20世纪40年代初步形成了美国模具钢系列和选择方案。 根据模具服务条件,美国金属学会工具钢委员会列出了冷模具钢、热模具钢和塑料模具钢三类。冷作模具钢分为12类,热作模具钢9类,塑料模具钢2类。
选材取决于三个主要因素:
1.尺寸和形状的复杂性;
2.加工材料;
3.耐久性要求或设计寿命。
1.美国冷作模具钢的分类
冷作模具钢分为五组:W组、O组、A组、D组、S组。
W水淬工具钢,有11种钢种,7种碳工具钢,碳含量为0.7%-1.3%。
O模具钢(俗称油钢)有四种钢种,含碳量为0.85%-1.55%;
空淬合金冷成模具钢有9种钢种,碳含量为0.5%-2.25%。
D高碳高铬冷作模具钢有7种钢种,含碳量0.9%-2.5%。
S组耐冲击工具钢碳量0.4%-0.6%。
用于冷作模具和高速钢(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),专用工具钢(L组)。
冷作模具钢在美国
冷作模具钢的选择
冷作模具钢的主要系列是高硬度冷作类,主要用于要求高抗压性和耐磨性的模具。HRC60-62。硬度低于耐冲击、韧性高的模具HRC60-62主要采用S类和部分A类以及最常见的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模压件等大型冲压模,主要采用铸铁。锌基合金或聚合物复合材料用于简单或寿命少。
冷作模具中高速钢和超高速钢的应用迅速增长。主要是高"抗压强度/硬度"
比值。且硬度可在HRC60-70之间选择。
粉末模具钢耐磨性好,硬度不高HRC60-62,应用相当多。
碳工具钢在使用寿命10万件的冲头或软材料冲压模具中仍有一定的应用范围。
二、美国热作模具钢的分类
热作模具钢分为热作模具钢和超热强合金两类。
热作模具钢在美国
选用热作模具钢
由于热模具在温度条件下工作,要求材料具有热强度和热耐磨性。为了保证模具的使用寿命,热冷交替模具会开裂,即热疲劳裂纹,因此材料需要抗裂性和耐热疲劳性。
根据热强度排列的主系列选材:
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)。
非标准热作模具钢:如时效硬化型6H4。使用H11、H12、H当13不能满足热耐磨性时,可选择6H1,6H2。
当要求模具主要是热作耐磨性时,可以选择D2,D4→M2,M4→粉末钢。钢结硬质合金和钴基硬质合金的高温耐磨性很高,但其热疲劳性(即冷热抗疲劳裂纹)很差,不能在急冷状态下使用。
三、美国塑料模具钢的分类
美国是第一个在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家,以P为主,分为五类。
美国塑料模具钢
渗碳塑料模具钢:P1,P2,P3,P4,P5,P6。这种钢含碳量很低,主要是美国早期的挤压成型方法,要求冷塑性好,挤压性能高,成型后表面渗碳淬火提高表面硬度,使用寿命长。在淬火过程中,芯部超低碳会使变形最小。
调质塑料模具:P20,P21。目前塑料模具中P用量大,已成为主体,多用于预硬状态。
热固性塑料模具采用中碳合金工具钢。钢号有H13,而L2和S7,O1和A2也有应用。这一类的特点是:
1. 基本上是二次硬化金钢,500-600oC热强度好。
2. 铬含量高,大气腐蚀性好。
3. 淬透性极佳,适用于大模块。
耐腐蚀性要求高的塑料模具采用不锈钢,主要钢号为420,414L,440,416。
经过期效处理,时效钢具有较高的使用性能。有两种,一种是P21低碳Ni-A1时效钢;另一类是18Ni马氏体时效钢。后者是宇航行业无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。塑料模具用于机械性能、尺寸精度、光洁度和耐腐蚀性高的塑料模具。
选用塑料模具钢
薄壁塑料箱生产批量小于10万件时使用P20,P21预硬态(HB250~300)腐蚀性强时使用414L。
普通塑料模,用P6或P二十、渗碳淬火后硬度为HRC54-58;当塑料件不太大时,可以使用O1,S7。腐蚀性强时使用420。
非高温热固性模具P6,P20经渗碳淬火后使用。420腐蚀性强。
高温热固性塑料模具H13和S7或渗碳钢P4。这些铬含量高,抗回火性好,抗高温氧化性好。
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