模具鋼

  模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。模具是機(jī)械制造、無線電儀表、電機(jī)、電器等工業(yè)部門中制造零件的主要加工工具。模具的質(zhì)量直接影響著壓力加工工藝的質(zhì)量、產(chǎn)品的精度產(chǎn)量和生產(chǎn)成本、而模具的質(zhì)量與使用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。

  1簡介

  模具鋼http://www.blmjg.com/大致可分為：冷軋模具鋼、熱軋模具鋼和塑料模具鋼三類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對模具用鋼的性能要求也不同。

  冷軋模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具用鋼，按其所制造具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。但對于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，最高可達(dá)2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。

  熱軋模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截面具有一致的力學(xué)性能。對于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及經(jīng)受液態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30%~0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。

  塑料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補(bǔ)焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強(qiáng)度的模具可選用冷作模具鋼。

  2分類

  美國按模具服役條件將模具鋼分為四大類，美國金屬學(xué)會工具鋼委員會列出了：冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼、塑膠模具鋼等四大類。其中，冷作模具鋼又分出12小類，熱作模具鋼9小類，塑料模具鋼2小類，塑膠模具鋼5小類。每個(gè)小類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，

  ◆ 被加工的材料，

  ◆ 耐久性要求或設(shè)計(jì)壽命。

  冷作模具鋼

  （1）分為五組：W組、O組、A組、D組、S組。

  ◆ W組即水淬模具鋼，有11個(gè)鋼種，7個(gè)碳素模具鋼，含碳量從0.7%-1.3%。

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

  ◆ 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%。

  ◆ 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%。

  ◆ 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）。

  （2）冷軋模具鋼的選用

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

  高速鋼和超高速鋼在冷作模具中的應(yīng)用迅速增長。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，硬度不大高HRC60-62，應(yīng)用相當(dāng)多。

  碳素工具鋼在壽命10萬件的沖頭或軟材料沖壓模仍有一定的應(yīng)用范圍。

  熱軋模具鋼

  美國熱軋模具鋼分二大類：熱軋模具鋼，和超級熱強(qiáng)合金。

  熱軋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）。

  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

  模具鋼

  模具鋼

  冷急熱狀態(tài)下使用。

  塑料模具鋼

  美國是最早在工具鋼中列出塑料模具專用鋼的國家，以P來表示為主，共分為五類。

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

  ◆調(diào)質(zhì)型塑料模具：P20，P21。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。鋼號有H13，而L2和S7，O1和A2也有應(yīng)用。這一類的特點(diǎn)是：

  （1）基本屬二次硬化金鋼，500-600oC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，主要鋼號有420，414L，440，416。

  ◆時(shí)效鋼是經(jīng)過時(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；另一類是18Ni馬氏體時(shí)效鋼。后者是用于宇航工業(yè)的無碳高純度、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10萬件時(shí)，用P20，P21預(yù)硬態(tài)（HB250～300），腐蝕性較強(qiáng)時(shí)用414L。

  高壽命的普通塑料模，用P6或P20，經(jīng)滲碳一淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大時(shí)，可用O1，S7。腐蝕性較強(qiáng)時(shí)用420。

  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肏13和S7或滲碳鋼P(yáng)4。這些含鉻較高有好的抗回火性和抗高溫氧化性。

  塑膠模具鋼

  塑膠模具鋼分預(yù)硬普通塑膠模具鋼,預(yù)硬優(yōu)質(zhì)塑膠模具鋼,預(yù)硬高硬度塑膠模具鋼,預(yù)硬抗腐鏡面塑膠模具鋼,抗腐鏡面塑膠模具鋼5小類

  塑膠模具鋼

  塑膠模具鋼

  塑膠模具鋼質(zhì)量等級分配

  模具類別以美國SPI-SPE 為標(biāo)準(zhǔn)分下列各類.

  一. 101 類模(SPI-SPE 標(biāo)準(zhǔn)1,000,000 啤或以上,長期精密生產(chǎn)模)

  1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.

  2. 模胚材料硬度最低為 280BN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)

  3. 有膠位的內(nèi)模件鋼材一定要見硬至 48~50HRC.其余零件如行位,壓鎖,壓條等亦應(yīng)為硬件.

