模具钢

模具钢是用于制造冷冲模、热锻模等模具的钢材。 模具材料是模具制造业的材料和技术基础。 模具钢是传统的模具材料。 其品种、规格、质量对模具的性能、使用寿命、制造周期起着决定性作用。 近年来，国内外模具钢的产量、生产技术、工艺装备、质量、品种等都取得了较快的发展。 国内也涌现了抚顺特钢、长城特钢、兴澄特钢、杭钢等。 一批优质生产企业的出现，模具钢的发展也推动了工业产品向高端化、个性化、高附加值方向发展。 模具的用途广泛，制造模具所用的材料也多种多样。 应用最广泛的模具材料是模具钢。

一、分类介绍

加工模具时使用。 由于模具的用途广泛，各种模具的工作条件差异很大，所以制造模具所用的材料也多种多样。 应用最广泛的模具材料是模具钢。 从普通碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、弹簧钢、高速工具钢、不锈耐热钢到满足特殊模具需要的马氏体时效钢、粉末高速钢、粉末高合金模具钢等。模具钢一般可分为三类：冷作模具钢、热作模具钢和塑料成型用模具钢。

冷作模具

冷作模具钢主要用于制造在冷状态下压制成型工件的模具。 如：冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拔模具、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、合金钢工具钢、高速工具钢到粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢。 冷作模具钢是真空脱气精炼钢，内在质量纯净，切削加工性好，切削加工性显着提高，淬透性好，空冷淬火不易产生淬火裂纹，耐磨性优良，韧性好，可用作冲裁模具适用于不锈钢及高硬度材料。

热作模具

热作模具钢主要用于制造在高温下对工件进行压力加工的模具。 如：热锻模、热挤压模、压铸模、热镦模等。常用的热作模具钢有：添加Cr、W、Mo、V等的中高碳合金模具钢合金元素； 有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。 。

塑料模具

由于塑料的种类很多，对塑料制品的要求也有很大差异，对制作塑料模具的材料也提出了各种性能要求。 因此，许多工业发达国家已形成了种类繁多的塑料模具钢系列。 包括碳素结构钢、渗碳塑料模具钢、预硬塑料模具钢、时效硬化塑料模具钢、耐腐蚀塑料模具钢、易切削塑料模具钢、整体淬硬塑料模具钢、马氏体时效钢及塑料模具镜面抛光用钢等

2、使用性能

强度特性

1、硬度是模具钢的主要技术指标。 模具要想在高应力的作用下保持其形状和尺寸，就必须有足够高的硬度。 冷作模具钢的硬度在室温下一般保持在HRC60左右，而热作模具钢根据其工作条件一般要求硬度保持在HRC40~55范围内。 对于同一钢种，在一定的硬度值范围内，硬度与变形抗力成正比； 然而，具有相同硬度值但成分和结构不同的钢种之间的塑性变形抗力可能存在显着差异。

2、红硬性：在高温下工作的热作模具要求保持其组织和性能的稳定，从而保持足够高的硬度。 这种性质称为红硬度。 碳素工具钢和低合金工具钢通常可以在180~250℃的温度范围内保持这种性能，铬钼热作模具钢一般可以在550~600℃的温度范围内保持这种性能。 钢的红硬性主要取决于钢的化学成分和热处理工艺。

3、压缩屈服强度和压缩弯曲强度模具在使用过程中经常受到高强度的压力和弯曲作用，因此要求模具材料具有一定的压缩强度和弯曲强度。 很多情况下，压缩和弯曲试验的条件与模具的实际工作条件接近（例如，测得的模具钢的压缩屈服强度与冲头在运行过程中表现出的变形抗力一致）。 弯曲试验的另一个优点是应变的绝对值较大，可以更灵敏地反映不同钢种之间、不同热处理和结构条件下变形抗力的差异。

韧性

模具在工作过程中受到冲击载荷。 为了减少使用过程中断裂、崩刃等形式的损坏，要求模具钢具有一定的韧性。

模具钢的化学成分、晶粒度、纯净度、数量、碳化物和夹杂物的形貌、尺寸和分布等因素，以及模具钢的热处理制度和热处理后得到的金相组织等因素，都有影响。对钢材的影响。 韧性有很大的影响。 特别是钢的纯净度和热加工变形对其横向韧性影响更为明显。 钢的韧性、强度和耐磨性往往是矛盾的。 因此，必须合理选择钢材的化学成分，采用合理的精炼、调质和热处理工艺，以达到模具材料耐磨性、强度和韧性的最佳结合。

冲击韧性是指特性材料在冲击过程中整个断裂过程中样品所吸收的总能量。 然而，许多工具在不同的工作条件下会因疲劳而断裂。 因此，常规冲击韧性不能充分反映模具钢的断裂性能。 正在采用小能量多次冲击断裂功或多次断裂寿命、疲劳寿命等测试技术。

抗热疲劳

热作模具钢除了在使用条件下承受周期性的载荷变化外，还要承受高温和周期性的快速冷却和加热。 因此，在评价热作模具钢的断裂性能时，应关注材料的热机械疲劳断裂性能。 。 热机械疲劳是一项综合性能指标，它包括热疲劳性能、机械疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性三个方面。

