美國(guó)模具鋼材情況介紹

高飛

美國(guó)模具鋼系列和選用方案在40年代就初步形成。

% U' A5 n1 {) t' S* a

　　美國(guó)模具工業(yè)用材分析

　　美國(guó)按模具服役條件將模具鋼分為三大類(lèi)，美國(guó)金屬學(xué)會(huì)工具鋼委員會(huì)列出了：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三大類(lèi)。其中，冷作模具鋼又分出12小類(lèi)，熱作模具鋼9小類(lèi)，塑料模具鋼2小類(lèi)。每個(gè)小類(lèi)的選材又取決于三個(gè)主要因素：

　　尺寸大小和形狀的復(fù)雜性

. z+ X$ O" }1 W5 \! K( J

　　被加工的材料

1 I" I: w8 c. t9 S Z6 z

　　耐久性要求或設(shè)計(jì)壽命

7 b4 h. a4 a. v* V6 d3 f

　　冷作模具鋼的分類(lèi)

　　冷作模具鋼分為五組：W組、O組、A組、D組、S組。

3 d3 t8 a1 o2 K) q

　　W組即水淬工具鋼，有11個(gè)鋼種，7個(gè)碳素工具鋼，含碳量從0.7%-1.3%。

　　O組即油淬冷作模具鋼（俗稱(chēng)油鋼），有4個(gè)鋼種，含碳量在0.85-1.55%。

+ F6 B. j3 v7 M8 v

　　A組即空淬中合金冷作模具鋼，有9個(gè)鋼種，含碳量從0.5-2.25%。

9 r# ~; w5 `8 j$ X/ \( j

　　D組即高碳高鉻冷作模具鋼，有7個(gè)鋼種，含碳量0.9%-2.5%。

7 w0 B2 {5 Q2 i2 H

　　S組即耐沖擊工具鋼，有7個(gè)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(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)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）。

　　冷作模具鋼的選用

　　冷作模具鋼的主系列是高硬冷作類(lèi)，主要用于要求高抗壓和耐磨為主的模具，硬度高于HRC60-62。對(duì)于要求耐沖擊、韌性高的模具，硬度低于HRC60-62，主要用S類(lèi)和部分A類(lèi)和最普通的調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、熱作模具或基體鋼。對(duì)于大型沖壓模，如汽車(chē)外型沖壓件，主要用鑄鐵類(lèi)。簡(jiǎn)易或壽命數(shù)量少的用鋅基合金或高分子復(fù)合材料。

. q e0 S6 u1 W! {9 {! W5 `

　　高速鋼和超高速鋼在冷作模具中的應(yīng)用迅速增長(zhǎng)。主要是有高的“抗壓強(qiáng)度／硬度”比值。且硬度可在HRC60-70之間選擇。

　　粉末模具鋼有優(yōu)良的耐磨壽命，硬度不大于HRC60-62,應(yīng)用相當(dāng)多。

. X1 F9 C; o/ e7 j+ c. N

　　碳素工具鋼在壽命10萬(wàn)件的沖頭或軟材料沖壓模仍有一定的應(yīng)用范圍。

1 `1 l' i+ r: P, g

　　熱作模具鋼的分類(lèi)

% y9 a m) h& }6 ?

　　美國(guó)熱作模具鋼分二大類(lèi)：熱作模具鋼和超級(jí)熱強(qiáng)合金。

　　熱作模具鋼的選用

0 W1 U2 `. q3 M* n

　　熱作模具由于在有溫度的條件下工作，要求材料具有熱強(qiáng)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(huì)出現(xiàn)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。

　　按熱強(qiáng)性排列的主系列進(jìn)行選材：

　　低合金調(diào)質(zhì)模具鋼（6G，6F2，6F3）—中鉻熱作模具鋼（H11、H12、H13)—鎢熱作模具鋼(H21、H22)。

0 y7 ]0 b' l, m) H# l5 X

　　非標(biāo)準(zhǔn)的熱作模具鋼：例如熱鐓鍛模具用時(shí)效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出現(xiàn)了不能滿(mǎn)足熱耐磨性時(shí)，可以選擇6H1、6H2。

　　當(dāng)要求模具以熱作耐磨性為主時(shí)，可以選擇D2、D4——M2、M4——粉末鋼。鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鈷基硬質(zhì)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(tài)下使用。

0 X: m1 f: ~% T |1 \& H

　　塑料模具鋼的分類(lèi)

9 ]$ u' e( Z; x8 d; m

　　美國(guó)是最早在工具鋼中列出塑料模具專(zhuān)用鋼的國(guó)家，以P來(lái)表示為主，共分為五類(lèi)。

　　滲碳型塑料模具鋼：P1,P2,P3,P4,P5,P6。這類(lèi)鋼含碳量很低，主要是美國(guó)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(zhǎng)。芯部超低碳可使淬火時(shí)變形量最小。

4 N' N6 K" b. L% V' h8 g

　　調(diào)質(zhì)型塑料模具：P20,P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成為主體，大多數(shù)在預(yù)硬狀態(tài)時(shí)使用。

　　中碳合金工具鋼用于熱固性塑料模。鋼號(hào)有H13,而L12和S7，O1和A2也有應(yīng)用。這一類(lèi)的特點(diǎn)是：

1 O4 m& b; B" x# w E: x7 g

　　1、基本屬二次硬化金鋼，500-600℃時(shí)的熱強(qiáng)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(hào)有420,414L,440,416。

1 i1 `: H& d, ?$ Y) R4 L7 H

　　時(shí)效鋼是經(jīng)過(guò)時(shí)效處理而獲得高的使用性能。有兩種，一種是P21低碳Ni-A1時(shí)效鋼；另一類(lèi)是18Ni馬氏體時(shí)效鋼。后者是用于宇航工業(yè)的無(wú)碳高純度、高強(qiáng)度、高韌性的材料。用于力學(xué)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(chǎn)批量在小于10萬(wàn)件時(shí)，用P20、P21預(yù)硬態(tài)（HB250-300)，腐蝕性較強(qiáng)時(shí)用414L。

$ J/ S- c$ m8 a0 D% |) r4 Q

　　高壽命的普通塑料模，用P6或P20，經(jīng)滲碳—淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大時(shí)，可用O1、S7。腐蝕性較強(qiáng)時(shí)用420。

$ t8 e8 ^" o6 w* a5 S' d

　　非高溫的熱固性模用P6、P20經(jīng)滲碳淬火后使用。腐蝕性強(qiáng)用420。

　　高溫?zé)峁绦运芰夏Ｓ?/SPAN>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。