  4. 頂針板要有導(dǎo)柱.

  5. 行位要有硬片.

  6. 如有需求的話,上模,下模及行位要有溫度控制.

  7. 所有運(yùn)水道,建議采用無電浸鎳或用420 不銹鋼做模板.這樣可防止生銹及清理垃圾.

  8. 需要直身鎖或斜鎖.

  二. 102 類模. (不超過1,000,000 啤,大量生產(chǎn)模具.)

  1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.

  2. 模胚材料硬度最低為 280BHN.(DME #2 鋼 / 4140 鋼)

  3. 有膠位的內(nèi)模件鋼材要見硬至最低 48~52HRC,其余有用的零件亦應(yīng)同一處理.

  4. 建議采用直身鎖或斜鎖.

  5. 下列項(xiàng)目可能或不需要.視乎最終生產(chǎn)數(shù)量而定.建議報(bào)價(jià)時(shí)如采用下列項(xiàng)目要檢查清楚是否需要:

  A. 頂針板導(dǎo)柱.

  B. 行位硬片.

  C. 電鍍運(yùn)水孔.

  D. 電鍍模腔.

  三. 103 類模(少于500,000 啤,中量生產(chǎn)模.)

  1. 需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖.

  2. 模胚材料硬度最小為 165BHN. (DME #1 鋼 / 1040 鋼)

  3. 內(nèi)模鋼材為 P20(28~32HRC)或高硬度(36~38HRC).

  4. 其余要求視乎需要而定.

  四. 104 類模(少于100,000 啤,少量生產(chǎn)模)

  1. 需要模具結(jié)構(gòu)圖.

  2. 模胚材料 P20(28~32HRC)可用軟鋼或鋁.(1040 鋼)

  3. 內(nèi)模件可用鋁,軟鋼或其它認(rèn)可金屬.

  4. 其余要求視乎需要而定.

  五. 105 類模. (少于500 啤,首辦?；蛟囼?yàn)?zāi)?

  1. 可用鋁鑄鐵或環(huán)氧樹脂或任何材料只要有足夠強(qiáng)度可生產(chǎn)最少測試數(shù)量便可

  3工藝性能

  在模具生產(chǎn)成本中，材料費(fèi)用一般占10%~20%，而機(jī)械加工、熱處理、裝配和管理費(fèi)用占80%以上，所以模具材料的工藝性能是影響模具的生產(chǎn)成本和制造難易的主要因素之一。

  可加工性

  ——熱加工性能，指熱塑性、加工溫度范圍等；

  熱作模具用鋼

  熱作模具用鋼

  ——冷加工性能，指切削、磨削、拋光、冷拔等加工性能。

  冷作模具鋼大多屬于過共析鋼和萊氏體鋼，熱加工和冷加工性能都不太好，因此必須嚴(yán)格控制熱加工和冷加工的工藝參數(shù)，以避免產(chǎn)生缺陷和廢品。另一方面，通過提高鋼的純凈度，減少有害雜質(zhì)的含量，改善鋼的組織狀態(tài)，以改善鋼的熱加工和冷加工性能，從而降低模具的生產(chǎn)成本。

  為改善模具鋼的冷加工性能，自20世紀(jì)30年代開始，研究向模具鋼中加入S、Pb、Ca、Te等易切削加工元素或?qū)е履＞咪撝刑嫉氖脑?，發(fā)展了各種易切削模具鋼，以進(jìn)一步改善其切削性能和磨削性能，減少刀具磨料消耗、降低成本。

  淬透性和淬硬性

  淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分和淬火前的原始組織狀態(tài)；淬硬性則主要取決于鋼中的含碳量。對于大部分的冷作模具鋼，淬硬性往往是主要的考慮因素之一。對于熱作模具鋼和塑料模具鋼，一般模具尺寸較大，尤其是制造大型模具，其淬透性更為重要。另外，對于形狀復(fù)雜容易產(chǎn)生熱處理變形的各種模具，為了減少淬火變形，往往盡可能采用冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)，如空冷、油冷或鹽浴冷卻，為了得到要求的硬度和淬硬層深度，就需要采用淬透性較好的模具鋼。

