当美国模具钢材情况介绍

美国模具钢材情况介绍

美国模具钢系列和选用方案在40年代就初步形成。

美国模具工业用材分析

美国按模具服役条件将模具钢分为三大类，美国金属学会工具钢委员会列出了：冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类。其中，冷作模具钢又分出12小类，热作模具钢9小类，塑料模具钢2小类。每个小类的选材又取决于三个主要因素：(1)尺寸大小和形状的复杂性；(2)被加工的材料；(3)耐久性要求或设计寿命。

1. 冷作模具钢的分类

冷作模具钢分为五组：W组、O组、A组、D组、S组。

W组即水淬工具钢，有11个钢种，7个碳素工具钢，含碳量从0.7%-1.3%。

O组即油淬冷作模具钢（俗称油钢），有4个钢种，含碳量在0..55%。

A组即空淬中合金冷作模具钢，有9个钢种，含碳量从0..25%。

D组即高碳高铬冷作模具钢，有7个钢种，含碳量0.9%-2.5%。

S组即耐冲击工具钢，有7个钢种，含碳量0..6%。

用于冷作模具还有高速钢（HSS组）和超高速钢（SHSS组），钴基硬质合金和钢结硬质合金（HA组），粉末钢和工程陶瓷（PIM组），碳钨工具钢（F组），特殊用途工具钢（L组）。

2. 冷作模具钢的选用

冷作模具钢的主系列是高硬冷作类，主要用于要求高抗压和耐磨为主的模具，硬度高于HRC。对于要求耐冲击、韧性高的模具，硬度低于HRC，主要用S类和部分A类和最普通的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模，如汽车外型冲压件，主要用铸铁类。简易或寿命数量少的用锌基合金或高分子复合材料。

高速钢和超高速钢在冷作模具中的应用迅速增长。主要是有高的“抗压强度／硬度”比值。且硬度可在HRC之间选择。

粉末模具钢有优良的耐磨寿命，硬度不大于HRC，应用相当多。

碳素工具钢在寿命10万件的冲头或软材料冲压模仍加强高层之间的交换与探讨有一定的应用范围。

3. 热作模具钢的分类

美国热作模具钢分二大类：热作模具钢和超级热强合金。

热作模具钢的选用

热作模具由于在有温度的条件下工作，要求材料具有热强性和热耐磨性，为了保证模具的使用寿命模具要冷却，热冷交替模具会出现龟裂，即热疲劳裂纹，所以材料又要求有抗裂纹能力和抗热疲劳性能。

按热强性排列的主系列进行选材：

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)。

非标准的热作模具钢：例如热镦锻模具用时效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时，可以选择6H1、6H2。

当要求模具以热作耐磨性为主时，可以选择D2、D4——M2、M4——粉末钢。钢结硬质合金、钴基硬质合金的高温耐磨性是很高的，但其热疲劳性（即冷热抗疲劳裂纹）很差，不能在急冷急热状态下使用。

4. 塑料模具钢的分类

美国是最早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家，以P来表示为主，共分为五类。

渗碳型塑料模具钢：P1，P2，P3，P4，P5，P6。这类钢含碳量很低，主要是美国早期及用挤压成型制模法，要求冷塑性好，有高的挤压性能，成型后表面渗碳淬火提高表面硬度，使用寿命长。芯部超低碳可使淬火时变形量最小。

调质型塑料模具：P20，P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成为主体，大多数在预硬状态时使用。

中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13，而L12和S7，O1和A2也有应用。这一类的特点是：

1、基本属二次硬化金钢，℃时的热强性好。

2、含铬较高，大气腐蚀性好。

3、淬透性极好，适用于大模块。

探索塑料造粒机技术的新型发展道路势在必行不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模，主要钢号有420，414L，440，416。

时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。有两种，一种是P21低碳Ni-有车、磨、刨、洗工艺；有数控工艺；有线切割工艺；选择何种加工工艺？将直接影响性能、关系价格A1时效钢；另一类是18Ni马氏体时效钢。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。

5. 塑料模具钢的选用

薄壁的塑料箱体，生产批量在小于10使得机体更大的情况下万件时，用P20、P21预硬态（HB)，腐蚀性较强时用414L。

高寿命的普通塑料模，用P6或P20，经渗碳—淬火后硬度在HRC；塑料件不太大时，可用O1、S7。腐蚀性较强时用420。

非高温的热固性模用P6、P20经渗碳淬火后使用。腐蚀性强用420。

高温热固性塑料模用H13和S7或渗碳钢P4。这些含铬较高有好的抗回火性和抗高温氧化性。(end)