▌ 钢材的定义:
钢材是指含碳量在0.0218%~2.11%的铁碳合金。在普通钢材中添加Cr,Mo,V,Ni等合金成分就得到了合金钢,我们的模具钢材都属于合金钢。
▌ 改变钢材性能的办法,主要有以下三方面:
1. 合金成分
碳:C
增加淬火组织的硬度;
形成碳化物,提高耐磨性;
降低韧性;
降低可焊性
铬:Cr
提高钢之硬度,形成坚硬及稳定的碳化铬,从而改善耐磨性;
能提高钢的淬透性;
当Cr含量超过12%, 具耐腐蚀作用,并提供良好抛旋光性
钼:Mo
Mo是强碳化物形成元素,提高耐磨性;
Mo>0.5%能抑止其他合金元素引致之回火脆性;
提供红硬性,热强度;
提高淬透性,回火稳定性
钒:V
可以形成高硬度碳化物,提高耐磨性;
细化钢的晶粒,降低过热敏感性
提高钢之强度、韧性及回火稳定性
镍:Ni
Ni能提高钢的淬透性;
Ni能细化晶粒
硫(S)
常以MnS形式存在钢中,割裂基体的连续性,恶化材料的韧性、抗腐蚀性、抛旋光性、放电加工性、蚀纹性,可提高材料的切削能力。
2. 冶炼工艺
普通炼钢工艺
电渣重熔(ESR)
将粗钢坯置于电渣炉中,通入强电流,使电炉产生很高的温度,使粗钢坯熔化成钢水,钢水流经电渣,杂质被电渣过滤吸附,从而达到纯化的效果。整体重熔速度快,但一些非常细小的杂质并未除去。
真空电弧重熔(VAR)
在真空炉里,通入强电流在钢胚上,钢胚底部开始熔化,杂质汽化成气体被抽走,从而将钢材纯度提高,而且它是一滴一滴地凝固,凝固速度非常快,组织变得很致密。特点是杂质去得彻底,但整体重熔速度慢。
热处理
钢材的热处理是指经过加热然后冷却,通过控制钢材的加热温度、保温时间及冷却速度来改变钢的性能,以满足加工或使用要求的工艺过程。主要的热处理工艺有:退火、淬火、回火。
▌ 模具钢按用途分类
1. 冷作模具钢
冷作模具钢主要用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具。如冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拉深模具、压印模具、冷挤压模具、螺纹压制模具和粉末压制模具等。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。
2. 热作模具钢
热作模具钢主要用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具。如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦锻模具等。常用的热作模具钢有: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。
3. 塑料模具钢
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。包括碳素结构钢、渗碳型 塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀塑料模具钢、易切塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、马氏体时效钢以及镜面抛光用塑料模具钢等。
把模具按寿命长短分为五级,对钢材的要求:
一般把模具按使用寿命的长短分五级。一级在百万次以上,二级是50万-100万次,三级在30万-50万次,四级在10万-30万次,五在10万次以下。
一级与二级模具都要求用可以热处理、硬度在HRC50左右的钢材,否则易于磨损,注塑出的产品易超差,故所选的钢材既要有较好的热处理性能,又要在高硬度的状态下有好的切削性能,当然还有其他方面的考虑。
通常选用瑞典的8407、S136,美国的420、H13,欧洲的2316、2344、083,或日本的SKD61、DC53(原为五金模材料,特殊情况下使用)。有强腐蚀性的塑胶一般选S136,2316,、420等钢材,弱腐蚀性的除选S136、2316、420外,还有SKD61、NAK80、PAK90、718M。产品的外观要求对模具材料的选择亦有很大的影响,透明件和表面要求抛镜面的产品,可选用的材料有S136,2316,718S,NAK80,PAK90,420,透明度特高的模具应选S136,其次是420。
三级模具用预硬料多,牌号有S136H、2316H、718H、083H,硬度HB270—340。