  淬火溫度和熱處理變形

  為了便于生產(chǎn)，要求模具鋼淬火溫度范圍盡可能放寬一些，特別是當(dāng)模具采用火焰加熱局部淬火時(shí)，由于難于準(zhǔn)確地測量和控制溫度，就要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。

  模具在熱處理時(shí)，尤其是在淬火過程中，要產(chǎn)生體積變化、形狀翹曲、畸變等，為保證模具質(zhì)量，要求模具鋼的熱處理變形小，特別是對于形狀復(fù)雜的精密模具，淬火后難以修整，對于熱處理變形程度的要求更為苛刻，應(yīng)該選用微變形模具鋼制造。

  氧化、脫碳敏感性

  模具在加熱過程中，如果發(fā)生氧化、脫碳現(xiàn)象，就會使其硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低；因此，要求模具鋼的氧化、脫碳敏感性好。對于含鉬量較高的模具鋼，由于氧化、脫碳敏感性強(qiáng)，需采用特種熱處理，如真空熱處理、可控氣氛熱處理、鹽浴熱處理等。

  其他因素

  在選擇模具鋼時(shí)，除了必須考慮使用性能和工藝性能之外，還必須考慮模具鋼的通用性和鋼材的價(jià)格。模具鋼一般用量不大，為了便于備料，應(yīng)盡可能地考慮鋼的通用性，盡量利用大量生產(chǎn)的通用型模具鋼，以便于采購、備料和材料管理。另外還必須從經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行綜合分析，考慮模具的制造費(fèi)用、工件的生產(chǎn)批量和分?jǐn)偟矫恳粋€(gè)工件上的模具費(fèi)用。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面全面分析，以最終選定合理的模具材料。

  4性能要求

  1. 強(qiáng)度性能

  （1）硬度硬度是模具鋼的主要技術(shù)指標(biāo)，模具在高應(yīng)力的作用下欲保持其形狀尺寸不變，必須具有足夠高的硬度。冷作模具鋼在室溫條件下一般硬度保持在HRC60左右，熱作模具鋼根據(jù)其工作條件，一般要求保持在HRC40~55范圍。對于同一鋼種而言，在一定的硬度值范圍內(nèi)，硬度與變形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及組織不同的鋼種之間，其塑性變形抗力可能有明顯的差別。

  （2）紅硬性 在高溫狀態(tài)下工作的熱作模具，要求保持其組織和性能的穩(wěn)定，從而保持足夠高的硬度，這種性能稱為紅硬性。碳素工具鋼、低合金工具鋼通常能在180~250℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能，鉻鉬熱作模具鋼一般在550~600℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能。鋼的紅硬性主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理工藝。

  （3）抗壓屈服強(qiáng)度和抗壓彎曲強(qiáng)度 模具在使用過程中經(jīng)常受到強(qiáng)度較高的壓力和彎曲的作用，因此要求模具材料應(yīng)具有一定的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。在很多情況下，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)和抗彎試驗(yàn)的條件接近于模具的實(shí)際工作條件（例如，所測得的模具鋼的抗壓屈服強(qiáng)度與沖頭工作時(shí)所表現(xiàn)出來的變形抗力較為吻合）。抗彎試驗(yàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變量的絕對值大，能較靈敏地反映出不同鋼種之間以及在不同熱處理和組織狀態(tài)下變形抗力的差別。

  2. 韌性

  在工作過程中，模具承受著沖擊載荷，為了減少在使用過程中的折斷、崩刃等形式的損壞，要求模具鋼具有一定的韌性。

  模具鋼的化學(xué)成分，晶粒度，純凈度，碳化物和夾雜物等的數(shù)量、形貌、尺寸大小及分布情況，以及模具鋼的熱處理制度和熱處理后得到的金相組織等因素都對鋼的韌性帶來很大的影響。特別是鋼的純凈度和熱加工變形情況對于其橫向韌性的影響更為明顯。鋼的韌性、強(qiáng)度和耐磨性往往是相互矛盾的。因此，要合理地選擇鋼的化學(xué)成分并且采用合理的精煉、熱加工和熱處理工藝，以使模具材料的耐磨性、強(qiáng)度和韌性達(dá)到最佳的配合。

