模具材料及熱處理----工藝分享

紅塵中曾今來過

1.1金屬
具有不透明、金屬光澤良好的導熱和導電性并且其導電能力隨溫度的增高而減小，富有延性和展性等特性的物質。金屬內部原子具有規律性排列的固體（即晶體）。
1.2合金
由兩種或兩種以上金屬或金屬與非金屬組成，具有金屬特性的物質。
相：合金中成份、結構、性能相同的組成部分。
  t8 X7 \2 G& |; o% G1.3固溶體
是一個（或幾個）組元的原子（化合物）溶入另一個組元的晶格中，而仍保持另一組元的晶格類型的固態金屬晶體，固溶體分間隙固溶體和置換固溶體兩種。
1.4固溶強化
由于溶質原子進入溶劑晶格的間隙或結點，使晶格發生畸變，使固溶體硬度和強度升高，這種現象叫固溶強化現象。
1.5化合物
合金組元間發生化合作用，生成一種具有金屬性能的新的晶體固態結構。
1.6機械混合物
由兩種晶體結構而組成的合金組成物，雖然是兩面種晶體，卻是一種組成成分，具有獨立的機械性能。
2.1硬度
金屬的硬度，是指金屬表面局部體積內抵抗外物壓入而引起的塑性變形的抗力，硬度越高表明金屬抵抗塑性變形的能力越強，金屬產生塑性變形越困難。硬度試驗方法簡單易行，又無損于零件。實際常使用的硬度試驗方法有：布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度三種。三種硬度試驗值有大致的換算關系，見表一。
布氏硬度HB：布氏硬度是用載荷為P的力把直接D的鋼球壓入金屬表面，并保持一定的時間，測量金屬表面上的壓痕直徑d，據此計算出的壓痕面積AB，求出每單位面積所受力，用作金屬的硬度值，叫布氏硬度，記作HB。布氏硬度的使用上限是HB450，適用于測定退火、正火、調質鋼、鑄鐵及有色金屬的硬度。
2.1.1洛氏硬度HRA、HRC：
4 f4 i0 j5 R) {% p, X9 t洛氏硬度是工業生產中最常用的硬度測量的方法，因為操作簡便、迅速，可以直接讀出硬度值，不損傷工件表面，可測量的硬度范圍較寬。但洛氏硬度也有一些缺點，如因壓痕小，對材料有偏析及組織不均勻的情況，測量結果分離度大，再現性較差。洛氏硬度(HR)也是用壓痕的方式試驗硬度。它是用測量凹陷深度來表示硬度值。洛氏硬度試驗用的壓頭分硬質和軟質兩種。硬質壓頭為頂角為120o的金剛石圓錐體，使用于淬火鋼等硬的材料。HRA硬度有效范圍是>70，適用于硬質合金、表面淬火層及滲碳層;HRC硬度有效范圍是20-68(相當于HB230-700,HB450-700超出了布氏硬度的使用上限)，適用于淬火鋼及調質鋼。
3 [8 D* n$ ]- Z9 `1 C2.1.2洛氏硬度HRB
洛氏硬度HRB的測量采用直徑1.588mm(1/16")的鋼球，適用于退火鋼、有色金屬等，硬度有效范圍是25-100（相當于HB60-230)。
( t' X. R! @9 F- Z4 e2.1.3維氏硬度HV
維氏硬度也是利用壓痕面積上單位應力作為硬度值計量。維氏硬度所使用的壓頭是錐面夾角為136o的金剛石四方錐體。試驗時，在載荷P的作用下，在試樣試驗面上壓出一個正方形壓痕。測量壓痕兩對角線的平均長度d，借以計算壓痕面積AV，以P/AV的數值表示試樣的硬度，以HV表示。維氏硬度的優缺點：維氏硬度有一個連續一致的標度；試驗負荷可任意選擇，所得的硬度值相同。試驗時加載的壓力小，壓入深度淺，對工件損傷小。特別適用于測量零件的表面淬硬層及經過表面化學處理的硬度，精度比布氏、洛氏硬度精確。但是維氏硬度的試驗操作較麻煩，一般在生產上很少使用，多用于實驗室及科研方面。

3．金屬材料機械性能（或稱為力學性能）

金屬材料的機械性能是零件的設計和選材時的主要依據。外加載荷性質不同（例如拉伸、壓縮、扭轉、沖擊、循環載荷等），對金屬材料要求的機械性能也將不同。常用的機械性能包括：強度、塑性、彈性、剛度、硬度、沖擊韌性、多次沖擊抗力和疲勞極限等。下面將分別討論各種機械性能。
3.1強度
1 s4 L4 v& _4 Z- [強度是指金屬材料在靜荷作用下抵抗破壞（過量塑性變形或斷裂）的性能。由于載荷的作用方式有拉伸、壓縮、彎曲、剪切等形式，所以強度也分為抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度等。各種強度間常有一定的聯系，使用中一般較多以抗拉強度作為最基本的強度指針。
# ^2 K0 O1 b5 b3.2塑性
  V& Q- I% ?8 f2 e% n塑性是指金屬材料在載荷作用下，產生塑性變形（永久變形）而不破壞的能力。
3.3疲勞
前面所討論的強度、塑性、硬度都是金屬在靜載荷作用下的機械性能指針。實際上，許多機器零件都是在循環載荷下工作的，在這種條件下零件會產生疲勞。
沖擊韌性
以很大速度作用于機件上的載荷稱為沖擊載荷，金屬在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力叫做沖擊韌性。
3.4彈性
金屬材料在外力作用下產生不永久變形的能力稱為彈性。
4 t: ~. ?% L6 D$ [! P2 b3 S3.5剛度
剛度是指金屬材料抵抗彈性變形的能力。在工程應用中絕大多數零件都在彈性狀態下工作，工作過程中不允許有過多的彈性變形。因此，對材料的剛度都有一定的要求。
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4． 鋼的分類