四五级模具用P20、718、738、618、2311、2711,对于要求特低的模具,还有可能用到S50C,45#钢,即直接在模胚上做型腔。
▌ 各国钢材代号
1.美国标准AISI
Code:
P1-P19:LowCarbon Steel
P20-P39:Low Carbon, HighAlloy Steel(塑胶模钢)
2XX,3XX,4XX,6XX:StainlessSteel (不锈钢)
H1-H19:Chromium base (铬基-热作钢)
:Water HardeningSteel
Sx:Shock ResistingSteel
Ox:OilHardening Steel (油钢)
Ax:AirHardening Steel
Dx:High Carbon, High ChromiumSteel(铬钢)
Mx:Molybdenum base(H.S.S.-高速钢)
2.德国标准DIN
Code:
1.2738:Low carbon, highalloy (P20 - 塑胶模钢)
1.2311:Lowcarbon, highalloy (P20 - 塑胶模钢)
1.2312:Lowcarbon, highalloy, free Machine (P20-易切削)
1.2083:StainlessSteel (420- 抗酸钢)
1.2316:Highperformancestainless Steel (420 - 高抗酸钢)
1.2343:Chromiumbase (铬基-H11 –热作钢)
1.2344:Chromiumbase (铬基-H13 –热作钢)
1.2510:Lowalloy steel (O1-油钢)
1.2379:Highcarbon, highchromium steel (D2 –铬钢)
3.日本标准JIS
Code:
SxxC:Plain Carbon steel(黃牌 - S55C)
SUSxx:Stainless Steel (抗酸钢- 420)
SCrx:Chromium Steel
SCMx:Chromium MolybdenumSteel(P20)
SKx:Carbon Tool Steel
SKSx:Low Alloy Steel (油钢 - O1)
SKD11:MediumHigh AlloySteel(铬钢- D2)
SKD6:Medium High AlloySteel(中高合金钢-H11)
SKD61:Medium High AlloySteel(中高合金钢-H13)
SKHxx:High Speed Steel (高速钢- M 2)
SUMx:Free Cutting Steel (易切削钢)
SUJx:Bearing Steel
▌ 常见进口模具钢材及其参数性能
瑞典一胜百 STAVAXESR-S136 —高耐磨抗腐蚀预硬镜面钢材
出厂状态︰ HB215
相当布德鲁斯Buderus标准︰ 2316
相当百禄Bohler标准︰ M310
相当日立hitachi 标准︰ HPM38
相当大同DAIDO标准︰ PAK90
耐磨性︰★★★☆☆
韧性︰★★★☆☆
尺寸稳定︰★★★☆☆
加工性︰★★★☆☆
抛光性︰★★★★★
抗蚀性︰★★★★☆
产品描述:为高级不绣工具钢。优良的耐腐蚀性、抛旋光性、耐磨性、机械加工性,电火花加工可以获得超镜面加工效果及高品质表面,淬火时具有优良的稳定性。模具长期使用后,模穴表面仍然维持原先的光滑状态。模具在潮湿的环境下操作或存放时、不需要特别的保护。被推荐用于高抛光要求注塑模具和腐蚀性塑胶模具。
瑞典一胜百 8402 —优质热作工具钢
出厂状态︰ HB 185
相当布德鲁斯Buderus标准︰ 2344
相当百禄Bohler标准︰ W302
相当日立hitachi 标准︰ DAC
相当大同DAIDO标准︰ DHA1
耐磨性︰★★☆☆☆
韧性︰★★★☆☆
淬硬性︰★★★☆☆
加工性︰★★★☆☆
产品描述:高、低温均有良好的耐磨性,优良的韧性和延展性,稳定且优良的及加工性和抛旋光性,优良的高温强度和抗热疲劳性,优良的淬透性,很小的热处理尺寸变形。用于金属热锻模具,铝挤压模具,塑胶模具,铝压铸模具等。
瑞典一胜百 8407 —高级热作工具钢
出厂状态︰ HB 185
相当布德鲁斯Buderus标准︰ 2344ESR
相当日立hitachi 标准︰ DAC
相当大同DAIDO标准︰ DHA1
耐磨性︰★★★☆☆