  沖擊韌性系表特征材料在一次沖擊過程中試樣在整個(gè)斷裂過程中吸收的總能量。但是很多工具是在不同工作條件下疲勞斷裂的，因此，常規(guī)的沖擊韌性不能全面地反映模具鋼的斷裂性能。小能量多次沖擊斷裂功或多次斷裂壽命和疲勞壽命等試驗(yàn)技術(shù)正在被采用。

  3. 耐磨性

  決定模具使用壽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當(dāng)大的壓應(yīng)力和摩擦力，要求模具能夠在強(qiáng)烈摩擦下仍保持其尺寸精度。模具的磨損主要是機(jī)械磨損、氧化磨損和熔融磨損三種類型。為了改善模具鋼的耐磨性，就要既保持模具鋼具有高的硬度，又要保證鋼中碳化物或其他硬化相的組成、形貌和分布比較合理。對于重載、高速磨損條件下服役的模具，要求模具鋼表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜，保持潤滑作用，減少模具和工件之間產(chǎn)生粘咬、焊合等熔融磨損，又能減少模具表面進(jìn)行氧化造成氧化磨損。所以模具的工作條件對鋼的磨損有較大的影響。

  耐磨性可用模擬的試驗(yàn)方法，測出相對的耐磨指數(shù)，作為表征不同化學(xué)成分及組織狀態(tài)下的耐磨性水平的參數(shù)。以呈現(xiàn)規(guī)定毛刺高度前的壽命，反映各種鋼種的耐磨水平；試驗(yàn)是以Cr12MoV鋼為基準(zhǔn)進(jìn)行對比。

  4. 抗熱疲勞能力

  熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外，還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用，因此，評價(jià)熱作模具鋼的斷裂抗力應(yīng)重視材料的熱機(jī)械疲勞斷裂性能。熱機(jī)械疲勞是一種綜合性能的指標(biāo)，它包括熱疲勞性能、機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性三個(gè)方面。

  熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命，抗熱疲勞性能高的材料，萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)次數(shù)較多；機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率反映材料在熱疲勞裂紋萌生之后，在鍛壓力的作用下裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展時(shí)，每一應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展量；斷裂韌性反映材料對已存在的裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力。斷裂韌性高的材料，其中的裂紋如要發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，必須在裂紋尖端具有足夠高的應(yīng)力強(qiáng)度因子，也就是必須有較大的裂紋長度。在應(yīng)力恒定的前提下，在一種模具中已經(jīng)存在一條疲勞裂紋，如果模具材料的斷裂韌性值較高，則裂紋必須擴(kuò)展得更深，才能發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。

  也就是說，抗熱疲勞性能決定了疲勞裂紋萌生前的那部分壽命；而裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性，可以決定當(dāng)裂紋萌生后發(fā)生亞臨界擴(kuò)展的那部分壽命。因此，熱作模具如要獲得高的壽命，模具材料應(yīng)具備高的抗熱疲勞性能、低的裂紋擴(kuò)展速率和高的斷裂韌性值。

  抗熱疲勞性能的指標(biāo)可以用萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)數(shù)，也可以用經(jīng)過一定的熱循環(huán)后所出現(xiàn)的疲勞裂紋的條數(shù)及平均的深度或長度來衡量。

  5. 咬合抗力

  咬合抗力實(shí)際就是發(fā)生“冷焊”時(shí)的抵抗力。該性能對于模具材料較為重要。試驗(yàn)時(shí)通常在干摩擦條件下，把被試驗(yàn)的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料（如奧氏體鋼）進(jìn)行恒速對偶摩擦運(yùn)動，以一定的速度逐漸增大載荷，此時(shí)，轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，該載荷稱為“咬合臨界載荷”，臨界載荷愈高，標(biāo)志著咬合抗力愈強(qiáng)。

  5用途

  加工模具時(shí)用的，由于模具的用途很廣，各種模具的工作條件差別很大，所以，制造模具用材料范圍很廣，在模具材料中應(yīng)用最廣的當(dāng)屬模具鋼。從—般的碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、彈簧鋼、高速工具鋼、不銹耐熱鋼直到適應(yīng)特殊模具需要的馬氏體時(shí)效鋼以及粉末高速鋼、粉末高合金模具鋼等。模具鋼按用途一般可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三大類。