鋼是以鐵、碳為主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。鋼是經濟建設中極為重要的金屬材料。
按化學成分，分為碳素鋼（簡稱碳鋼）與合金鋼兩大類。碳鋼是由生鐵冶煉獲得的合金，除鐵、碳為其主要成分外，還含有少量的錳、硅、硫、磷等雜質。碳鋼具有一定的機械性能，又有良好的工藝性能，且價格低廉。因此，碳鋼獲得了廣泛的應用。但隨著現代工業與科學技術的迅速發展，碳鋼的性能已不能完全滿足需要，于是人們研制了各種合金鋼。合金鋼是在碳鋼基礎上，有目的地加入某些元素（稱為合金元素）而得到的多元合金。與碳鋼比，合金鋼的性能有顯著的提高，故應用日益廣泛。
7 T1 C9 P+ q7 H; @; ?由于鋼材品種繁多，為了便于生產、保管、選用與研究，必須對鋼材加以分類。按鋼材的用途、化學成分、質量的不同，可將鋼分為許多類：
4.1按用途分類
按鋼材的用途可分為結構鋼、工具鋼、特殊性能鋼三大類。
4.1.1結構鋼
用作各種機器零件的鋼，包括滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼。
用作工程結構的鋼，包括碳素鋼中的甲、乙、特類鋼及普通低合金鋼。
4.1.2工具鋼
2 G: E8 ~+ V9 K& p用來制造各種工具的鋼。根據工具用途不同可分為刃具鋼、模具鋼與量具鋼。
4.1.3特殊性能鋼
. B6 W8 l7 v/ ?, b) r% s是具有特殊物理化學性能的鋼。可分為不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼等。
4.2按化學成分分類
8 ~" P1 n6 o3 t( G按鋼材的化學成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類。
4.2.1碳素鋼
按含碳量又可分為低碳鋼（含碳量≤0.25%）；中碳鋼（0.25%＜含碳量＜0.6%）；高碳鋼（含碳量≥0.6%）。
( m$ u' _1 d( {; S# V合金鋼
按合金元素含量又可分為低合金鋼（合金元素總含量≤5%）；中合金鋼（合金元素總含量5%--10%）；高合金鋼（合金元素總含量＞10%）。此外，根據鋼中所含主要合金元素種類不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等。
4.3按質量分類
按鋼材中有害雜質磷、硫的含量可分為普通鋼（含磷量≤0.045%、含硫量≤0.055%；或磷、硫含量均≤0.050%）；優質鋼（磷、硫含量均≤0.040%）；高級優質鋼（含磷量≤0.035%、含硫量≤0.030%）。
4.4按冶煉爐的種類
將鋼分為平爐鋼（酸性平爐、堿性平爐），空氣轉爐鋼（酸性轉爐、堿性轉爐、氧氣頂吹轉爐鋼）與電爐鋼。
$ V! z3 V9 |% i" u+ s9 q; n4.5按冶煉時脫氧程度
將鋼分為沸騰鋼（脫氧不完全），鎮靜鋼（脫氧比較完全）及半鎮靜鋼。
鋼廠在給鋼的產品命名時，往往將用途、成分、質量這三種分類方法結合起來。如將鋼稱為普通碳素結構鋼、優質碳素結構鋼、碳素工具鋼、高級優質碳素工具鋼、合金結構鋼、合金工具鋼等。
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5. 模具零件及其材料

模具由模架和模芯及相關配件組成，模架和配件由專業的廠家按常用的系列規格做好供選擇，模具工廠一般只做模芯加工和裝配。模具的各種不同主要是在模芯，針對不同形狀的產品，模具設計人員把模芯設計成各種形式，如：點進料、直進料、潛進料、滑塊、抽芯、直頂出、推板頂出、二次頂出、熱流道、氣體輔助等，其目的是為了能按產品設計要求成型和方便完整地脫出模具，同時也要考慮到模芯在加工時的易加工性及模具使用的壽命。
7 K4 Q5 m8 B, l, k1 u: u模具各部分用的鋼材各有不同，模架一般用中碳鋼45#或50#，配件用高碳鋼加熱處理，模芯的鋼材用成分較復雜的合金鋼，有預硬鋼和熱處理鋼及鏡面鋼等，其不同的國家用的牌號各不相同，如：NAK80、718、SKD61（日本）P20、H13、（美國）2344、2738（德國）S136、8407（瑞士）等。
, ^) v! m' t4 h+ ~& B* j現在通常說模具質量的好壞，主要區別在模芯的加工精密程度和模具的反復使用壽命，這又很大程度上依靠精密的加工設備和合理的模具結構設計，當然模具的制造周期也是一個很重要的考慮因素，模具制造的周期因模芯的復雜性由30天到90天不等（在中國），歐洲有的要120天到180天。
德國在模具上現有的優勢在設備精密、鋼材的優良，不足是勞動力成本高，制造周期長，中國的優勢在勞動力成本低，制造周期短，不足是設備不夠精良，加工精密度相對較低。
5.1模具標準件材料
8 E9 U5 S7 b2 K& K1 f模具標準件材料主要有SKD61、SKD61-F、CH13、SKS3、SKH51、FDAC、SUJ2（以上均為日本JIS標準）
6 i, W9 I7 l; }' W9 y" b" m5.2模具成型件材料
NAK80、718、SKD61（日本）P20、H13、（美國）2344、2738（德國）S136、8407（瑞士）等。

