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模具鋼材分類介紹

文章出處：公司動態(tài) 責任編輯：廣東華氏模具技術(shù)有限公司發(fā)表時間：2019-08-19

模具鋼材是用來制造冷沖模、熱鍛模壓鑄模等模具的鋼種。模具材料是模具制造業(yè)的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)，其中模具鋼材是傳統(tǒng)的模具材料，其品種、規(guī)格、質(zhì)量對模具的性能、使用壽命和制造周期起著決定性的作用。

近年來，國內(nèi)外模具鋼材的產(chǎn)量、生產(chǎn)技術(shù)、工藝裝備、質(zhì)量、品種等方面都取得了比較迅速的發(fā)展，國內(nèi)也涌現(xiàn)了撫順特鋼，長城特鋼，興澄特鋼，杭鋼等一批優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)企業(yè)，模具鋼材的發(fā)展也推動了工業(yè)產(chǎn)品向高級化、個體化、高附加值化的方向發(fā)展。模具的用途很廣，制造模具用材料范圍很廣，在模具材料中應(yīng)用最廣的當屬模具鋼材。

加工模具時用的，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、熱作模具鋼和塑料成型用模具鋼三大類

冷作模具

冷作模具鋼主要用于制造對冷狀態(tài)下的工件進行壓制成型的模具。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。

冷作模具鋼具是真空脫氣精煉鋼，內(nèi)質(zhì)純凈，機械加工性良好，切削明顯提高，淬透性良好，空冷淬硬不易出現(xiàn)淬裂，耐磨性極為優(yōu)異，韌性良好，可用作不銹鋼及高硬度材料的沖裁模。

熱作模具

熱作模具鋼主要用于制造對高溫狀態(tài)下的工件進行壓力加工的模具。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，有時采用高合金奧氏體耐熱模具鋼制造。

塑料模具

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、馬氏體時效鋼以及鏡面拋光用塑料模具鋼等。

使用性能

強度性能

（1）硬度是模具鋼的主要技術(shù)指標，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）抗壓屈服強度和抗壓彎曲強度模具在使用過程中經(jīng)常受到強度較高的壓力和彎曲的作用，因此要求模具材料應(yīng)具有一定的抗壓強度和抗彎強度。在很多情況下，進行抗壓試驗和抗彎試驗的條件接近于模具的實際工作條件（例如，所測得的模具鋼的抗壓屈服強度與沖頭工作時所表現(xiàn)出來的變形抗力較為吻合）?？箯澰囼灥牧硪粋€優(yōu)點是應(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。

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、強度和韌性達到最佳的配合。

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技術(shù)正在被采用。

抗熱疲勞

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，評價熱作模具鋼的斷裂抗力應(yīng)重視材料的熱機械疲勞斷裂性能。

熱機械疲勞是一種綜合性能的指標，它包括熱疲勞性能、機械疲勞裂紋擴展速率和斷裂韌性三個方面。

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；機械疲勞裂紋擴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)部擴展時，每一應(yīng)力循環(huán)的擴展量；斷裂韌性反映材料對已存在的裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴展的抗力。

斷裂韌性高的材料，其中的裂紋如要發(fā)生失穩(wěn)擴展，必須在裂紋尖端具有足夠高的應(yīng)力強度因子，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，則裂紋必須擴展得更深，才能發(fā)生失穩(wěn)擴展。

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；而裂紋擴展速率和斷裂韌性，可以決定當裂紋萌生后發(fā)生亞臨界擴展的那部分壽命。

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、低的裂紋擴展速率和高的斷裂韌性值。

抗熱疲勞性能的指標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。

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大的壓應(yīng)力和摩擦力，要求模具能夠在強烈摩擦下仍保持其尺寸精度。模具的磨損主要是機械磨損、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；試驗是以Cr12MoV鋼為基準（?=1）進行對比。

咬合抗力

咬合抗力實際就是發(fā)生“冷焊”時的抵抗力。該性能對于模具材料較為重要。試驗時通常在干摩擦條件下，把被試驗的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料（如奧氏體鋼）進行恒速對偶摩擦運動，以一定的速度逐漸增大載荷，此時，轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，該載荷稱為“咬合臨界載荷”，臨界載荷越高，標志著咬合抗力越強。

性能要求

一、退火工藝性

球化退火溫度范圍寬，退火硬度低且波動范圍小，球化率高。

二、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(wǎng)狀碳化物傾向低。

三、氧化、脫碳敏感性

高溫加熱時抗氧化懷能好，脫碳速度慢，對加熱介質(zhì)不敏感，產(chǎn)生麻點傾向小。

四、切削加工性