  冷作模具鋼

  冷作模具鋼主要用于制造對冷狀態(tài)下的工件進(jìn)行壓制成型的模具。如：冷沖裁模具、冷沖壓模具、冷拉深模具、壓印模具、冷擠壓模具、螺紋壓制模具和粉末壓制模具等。冷作模具鋼的范圍很廣，從各種碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼到粉末高速工具鋼和粉末高合金模具鋼。

  熱作模具鋼

  熱作模具鋼主要用于制造對高溫狀態(tài)下的工件進(jìn)行壓力加工的模具。如：熱鍛模具、熱擠壓模具、壓鑄模具、熱鐓鍛模具等。常用的熱作模具鋼有：中高含碳量的添加Cr、W、Mo、V等合金元素的合金模具鋼；對特殊要求的熱作模具鋼，有時(shí)采用高合金奧氏體耐熱模具鋼制造。

  塑料模具鋼

  由于塑料的品種很多，對塑料制品的要求差別也很大，對制造塑料模具的材料也提出了各種不同的性 能要求。所以，不少工業(yè)發(fā)達(dá)的國家已經(jīng)形成了范圍很廣的塑料模具用鋼系列。包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、滲碳型 塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、耐蝕塑料模具鋼、易切塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、馬氏體時(shí)效鋼以及鏡面拋光用塑料模具鋼等。

  6高強(qiáng)度

  當(dāng)今高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼很好的實(shí)現(xiàn)了車輛的輕量化，提高了車輛的碰撞強(qiáng)度和安全性能，因此成為車用鋼材的重要發(fā)展方向。但隨著板料強(qiáng)度的提高，傳統(tǒng)的冷沖壓工藝在成型過程中容易產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，無法滿足高強(qiáng)度鋼板的加工工藝要求。在無法滿足成型條件的情況下，國際上逐漸研究超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)。該技術(shù)是綜合了成形、傳熱以及組織相變的一種新工藝，主要是利用高溫奧氏體狀態(tài)下，板料的塑性增加，屈服強(qiáng)度降低的特點(diǎn)，通過模具進(jìn)行成形的工藝。但是熱成型需要對工藝條件、金屬相變、CAE分析技術(shù)進(jìn)行深入研究，該技術(shù)被國外廠商壟斷，國內(nèi)發(fā)展緩慢。[2]

  過去在生產(chǎn)深沖或者重沖工件，大家都認(rèn)為耐壓型(EP) 潤滑油是保護(hù)模具的最好選擇。硫和氯EP添加劑被混合到純油中來提高模具壽命已經(jīng)有很長的歷史了。但是隨著新金屬--高強(qiáng)度鋼的出現(xiàn)，環(huán)保要求的嚴(yán)格，EP油基潤滑油的價(jià)值已經(jīng)減少，甚至失去市場。

  在高溫下高強(qiáng)度鋼的成型，EP油基潤滑油失去了它的性能，無法在極溫應(yīng)用中提供物理的模具保護(hù)隔膜。而極溫型的IRMCO高固體聚合物潤滑劑則可以提供必要的保護(hù)。隨著金屬在沖壓模具中變形，溫度不斷升高，EP油基潤滑油都會變薄，有些情況下會達(dá)到閃點(diǎn)或者燒著（冒煙）。IRMCO高分子聚合物潤滑劑一般開始噴上去時(shí)稠度低得多。隨著成形過程中溫度的上升，會變得更稠更堅(jiān)韌。實(shí)際上高分子聚合物極溫潤滑劑都有“熱尋性”而且會粘到金屬上，形成一個(gè)可以降低摩擦的隔膜。這個(gè)保護(hù)屏障可以允許工件延展，在最高要求的工件成型時(shí)沒有破裂和粘接，以此來控制摩擦和金屬流動。有效的保護(hù)了模具，延長了模具使用壽命，提高了沖壓的強(qiáng)度。