6．國內外模具鋼材生產情況

6.1國產模具鋼材介紹：

國產塑料模具鋼

類別\牌號	中國	美國	日本	瑞典	德國	用途
塑料模具鋼	B30				2738	用于制造生產批量小，模具載面積不大，尺寸精度及表面粗糙度要求不高的塑料成形模具或模架
	B20
	50	1050	S50C		C50
	45	1045	S48C		C45
	45	1045	S45C		C45
	B610SM1
	40Cr	G51400	SCr440
高級鏡面模具鋼	3-4Cr13	420		S-136	2083	用于制造PVC等腐蝕性較強的塑料模具，透明塑膠及拋光性要求較高的塑料膜。
	3Cr2Mo	P20			40CrMo74	鋼的純度高，具有良好的切削加工性能，制成工模具精度高，永不變形。較高的強韌性，適合做大型復雜模具。
	P4410	P20tNi	PDS5S	718	2738

國產冷作模具鋼

類別\牌號	中國	美國	日本	瑞典	德國	用途
冷作模具鋼 8 g" t% V. t- h6 m& r2 T* @3 N. J	T7A-T12A ) |: f9 f. g. B/ ^; \  J! y% D	W1-7 W1-1.2C	SK7-SK2	6 }; u4 [4 o+ j+ x' h	C70W1 C125W	形狀簡單小型工模具，可選用此材，可保證高強度，耐磨性，足夠的韌性及耐用性。
	GCr15	E52100 % M- K* J! L. `8 a- W; J	SUJ2 " W1 z* K, C$ t" r	SKF3 / W' ^8 y* T5 v7 e1 \	100cr6 1 u  U& P. |: O* b
	60si2Mn	1 E$ n. M6 U- E0 R. X. U4 }	SUP6 ; b4 ]0 d4 T: |, d$ a8 M		60si7 + e! e0 Y& D& w( ?1 P
	16Mn	! I6 r$ ^) o  |	& a1 [' h! U' i: ^0 c  I( y3 C& z, G		) @& b( X$ V: k/ k, N* W	電機軸
	CrWMn 8 }" U8 N; O) j5 l4 |1 V! e3 v% K) q. [2 K		SKS31 ' s0 X3 N5 j; }# [. F$ Q8 |# m; |1 d		105WCr6	下料模、沖頭、成形模、搓絲板頂出桿及小型塑料壓模等。 ( w, o+ k& u( `1 e+ J5 Z" X
	Cr12	D3 4 B) H' w9 U2 }0 `' J! I6 T. W  Y	SKD1	% E; n0 ]3 |. f6 S# y5 @- E6 Z	X210Cr12	應用于小動載條件下要求高耐磨形狀簡單的拉伸和沖載模。
	Cr12MoV - N+ w* E, c4 E		, ?( c) U  t9 C4 r- x		X165CrMov12 - o6 X4 f0 i8 o/ b	下料模、沖頭、滾絲輪、剪刀片、冷鐓模、陶土模及熱固塑料成形模等。
	Cr12Mo1V1 ' q# I; L* e! Z6 W# aD2 0 f5 X: ]2 N; X( _	2 @6 ~* `0 b( K% T1 n  j	SKD11	XW-42	X155CrVMo121	重型落料模、冷擠壓模、深拉伸模、滾絲模、剪刀片、冷鐓模、陶土模等。 / E2 k, U- w% `$ \. g+ X  ~

國產熱作模具鋼

類別\牌號	中國	美國	日本	瑞典	德國	用途
熱作模具鋼	5CrMnMo . l& ]9 ~' F; l9 S& e3 M# E& h6 p	8 _1 g+ M( j1 d	6 v# R" c. m6 c" m		% K/ U0 R" s% M9 ]/ Z3 q8 B	用于制造形狀簡單，厚度小于250毫米的小型錘鍛模。
	5CrNiMo	L6		" Z, Q" x: l; I' C+ i# q# Z	+ i$ B) E% U1 y& v: @. m) G) y	用于制造商形狀簡單，工作溫度一般，厚度在250～350毫米之間的中型熱錘鍛模塊。 % {- J9 r( A2 q+ J1 T$ l! y" U& p
	5CrNiMoV		SKT4 " S+ H6 f$ a7 [0 U2 o8 z		56CrNiMoV7	用于制造厚度＞350毫米，型腔復雜，受力載荷較大的大型錘鍛模或鍛造壓力機熱鍛模。 ; r4 f) t6 g+ E( p# O
	4Cr5MoSiV1	H13 # Q6 q- j1 |) }( s( `9 i	SKD61 ( g+ }  p6 h; m; w6 L4 T- N5 `' S	8407	X40CrMoV51 ; ?9 \0 y8 u  q" j& g	用于制造沖擊載荷較大，型腔復雜的長壽命錘鍛模或鍛造壓力機用模具或鑲塊；以及鋁合金擠壓模，鋁鎂鋅等金屬長壽命壓鑄模具，部分高壽命高耐磨塑料模具。 7 A( a* P* t+ W7 {
	5Cr2NiMovSi " k1 y) @  i3 g# _6 S	3 @4 f' o" W/ o0 o2 p& N	, w1 n7 V% s4 `4 G	* U  C& q" ?" G6 E9 R		用于鍛錘模具鋼具有良好的韌性，強度和耐磨性，淬透性，適用于制作工作。大面積復雜形狀，承受沖擊負荷重的大、中型，錘鍛模用材，5CrNiMo。5CrMnMo、H13等熱模鋼1.5倍～2.5倍。 " ?! [# b- t( i; m( K) _  p1 E/ ~3 f
	55NiCrMoV6				2713鋼 - D5 T# j* D7 i+ L
	45Cr2NiMoVSi - a. j( _7 K( Z) G3 z1 f8 P	( Q( i' |6 R- P# p0 ?2 Z1 d/ p		. L! e( j+ K/ P5 Z, F	$ Z: e5 Z! d* V$ r& n5 A! M