韧性︰★★★☆☆
淬硬性︰★★★☆☆
加工性︰★★★★☆
产品描述:是铬、钼、钒合金工具钢,采用特殊炼钢技术和严密质量控制得到的纯度高且组织微细的钢材,8407的等向性(各向同性)要比一般传统炼制度H13更佳。这对于模具的抗机械疲劳及热应力疲劳性能更具价值,如压铸模具、锻造模具及挤型模具等。因此采用8407的模具硬度可比普通H13提高1-2HRC而不会牺牲韧性。硬度高可以减缓热龟裂的发生,提高模具寿命。用于各种金属压铸模具,挤压模具,高品质要求塑胶模具。
瑞典一胜百 ASP23 —高耐磨高韧性粉末高速钢
出厂状态︰ HB 260
相当日立hitachi 标准︰ HAP10
耐磨性︰★★★★☆
韧性︰★★★☆☆
尺寸稳定︰★★★☆☆
加工性︰★★★☆☆
产品描述:是铬钼钒粉末钢,高耐磨性(抗磨粒磨损),高抗压强度,非常好的淬透性,韧性好,热处理的尺寸稳定性好,抗回火软化性好。ASP-23特别适合于薄的被加工材的下料及成形,或模具失效是因为混合磨粒磨损及粘着磨损,或知识磨粒磨损,而且表面产生塑性变形的危险性也高者。例如中碳钢或高碳钢的下料、冲切已硬化钢板或冷轧钢带、含有玻璃纤维的塑胶模。
瑞典一胜百 XW-42 —高级高耐磨冷作工具钢
出厂状态︰ HB210
相当布德鲁斯Buderus标准︰ 2379
相当百禄Bohler标准︰ K110
相当日立hitachi 标准︰ SLD
相当大同DAIDO标准︰ DC11
耐磨性︰★★★☆☆
韧性︰★★★☆☆
尺寸稳定︰★★★☆☆
加工性︰★★★☆☆
产品描述:是一种含钼、钒的高碳、高铬合金工具钢。耐磨性与韧性兼备,优良的淬火性能,常被推荐用作需要很好耐磨性和适当韧性(抗冲击)的模具。比如:精密五金模具,半导体模具,精密零部件等。
日本大同NAK80 —预硬镜面精密塑胶模具钢
出厂状态︰ HRC37-43
相当日立hitachi 标准︰ HPM50
耐磨性︰★★★☆☆
韧性︰★★★☆☆
加工性︰★★★☆☆
抛光性︰★★★★☆
抗蚀性︰★★★☆☆
产品描述:预硬钢(36-43 HRC),无须热处理,可直接加工;表面和中心的硬度较均匀,切削加工性良好;放电加工性佳,放电加工后的研磨非常容易,因放电加工后表面硬度均匀且白层硬度较低;镜面抛光性良好;焊接性良好;蚀纹性良好;尺寸稳定,适合于精密零件及大批量生产。由于受其化学成分的影响,此料脆性较大,用在较为复杂的模具时易在加工应力较为集中的地方开裂。热敏感性高,所在在焊接时要预热,保温及焊后后热及去应力回火处理,否则就会有焊接失败的危险。要注意的是当处理温度超过520℃时,会引起尺寸的变化。
日本大同DC53 —高硬度高韧性冷作工具钢
出厂状态︰ HB255
相当日立hitachi 标准︰ SLD8
相当一胜百ASSAB标准︰ ASSAB88
耐磨性︰★★☆☆☆
韧性︰★★★★☆
尺寸稳定︰★★☆☆☆
加工性︰★★★☆☆
抛光性︰★★★☆☆
产品描述:大同制钢DC53在SKD11基础上改良,热处理后硬度高于SKD11,高温(520-530℃)回火后可达62-63HRC高硬度,在强度方面超过SKD11,韧性度是SKD11的两倍。韧性在冷作模具钢中较为突出,因此,用DC53制造的很少出现裂纹和崩裂,大大提高了使用寿命。线切割加工后的残余应力,经高温回火减少了残余应力。因此,大型模具和要求精密之模具在线切割加工后的裂纹和变形得到抑制。切削性超过SDK11。DC53的切削性优于SDK11。因此,使用DC53可增加模具寿命和减少加工工序。
日本大同NAK55 —高预硬高性能精密模具钢材
出厂状态︰ HRC37-43
耐磨性︰★★★☆☆
韧性︰★★★☆☆
加工性︰★★★☆☆
抛光性︰★★★★☆
产品描述:预硬化钢,不需任何热处理,适用于镜面抛光加工的预硬化钢。主要用于镜面抛光模具,抛旋光性极佳,切削性,蚀花性佳。
日本日立金属SLD8 —高硬度高韧性冷作工具钢
品牌︰日本日立金属
出厂状态︰ HB235
相当大同DAIDO标准︰ DC53
耐磨性︰★★☆☆☆
韧性︰★★★★☆
尺寸稳定︰★★☆☆☆
加工性︰★★★★☆
产品描述:SLD(日标SKD11)的改良版。因钒元素添加量的变更,加工性显著上升。韧性比SLD好50%以上。而抗回火软化方面,以530℃回火尚可得HRC62-63的硬度。利用此特性,对于时效变形及线切割时之破裂及变形都得以抑制。主要用在精密五金模具成型或者精密零件等要求韧性与耐磨性兼高的模具。