  7常用

  塑膠模具鋼MEK 4 高耐磨高韌性之塑膠模

  X13T6W (236) 高耐磨高耐腐蝕鏡面模具

  X13T6W(236H) 高耐磨高耐腐蝕鏡面模具

  熱作工具鋼 SMV3W 壓鑄模,擠壓模,塑料模

  ADC 3 壓鑄模,擠壓模

  塑膠模具鋼 718S 塑料模之內(nèi)模件

  718H 塑料模之內(nèi)模件

  S136 耐腐蝕鏡面模具

  S136H 耐腐蝕鏡面模具

  OPTIMAX 光學(xué)級鏡面不銹鋼模

  ELMAX 高耐磨耐腐蝕性塑料模具

  CORRAX S336 高耐腐蝕性塑料模具

  RAMAX 168 易切削耐腐蝕塑料模

  CALMAX 635 冷作及塑膠模

  熱作工具鋼 8407 金屬壓鑄,擠壓模

  冷作工具鋼 DF2 微變形耐磨油鋼,冷沖壓模

  XW42 冷擠壓成形模,精密五金模

  V10 高壽命精密沖切模

  塑膠模具鋼 P×88 通用塑膠模,良好拋光性能

  NAK55 高性能塑膠模,橡膠模

  NAK80 高拋光性鏡面塑膠模

  S-STAR高鏡面度耐腐蝕模具

  S-STAR(A) 高鏡面度耐腐蝕模具

  熱作工具鋼 DH31-SUPER 金屬壓鑄,擠壓模

  冷作工具鋼 YK30 沖裁模,彎曲模

  GOA 冷壓加工,沖裁模,成形模

  DC11 冷擠壓成形,拉伸模

  DC53 冷擠壓成形,拉伸模,沖裁模

  塑膠模具鋼 P20HH 塑膠模

  P20LQ 塑膠模

  塑膠模具鋼 LKM 638 一般塑膠模,模架,下模件

  LKM 2311 一般塑膠模,模架,下模件

  LKM 2312 一般塑膠模,模架,下模件

  LKM 738 一般塑膠模,模架,下模件

  LKM 738H 一般塑膠模,模架,下模件

  LKM 818H 高拋光度及高要求內(nèi)鑲件

  LKM 2711 高硬度高韌性大型塑膠模

  LKM 2083 防酸性良好拋光性塑膠模

  LKM 2083H 防酸性一般拋光性塑膠模

  LKM 2316A 高酸性塑膠模

  LKM 2316 高酸性塑膠模

  LKM 2316ESR 高酸性塑膠模

  熱作工具鋼 LKM 2344 金屬壓鑄,擠壓模

  LKM 2344SUPER 金屬壓鑄,擠壓模

  冷作工具鋼 LKM 2510 微變形耐磨油鋼

  LKM 2379 微變形高耐磨油鋼

  LKM 2767 微變形耐磨油鋼

  塑膠模具鋼 MUP 塑膠模

  塑膠模具鋼 PORCERAX II PM-35 塑膠及壓鑄模,透氣鋼

  合金鈹銅 MOLDMAX MM40 需快速冷卻的模芯,鑲件

  合金銅 HIT75 MOD 需快速冷卻的模芯,鑲件

  純紅銅 C1100P 銅公工件

  電蝕純紅銅 C1100P 銅公工件

  合金鋁 6061-T6/T651 吹塑模,吸塑模,鞋模,發(fā)泡模

  6061-T6511 吹塑模,吸塑模,鞋模,發(fā)泡模

  7075-T651

  合金鋼7022-T651

  黃牌中碳鋼S50C-S55C

  塑膠模具鋼舞陽718

  優(yōu)質(zhì)高速鋼 SKH-9/SKH-51

  粉末高速鋼ASP-23/ASP-60

  低碳鋼A3

  中碳鋼45#

  8質(zhì)量提高

  1、利用Ca、稀土等微量元素對夾雜物的變質(zhì)作用，改變鋼中的夾雜物的結(jié)構(gòu)形貌和物性，使鋼中夾雜物球化、細(xì)化，從而提高鋼材的力學(xué)性能。

  2、對鋼錠進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散熱處理，可以改善鋼錠的成分不均勻性，從而提高鋼材的橫向性能。