6.2部分進口鋼材介紹：
0 R% ?  ]8 p6 ^HITACHI  鋼材
[YSS]
日立金屬所出產之安來鋼YSS，是同精選之高純度的“真砂鐵礦砂”通過自創的“低溫還原法”精練，成功創出YSS海棉鐵作為原鐵，令鋼中雜質含量減到極少。并使用高質電熔爐及精密儀器提練，所有練制步驟（如熱作、冷作、熱處理）均經嚴格控制。高質量之水平可在鋼材身上反映出來。
# Q& v% s3 O# r4 W; S9 W我們并能為顧客生產特別要求之鋼材，我們之品質保證系統及技術支援服務使YSS鋼材在世界不同市場上贏取到極高之信譽。
[各項同性]
: V: c1 G; N/ }我們稱這新技術研究成果為“各向同性”鋼材。“各向同性”工具鋼和可塑性鋼之名稱是因其能減少縱向鍛煉間之機械性能差異，使其質量更普通鋼材。其所制造之產品，均能達到更穩定之機械特性及更長之使用壽命。故此，這種新鋼材已得到曾經使用過之客戶極高評價。
) O6 M( t- V4 S- r( Y/ x1 U: I

HPM7新型預硬P20塑料模鋼

出廠硬度	特 征	用 途
預硬處理HB300-330	切削性、焊接性優越鋼材；潔凈度高，具有良好的鏡面精加工性能；嚴格挑選化學成分，經新技術特別提煉后，能提高鋼材本質延伸性、韌性、及溶接性、不易爆裂；大尺寸模具中心部位也同樣有相對硬度。	因設計變硬，而需要焊接頻繁模具；汽車部件如尾燈、表盤；家電如電視機體、空調機殼和電話等；其它：大型日用品、膠卷、容器、導管等。

HPM50卓越表面質量P21塑料模具鋼

出廠硬度	特 征	用 途
預硬處理HBC36-41	最適用于鏡面拋光加工的預硬化鋼；放電加工特性佳：經處理后的表面非常好，可取代蝕花加工、在進行放電（電火花）加工后，表面硬度不會增加，可簡化其后的加工工序；組織均勻，最適用于精密蝕花加工；焊接性佳，表面不會硬化；韌性優良，機械特性卓越。	鏡面拋光模具：防塵蓋、電視機濾光板、化妝品盒、家電等；精密皺紋加工模具：辦公室自動化設備、汽車零件等。

HPM38高優質鏡面塑料模具鋼(420 ESR)

出廠硬度	特 征	用 途
預硬處理HB300-330	鏡面拋光特性極佳；耐腐蝕性優良的電渣重熔13鉻鉬不銹鋼，不需鍍鉻；熱處理變形極少，是精密模具最佳選擇；防銹性高，不需擔心模具保管問題；熱處理硬度可達HRC50-56。	適用于透明、熱固和耐熱樹脂用模具：如化妝品盒、雷射碟片、卡式錄音帶盒、各種鏡片、醫療設備、家電、食品容器等。

DAC特種熱壓合金模鋼(SKD 61)

出廠硬度	特 征	用 途
處理退火至約HB185	用途廣泛的通用熱加工用工具鋼。	可抵受溶鋁、鎂、鋅之腐蝕作用及熱度之急劇變動。適宜制造鋁、鎂、鋅合金壓鑄模熱或熱沖鑄工作及熱鉸刀、軋刀、鉸刀、切槽刀、剪刀及熱鍛沖頭等。

SLD高耐磨冷作工具鉻鋼(SLD 11)

出廠硬度	特 征	用 途
軟性退火至約HB210	高耐磨性的通用冷作模具鋼；淬火性佳，熱處理變形少。	此鋼易于車削，并宜制鋒利刀口、剪刀、圓鋸、冷或熱作修整模、滾筒邊、螺絲紋、線模、銑刀、沖唧模。圓形滾筒，制電力變壓器心衡模、切割鋼皮軋刀、鋼管成型滾筒、特殊成型滾筒、精密規、形狀繁雜的冷壓工具、心軸、冶金、錫作模、塑料模、螺釘頭模等。

SGT不變形耐磨油鋼(SKS 3)

出廠硬度	特 征	用 途
軟性退火至約HB190	切削性優異的通用冷模。注意大型加工品的淬火唧鋼絲電火花加工。	此鋼熱處理后，具有不變形之特性，適宜制造精密工具、精密儀器、精密測定工具，并宜制造鉸刀、銑刀、滾筒，冷作拉線模、樣板樣模、沖孔器、冷作切器、剪刀、木用工具、螺絲模、手盤、各種沖模等。

ACD37冷加工用工具鋼

出廠硬度	特 征	用 途
軟性退火至約HB190-220	氣冷、真空淬火鋼。改善了SGT的淬火性及鋼絲電火花加工件。	此鋼熱處理后，變形度極低，適宜制造高精密工具、儀器、摩打、各種刀具、板金用模、樣板等。

CENAI抗腐蝕性及易切削性塑料模具鋼(P21)

出廠硬度	特 征	用 途
預硬處理HRC40	解決了模具腐蝕問題；預硬度高達40HRC的易切削性模具鋼；具有極優良拋光，蝕紋及放電加工特性。	重視鏡面，蝕紋加工性、放電加工性的模具鋼、辦公室自動化電器用品、通信機器用品、家庭電器用品、汽車用品、化妝品盒、重視長壽命的泛用模具鋼、食品容器、橡膠模具。

