cr12Mo1V1 (SKD11)</td><td>5CrNiMo</td><td>718</td></tr>
<tr><td>Cr12MoV</td><td>4Cr5MoSiV1 (H13)</td><td>S136</td></tr>
<tr><td>Cr5Mo1V (A2)</td><td>3Cr2W8V</td><td>NAK80</td></tr>
<tr><td>9Mn2V</td><td></td><td>DC53</td></tr>
<tr><td>9SiCr</td><td></td><td>Cr12MoV</td></tr>
<tr><td>CrWMn</td><td></td><td></td></tr>
</table><h4>常见进口品牌牌号</h4>
<table>
<tr><td>日立金属</td><td>日本大同</td><td>瑞典一胜百</td><td>奥地利百禄</td></tr>
<tr><td>SLD (SKD11)</td><td>DHA1</td><td>8402</td><td>W330</td></tr>
<tr><td>SLD-MAGIC</td><td>DH21</td><td>8407</td><td>W302</td></tr>
<tr><td>YK30</td><td>DH31-S</td><td>QRO-90</td><td>W303</td></tr>
<tr><td>HPM1</td><td></td><td></td><td></td></tr>
<tr><td>HPM2</td><td></td><td></td><td></td></tr>
<tr><td>S-STAR</td><td></td><td></td><td></td></tr>
</table><h4>特殊用途钢材</h4>
<table>
<tr><td>用途</td><td>代表牌号</td></tr>
<tr><td>高耐磨高耐腐蚀镜面模具</td><td>X13T6W (236H)</td></tr>
<tr><td>通用塑料模内模件</td><td>718S</td></tr>
</table><hr>
<p>还有什么补充参数吗？一起完善。</p>