  3、在熱加工方面，對鋼錠進(jìn)行反復(fù)的鐓拔和多向軋制，增大變形量，可降低鋼中的碳化物偏析的級別，也有利于改善鋼材的各向異性。

  4、鋼的純凈度對 模具鋼材的等向性能有很大的影響，采用二次精煉技術(shù)（包括真空精煉、ESR和鋼包噴粉等），可以提高鋼材的純凈度，尤其降低鋼中的有害雜質(zhì)的含量，對提高性能十分有益。[3]

  9發(fā)展方向

  模具日趨大型化。一方面，模具成型林間日趨大型化，另一方面，為了提高生產(chǎn)效率，一模多腔，因此大型模具鋼需求量將逐年增加；模具的精度越來越高，要求鋼材的質(zhì)量好，尺寸穩(wěn)定性好；塑料模具鋼、壓鑄模具鋼的需求量不斷增加；中高檔模具鋼的需求量不斷增加，低檔次模具鋼過剩；另外，隨著模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用日益廣泛，模具標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度的提高，對于模具鋼產(chǎn)品質(zhì)量、品種規(guī)格以及交貨周期將提出更高的要求。此模具鋼類似于一個(gè)4330合金，潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)。它具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，并一直工作鋅，鋁合金壓鑄，塑料和橡膠模具的現(xiàn)場驗(yàn)證，并形成所有類型的金屬片。它將接受各種形式的表面處理，包括火焰和感應(yīng)硬化，硬質(zhì)合金涂層，PVD和氮化。所以，SKD61模具鋼不僅有模具鋼的優(yōu)點(diǎn)，更有一些合金鋼產(chǎn)品的特點(diǎn)。將會帶動國內(nèi)模具鋼產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。

  因此，鋼鐵企業(yè)要根據(jù)國內(nèi)模具制造業(yè)發(fā)展的趨勢和模具市場的需求，緊抓研制開發(fā)高精度、高韌性、耐腐蝕、高質(zhì)量的模具鋼新品種，使國產(chǎn)的熱作和冷作模具鋼達(dá)到世界先進(jìn)水平。相信在未來的日子，我們生產(chǎn)模具鋼的質(zhì)量和技術(shù)會越來越好，模具鋼的市場也會得到更快更好的發(fā)展，將會帶領(lǐng)國內(nèi)模具鋼產(chǎn)業(yè)邁上更高層次的發(fā)展。美好的未來，我們拭目以待。[3]

  10模具鋼密度

  就目前國內(nèi)外使用的模具鋼材而言，模具鋼密度一般都在7.85左右，通常模具鋼是鍛造件，密度在8000-8400千克/立方米。不同模具鋼材中加入的合金元素比例不一樣，模具鋼密度會有小范圍的差別。

  密度是物質(zhì)的特性之一，每種物質(zhì)都有一定的密度，不同物質(zhì)的密度一般是不同。因此我們可以利用密度來鑒別物質(zhì)。所以我們可以根據(jù)密度公式ρ=M/V，計(jì)算出任意一種模具鋼的密度。

  根據(jù)密度公式：ρ=m/v，也就是說決定模具鋼質(zhì)量和體積的因素決定了模具鋼密度。那么從微觀的角度來講的話，就是分子量和分子間隙共同決定物質(zhì)的密度。體積、大小、質(zhì)量、壓強(qiáng)、壓力和溫度影響物質(zhì)密度，雖然物質(zhì)密度物質(zhì)的本身屬性，它是一定的，但是物質(zhì)有各種狀態(tài)，當(dāng)物質(zhì)形成態(tài)的轉(zhuǎn)化的時(shí)候，密度才會變化。比如水，升溫可導(dǎo)致水的氣化，密度變小，加壓又可以使水蒸氣從新凝結(jié)為液態(tài)水，密度變大。大家都知道鐵的密度7.8g/cm3，模具鋼材是鐵和一些微量的合金元素形成的，微量的合金元素占的比例非常少，但是在模具鋼材成形的過程會形成不同的化合物，每一種化合物所占有的空間不一樣，導(dǎo)致同樣體積的模具鋼材，其內(nèi)部的空隙不一樣，這就是影響模具鋼密度的主要因素。但由于目前的模具鋼材加入的合金元素分量不到10%對模具鋼材整體的影響小，所以密度也接近鐵的密度。