FDAC快削預硬壓鑄合金模鋼(SLD 61)

出廠硬度	特 征	用 途
預硬處理HRC38-42	出廠硬度高達HRC40，在加工模后且不用熱處理可直接生產，增加含硫量令切削性更佳。	塑料模插壓銷，特別交貨期極短的壓鑄零件模具。

0 R1 b  t4 H) Y* R一勝百鋼材
一勝百之瑞典工廠生產的鋼材以其質量享譽全球，718模具鋼幾乎成了塑料模具最常用的型腔材料，最新生產的HOTVAR熱作鋼在HRC54-56時能適合在650攝氏度工作。
8 f3 `; L" L9 k0 }$ b; w

鋼材編號	標準	出廠 硬度	鋼材特性	主要成份									一般用途
				C	Cr	Ni	W	Mo	V	Mn	Si	S
718	P20改良型	HB190-330	預加硬純潔均勻，含Ni約1.0%	0.38	2.0	1.0	-	0.2	-	1.4	0.3	-	高拋光度及高要求內模件 ，適合PA、POM、PS、PE、PP、 ABS塑料
718H
S136	420ESR	HB<215	高純度，高鏡面度，拋光性能好、抗銹防酸能力極佳，熱處理變形少	0.38	13.6	-	-	-	0.3	0.5	0.8	-	鏡面模及防酸性高，可保證冷卻管道不受銹蝕，適合PVC、PP、EP、PC、PMMA塑料，食品工業機械構件
S136H		HRC31-35
618	P20改良型	HB280-320	真空除氣制煉之合金鋼，純度高，金相結構均勻，拋光容易	0.38	1.9	-	-	0.15	-	1.5	0.3	-	有好的機械強度和可機加工性預硬鋼，用于冷作鋼支承板與支撐物，塑料模架以及要求不高的型腔和型芯。
8407	H13改良型	HB<180	性能優越的熱作鋼。優秀的韌性和抗龜裂	0.38	5.3	-	-	1.3	0.9	0.4	1.0	-	適宜作壓鑄模和其他熱作模 具。另外，是多用途的有很好的抗磨損性，可拋光性和成型性的模具鋼。
DF-2	2510	HB<190	冷作鋼	0.95	0.6	-	0.6	-	0.1	1.1	-	-	多用途冷作鋼，適宜作沖頭和凹模。

                                    

日本大同優質鋼材

	DAIDO 大同	JIS 日本	GB/YB 中國	DIN 德國	ALSL 美國	主要用途
塑 料 模 具 鋼	PXZ	——	——	——	——	通用大型蝕花模具。汽車保險杠。儀表面板。家電外殼。浴槽
	PX4	——	——	——	P20	量產用大型鏡面模具。汽車尾燈。鏡殼。前擋板。透明膠片等
	PX5	——	——	——	P20
	NAK55	——	——	——	——	高精度鏡面模具。。攝相機。音響。化妝容器。 透明罩。透明膠片等
	NAK80	——	——	——	——
	S-STAR	SUS420J2	3CR13	X40CR13	420	超鏡面抗蝕精密模具。照相機部件。激光唱片。表殼
	G-STAR	——	——	X36CRMO17	——	耐蝕模胚用
冷 作 模 具 鋼	YX30	SKS93	——	——	02	沖壓模。量規。裁紙刀。輔助工具。拉模。穿孔沖頭
	GOA	SKS3	9CRWMN	——	01
	DC11	SKD11	CR12MOV	X165CRMOV12	D2	沖壓模。冷作成型模。冷拉模。成型扎輪。沖頭
	DC53	SKDII	———	——	D2
熱 作 模 具 鋼	DHA1	SKD61	4CR5MOSIV1	X40CRMOV51	H13	壓鑄模。壓鑄模關連部件。熱擠壓模。熱剪切刀片
	DH21	——	——	——	—	長壽命壓鑄模
	DH31-S	——	——	——	—	大型壓鑄模
	DH2F	——	——	——	—	壓鑄模。塑料模
	DH42	——	——	——	—	鋼合金壓鑄模。銅熱擠壓模
	GFA	SKT4	5CRNIMO	55NICRMOV6	L6	煅造模。擠壓工具。煅錘。剪切刀片
高 速 工 具 鋼	MH51	SKH51	W6MO5CR4V2	S-6-5-2	M2	鉆頭。絞刀。絲錐。沖頭
	MH55	SKH55	W6MO5CR4V2CO5	S-6-5-2-5	M36	滾刀。拉刀。端銑刀
	MH8	SKH57	——	——	——	難切削用車刀。端銑刀
	DEX20	——		——	——	沖壓模。模具部件。刀具。鉆頭。絲錐。切齒工具
	DEX40	——	——	——	——	拉刀。端銑刀。切齒工具。各種刀具。模具部件。冷扎輪

0 [6 O; Q" A) o1 r) q2 T

7．模具選材原則

7.1滿足工作條件要求
7.1.1耐磨性
坯料在模具型腔中塑性變形時，沿型腔表面既流動又滑動，使型腔表面與坯料間產生劇烈的摩擦，從而導致模具因磨損而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。
硬度是影響耐磨性的主要因素。一般情況下，模具零件的硬度越高，磨損量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性還與材料有關。
7.1.2強韌性
3 _5 J, {, A0 `5 x模具的工作條件大多十分惡劣，有些常承受較大的沖擊負荷，從而導致脆性斷裂。為防止模具零件在工作時突然脆斷，模具要具有較高的強度和韌性。
/ [7 H# _, f; q  v( B( _: A2 v模具的韌性主要取決于材料的含碳量、晶粒度及組織狀態。
1 w, j5 `# [; t6 _" P/ q6 V7.1.3疲勞斷裂性能
; k: F' Q6 T$ g: {1 t: K$ h模具工作過程中，在循環應力的長期作用下，往往導致疲勞斷裂。其形式有小能量多次沖擊疲勞斷裂、拉伸疲勞斷裂接觸疲勞斷裂及彎曲疲勞斷裂。
8 u3 y' i/ ^9 H  @模具的疲勞斷裂性能主要取決于其強度、韌性、硬度、以及材料中夾雜物的含量。
! g9 V2 J; G1 ~2 @/ a$ p2 Z7.1.4高溫性能
( K" [( m) B+ x/ [* t' {當模具的工作溫度較高進，會使硬度和強度下降，導致模具早期磨損或產生塑性變形而失效。因此，模具材料應具有較高的抗回火穩定性，以保證模具在工作溫度下，具有較高的硬度和強度
3 z2 B; D* l0 p- _& C0 h* U6 g7.1.5耐冷熱疲勞性能
: ?/ O3 Q& i# X' S/ ^8 K有些模具在工作過程中處于反復加熱和冷卻的狀態，使型腔表面受拉、壓力變應力的作用，引起表面龜裂和剝落，增大摩擦力，阻礙塑性變形，降低了尺寸精度，從而導致模具失效。冷熱疲勞是熱作模具失效的主要形式之一，幫這類模具應具有較高的耐冷熱疲勞性能。
7.1.6耐蝕性
. Q) f, Z# {/ h; f6 ?有些模具如塑料模在工作時，由于塑料中存在氯、氟等元素，受熱后分解析出HCI、HF等強侵蝕性氣體，侵蝕模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加劇磨損失效。
滿足工藝性能要求
模具的制造一般都要經過鍛造、切削加工、熱處理等幾道工序。為保證模具的制造質量，降低生產成本，其材料應具有良好的可鍛性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；還應具有小的氧化、脫碳敏感性和淬火變形開裂傾向。
; z; q: E. Z3 ^. Q7.1.7可鍛性
具有較低的熱鍛變形抗力，塑性好，鍛造溫度范圍寬，鍛裂冷裂及析出網狀碳化物傾向低。
: R: U; ^& u" G. x/ P7.1.8退火工藝性
2 l) C/ U) p$ f/ [5 D5 ~球化退火溫度范圍寬，退火硬度低且波動范圍小，球化率高。
7.1.9切削加工性
切削用量大，刀具損耗低，加工表面粗糙度低。
) J4 x6 {: k$ C, h6 `: q7.1.10氧化、脫碳敏感性
高溫加熱時抗氧化性能好，脫碳速度慢，對加熱介質不敏感，產生麻點傾向小。
7.1.11淬硬性
淬火后具有均勻而高的表面硬度。
0 w7 ~+ y! x7 E" P* m' N$ o0 M7.1.12淬透性
淬火后能獲得較深的淬硬層，采用緩和的淬火介質就能淬硬。
  `; W5 p) I  [# G) s5 @7.1.13淬火變形開裂傾向
常規淬火體積變化小，形狀翹曲、畸變輕微，異常變形傾向低。常規淬火開裂敏感性低，對淬火溫度及工件形狀不敏感。
7.1.14可磨削性
砂輪相對損耗小，無燒傷極限磨削用量大，對砂輪質量及冷卻條件不敏感，不易發生磨傷及磨削裂紋。
7.2滿足經濟性要求
  I" g: w; y1 ~0 t在模具選材時，必須考慮經濟性這一原則，盡可能地降低制造成本。因此，在滿足使用性能的前提下，首先選用價格較低的，能用碳鋼就不用合金鋼，能用國產材料就不用進口材料。
另外，在選材時還應考慮市場的生產和供應情況，所選鋼種應盡量少而集中，易購買。
( Y' j3 a+ z3 L6 k% `+ O

8．常用熱處理方法

8.1退火
, A! L  s! r4 w將鋼材加熱到一定溫度，保溫一段時間后，隨爐緩慢冷卻（或埋在砂中或石灰中冷卻）至500度以下在空氣中冷卻的熱處理工藝。
8.1.1完全退火和等溫退火
完全退火又稱重結晶退火，一般簡稱為退火，這種退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，有時也用于焊接結構。一般常作為一些不重工件的最終熱處理，或作為某些工件的預先熱處理。
8.1.2球化退火
8 }: ?, T- b: V# B* @3 g球化退火主要用于過共析的碳鋼及合金工具鋼（如制造刃具，量具，模具所用的鋼種）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并為以后淬火作好準備。
1 X3 F' E* Z2 v. @8.1.3去應力退火
% k. f- w. v1 R1 f去應力退火又稱低溫退火（或高溫回火），這種退火主要用來消除鑄件，鍛件，焊接件，熱軋件，冷拉件等的殘余應力。如果這些應力不予消除，將會引起鋼件在一定時間以后，或在隨后的切削加工過程中產生變形或裂紋。
8.2淬火
. h' K- J" L6 d1 V1 x/ i將鋼材加熱到一定溫度，保溫一段時間后，在一定介質（水、油等）中冷卻的熱處理工藝。
淬火時，最常用的冷卻介質是鹽水，水和油。鹽水淬火的工件，容易得到高的硬度和光潔的表面，不容易產生淬不硬的軟點，但卻易使工件變形嚴重，甚至發生開裂。而用油作淬火介質只適用于過冷奧氏體的穩定性比較大的一些合金鋼或小尺寸的碳鋼工件的淬火。
# }4 ^; s+ B( ]. ]- v. X( Z8.3正火
. J2 W( ^8 e6 n* l5 k, H- C8 J將鋼材或鋼件加熱到一定溫度以上，保持一定時間后在空氣中冷卻的熱處理工藝。
8.4回火
1 A1 Q) p) V0 L將經過淬火的工件加熱到臨界點AC1以下的適當溫度保持一定時間，隨后用符合要求的方法冷卻，以獲得所需要的組織和性能的熱處理工藝。
2 E* c2 t" R% `4 p# n* b8.4.1低溫回火（150－250度）
; k1 G/ M; L" I  Y低溫回火其目的是在保持淬火鋼的高硬度和高耐磨性的前提下，降低其淬火內應力和脆性，以免使用時崩裂或過早損壞。它主要用于各種高碳的切削刃具，量具，冷沖模具，滾動軸承以及滲碳件等，回火后硬度一般為HRC58－64。
, s! z5 g) I' _% |5 f0 W' F8.4.2中溫回火（350－500度）
中溫回火其目的是獲得高的屈服強度，彈性極限和較高的韌性。因此，它主要用于各種彈簧和熱作模具的處理，回火后硬度一般為HRC35－50。
8.4.3高溫回火（500－650度）
高溫回火習慣上將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調質處理，其目的是獲得強度，硬度和塑性，韌性都較好的綜合機械性能。因此，廣泛用于汽車，拖拉機，機床等的重要結構零件，如連桿，螺栓，齒輪及軸類。回火后硬度一般為HB200－330。
鋼回火的目的：1． 降低脆性，消除或減少內應力，鋼件淬火后存在很大內應力和脆性，如不及時回火往往會使鋼件發生變形甚至開裂。2． 獲得工件所要求的機械性能，工件經淬火后硬度高而脆性大，為了滿足各種工件的不同性能的要求，可以通過適當回火的配合來調整硬度，減小脆性，得到所需要的韌性，塑性。3． 穩定工件尺寸 4． 對于退火難以軟化的某些合金鋼，在淬火（或正火）后常采用高溫回火，使鋼中碳化物適當聚集，將硬度降低，以利切削加工。
8.5時效
) j$ v* j+ e' ]; X6 {合金經熱處理后，在室溫放置或稍高于室溫保持時，其性能隨時間而變化的現象。
9 g7 [0 q; [4 \- J6 b8.6鋼的碳氮共滲
碳氮共滲是向鋼的表層同時滲入碳和氮的過程。習慣上碳氮共滲又稱為氰化，目前以中溫氣體碳氮共滲和低溫氣體碳氮共滲（即氣體軟氮化）應用較為廣泛。中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度，耐磨性和疲勞強度。低溫氣體碳氮共滲以滲氮為主，其主要目的是提高鋼的耐磨性和抗咬合性。
8.7氮化（氣體氮化）
/ L7 o/ i& s( }0 a" f& n/ F: O: j氮化是向鋼的表面層滲入氮原子的過程，其目的是提高表面硬度和耐磨性，以及提高疲勞強度和抗腐蝕性。
1 \  k4 e5 V& L- L( d0 C! o它是利用氨氣在加熱時分解出活性氮原子，被鋼吸收后在其表面形成氮化層，同時向心部擴散。
氮化通常利用專門設備或井式滲碳爐來進行。適用于各種高速傳動精密齒輪、機床主軸（如鏜桿、磨床主軸），高速柴油機曲軸、閥門等。
氮化工件工藝路線：鍛造－退火－粗加工－調質－精加工－除應力－粗磨－氮化－精磨或研磨。
8 M# k; A7 }, o: v0 D# o由于氮化層薄，并且較脆，因此要求有較高強度的心部組織，所以要先進行調質熱處理，獲得回火索氏體，提高心部機械性能和氮化層質量。
- R: i2 i1 c7 I" D) o鋼在氮化后，不再需要進行淬火便具有很高的表面硬度大于HV850,耐磨性好。氮化處理溫度低，變形很小，它與滲碳、感應表面淬火相比，變形小得多。
8.9調質處理
& V1 J/ A+ Y" N; Z- w一般習慣將淬火加高溫回火相結合的熱處理稱為調質處理。調質處理廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。調質處理后得到回火索氏體組織，它的機械性能均比相同硬度的正火索氏體組織為優。它的硬度取決于高溫回火溫度并與鋼的回火穩定性和工件截面尺寸有關，一般在HB200—350之間。

8．模具熱處理發展趨勢

模具熱處理是保證模具性能的重要工藝過程。它對模具的如下性能有著直接的影響。
模具的制造精度：組織轉變不均勻、不徹底及熱處理形成的殘余應力過大造成模具在熱處理后的加工、裝配和模具使用過程中的變形，從而降低模具的精度，甚至報廢。
模具的強度：熱處理工藝制定不當、熱處理操作不規范或熱處理設備狀態不完好，造成被處理模具強度（硬度）達不到設計要求。
4 ?. X  g/ X# J0 g" J模具的工作壽命：熱處理造成的組織結構不合理、晶粒度超標等，導致主要性能如模具的韌性、冷熱疲勞性能、抗磨損性能等下降，影響模具的工作壽命。
模具的制造成本：作為模具制造過程的中間環節或最終工序，熱處理造成的開裂、變形超差及性能超差，大多數情況下會使模具報廢，即使通過修補仍可繼續使用，也會增加工時，延長交貨期，提高模具的制造成本。
# C- W  Z# \2 T& M# n- A5 @* I2 V正是熱處理技術與模具質量有十分密切的關聯性，使得這二種技術在現代化的進程中，相互促進，共同提高。20世紀80年代以來，國際模具熱處理技術發展較快的領域是真空熱處理技術、模具的表面強化技術和模具材料的預硬化技術。
: ]  D( Z* ]0 e8.1模具的真空熱處理技術
& u* B; K) C" ?. q' {# H. h" e真空熱處理技術是近些年發展起來的一種新型的熱處理技術，它所具備的特點，正是模具制造中所迫切需要的，比如防止加熱氧化和不脫碳、真空脫氣或除氣，消除氫脆，從而提高材料（零件）的塑性、韌性和疲勞強度。真空加熱緩慢、零件內外溫差較小等因素，決定了真空熱處理工藝造成的零件變形小等。
) O. j$ i2 t( l' f) j; X按采用的冷卻介質不同，真空淬火可分為真空油冷淬火、真空氣冷淬火、真空水冷淬火和真空硝鹽等溫淬火。模具真空熱處理中主要應用的是真空油冷淬火、真空氣冷淬火和真空回火。為保持工件（如模具）真空加熱的優良特性，冷卻劑和冷卻工藝的選擇及制定非常重要，模具淬火過程主要采用油冷和氣冷。
' w2 N' I7 a/ @8 x對于熱處理后不再進行機械加工的模具工作面，淬火后盡可能采用真空回火，特別是真空淬火的工件（模具），它可以提高與表面質量相關的機械性能，如疲勞性能、表面光亮度、耐腐蝕性等。
熱處理過程的計算機模擬技術（包括組織模擬和性能預測技術）的成功開發和應用，使得模具的智能化熱處理成為可能。由于模具生產的小批量（甚至是單件）、多品種的特性，以及對熱處理性能要求高和不允許出現廢品的特點，又使得模具的智能化熱處理成為必須。模具的智能化熱處理包括：明確模具的結構、用材、熱處理性能要求；模具加熱過程溫度場、應力場分布的計算機模擬；模具冷卻過程溫度場、相變過程和應力場分布的計算機模擬；加熱和冷卻工藝過程的仿真；淬火工藝的制定；熱處理設備的自動化控制技術。國外工業發達國家，如美國、日本等，在真空高壓氣淬方面，已經開展了這方面的技術研發，主要針對目標也是模具。
, a  J( Y8 E5 M7 \8.2模具的表面處理技術
模具在工作中除了要求基體具有足夠高的強度和韌性的合理配合外，其表面性能對模具的工作性能和使用壽命至關重要。這些表面性能指：耐磨損性能、耐腐蝕性能、摩擦系數、疲勞性能等。這些性能的改善，單純依賴基體材料的改進和提高是非常有限的，也是不經濟的，而通過表面處理技術，往往可以收到事半功倍的效果，這也正是表面處理技術得到迅速發展的原因。
. n3 n6 I* W* b  B7 O( q/ B  |/ P模具的表面處理技術，是通過表面涂覆、表面改性或復合處理技術，改變模具表面的形態、化學成分、組織結構和應力狀態，以獲得所需表面性能的系統工程。從表面處理的方式上，又可分為：化學方法、物理方法、物理化學方法和機械方法。雖然旨在提高模具表面性能新的處理技術不斷涌現，但在模具制造中應用較多的主要是滲氮、滲碳和硬化膜沉積。
+ S! p5 M  W  Q5 B滲氮工藝有氣體滲氮、離子滲氮、液體滲氮等方式，每一種滲氮方式中，都有若干種滲氮技術，可以適應不同鋼種不同工件的要求。由于滲氮技術可形成優良性能的表面，并且滲氮工藝與模具鋼的淬火工藝有良好的協調性，同時滲氮溫度低，滲氮后不需激烈冷卻，模具的變形極小，因此模具的表面強化是采用滲氮技術較早，也是應用最廣泛的。
模具滲碳的目的，主要是為了提高模具的整體強韌性，即模具的工作表面具有高的強度和耐磨性，由此引入的技術思路是，用較低級的材料，即通過滲碳淬火來代替較高級別的材料，從而降低制造成本。
! @6 J: x" f5 G5 |$ {硬化膜沉積技術目前較成熟的是CVD、PVD。為了增加膜層工件表面的結合強度，現在發展了多種增強型CVD、PVD技術。硬化膜沉積技術最早在工具（刀具、刃具、量具等）上應用，效果極佳，多種刀具已將涂覆硬化膜作為標準工藝。模具自上個世紀80年代開始采用涂覆硬化膜技術。目前的技術條件下，硬化膜沉積技術（主要是設備）的成本較高，仍然只在一些精密、長壽命模具上應用，如果采用建立熱處理中心的方式，則涂覆硬化膜的成本會大大降低，更多的模具如果采用這一技術，可以整體提高我國的模具制造水平。
8.3模具材料的預硬化技術
' z) ~' u* d( ]9 s9 `模具在制造過程中進行熱處理是絕大多數模具長時間沿用的一種工藝，自上個世紀70年代開始，國際上就提出預硬化的想法，但由于加工機床剛度和切削刀具的制約，預硬化的硬度無法達到模具的使用硬度，所以預硬化技術的研發投入不大。隨著加工機床和切削刀具性能的提高，模具材料的預硬化技術開發速度加快，到上個世紀80年代，國際上工業發達國家在塑料模用材上使用預硬化模塊的比例已達到30％（目前在60％以上）。我國在上世紀90年代中后期開始采用預硬化模塊（主要用國外進口產品）。
6 u% H1 m# U9 P3 ^6 a模具材料的預硬化技術主要在模具材料生產廠家開發和實施。通過調整鋼的化學成分和配備相應的熱處理設備，可以大批量生產質量穩定的預硬化模塊。我國在模具材料的預硬化技術方面，起步晚，規模小，目前還不能滿足國內模具制造的要求。
采用預硬化模具材料，可以簡化模具制造工藝，縮短模具的制造周期，提高模具的制造精度。可以預見，隨著加工技術的進步，預硬化模具材料會用于更多的模具類型。
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