热疲劳性能反映了材料在热疲劳裂纹产生之前的工作寿命。 具有高热疲劳抗力的材料有更多的热循环来引发热疲劳裂纹。 机械疲劳裂纹扩展率反映了热疲劳裂纹萌生后材料的锻造性能。 当裂纹在压力作用下向内扩展时，各应力周期的扩展量； 断裂韧性反映了材料对现有裂纹不稳定扩展的抵抗能力。 对于断裂韧性高的材料，裂纹若要不稳定扩展，则裂纹尖端必须有足够高的应力强度因子，即裂纹长度必须很大。 在应力恒定的前提下，模具中已经存在疲劳裂纹。 如果模具材料的断裂韧性值很高，则裂纹必须扩展得更深，然后才会出现不稳定的扩展。

换句话说，抗热疲劳性能决定了疲劳裂纹萌生前的寿命部分； 而裂纹扩展速率和断裂韧性决定了裂纹萌生后发生亚临界膨胀时的寿命部分。 因此，为了获得热作模具较长的使用寿命，模具材料应具有高的抗热疲劳性能、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值。

抗热疲劳指数可以通过引发热疲劳裂纹的热循环次数来测量，或者通过一定热循环后出现的疲劳裂纹的数量和平均深度或长度来测量。

耐磨性

决定模具使用寿命的最重要因素往往是模具材料的耐磨性。 模具在运行过程中受到相当大的压应力和摩擦力，要求模具在强摩擦下保持其尺寸精度。 模具磨损主要有机械磨损、氧化磨损和熔体磨损三种。 为了提高模具钢的耐磨性，必须保持模具钢的高硬度，并保证钢中碳化物或其他硬化相的成分、形貌和分布合理。 对于在重载、高速磨损条件下使用的模具，要求模具钢表面形成一层薄而致密、附着力好的氧化膜，保持润滑，减少模具与模具之间的粘焊、熔焊等熔融磨损。工件。 可以减少模具表面氧化引起的氧化磨损。 因此，模具的工作条件对钢材的磨损影响较大。

耐磨性的测定可采用模拟试验方法，测出相对耐磨指数，该指数可作为表征不同化学成分和组织状态下耐磨水平的参数。 显示规定毛刺高度前的寿命，反映各种钢种的耐磨水平； 试验以Cr12MoV钢（є=1）为对比。

抗咬性

咬合电阻实际上就是“冷焊”发生时的电阻。 该特性对于模具材料很重要。 试验时，通常将待测工具钢试样与有咬合倾向的材料（如奥氏体钢）在干摩擦条件下进行等速双摩擦运动，并以一定速度逐渐增加载荷。 此时，旋转力矩也相应增加，这种载荷称为“咬合临界载荷”。 临界载荷越高，抗咬合能力越强。

三、性能要求

1、退火工艺

球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。

2.可锻性

热锻变形抗力低，塑性好，锻造温度范围宽，锻造冷裂和网状碳化物析出倾向小。

3、氧化和脱碳敏感性

高温加热时，抗氧化性能好，脱碳慢，对加热介质不敏感，产生点蚀的倾向小。

4. 机械加工性

切削量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。

5.淬透性

淬火后可获得较深的硬化层，可采用温和的淬火介质进行硬化。

6.研磨性

砂轮相对损耗小，不烧伤的极限磨削量大，对砂轮质量和冷却条件不敏感，不易产生磨损和磨削裂纹。

7、淬透性

淬火后具有均匀、高的表面硬度。

8、淬火变形及开裂倾向

常规淬火体积变化小，形状翘曲和扭曲轻微，异常变形倾向低。 常规淬火裂纹敏感性低，对淬火温度和工件形状不敏感。

4个产品类别

冷作模具

1、分为五组：W组、O组、A组、D组、S组。 ◆W组为水淬模具钢，有11种钢种，7种碳素模具钢，含碳量从0.7%起至 1.3%。 ◆O组为油淬冷作模具钢（俗称油钢），有4个钢种，含碳量为0.85%-1.55%。 ◆A组为空淬合金冷作模具钢，有9个钢种。 ，含碳量从0.5%-2.25%。 ◆D组为高碳高铬冷作模具钢。 含碳量0.9%-2.5%的钢种有7个。 ◆S组为耐冲击工具钢。 含碳量为0.4%-0.6%的钢种有7种。 对于冷作模具，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。冷作模具钢主要系列为高硬冷作型，主要用于要求耐高压、耐磨的模具，硬度高于HRC60-62。对于要求耐冲击的模具，韧性较高、硬度低于HRC60-62的模具，主要采用S型和部分A型及最常见的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模具如汽车外饰冲压件，材质主要为铸铁，结构简单或使用寿命短的则采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增长迅速，主要是因为其“抗压强度/硬度”比高，且硬度可以在HRC60-70之间选择，粉末模具钢具有优异的耐磨寿命，硬度不高HRC60-62，应用较多。碳素工具钢的寿命为10万件的冲头或软质材料冲压模具仍有一定的应用范围。

热作模具

美国热作模具钢分为热作模具钢和超热强合金两大类。 由于热作模具在高温条件下工作，因此要求材料具有热强度和耐热磨损性能。 为了保证模具的使用寿命，必须对模具进行冷却。 开裂，即热疲劳裂纹，在冷热交替的模具中会发生，因此材料也要求具有抗裂性和抗热疲劳性。 按热强度排列的主要系列选用材料：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）。 非标热作模具钢：如热镦模具用时效硬化6H4。 当采用H11、H12、H13而不能满足耐热磨损性能时，可选择6H1或6H2。 当要求模具的热作耐磨性能时，可选用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能很高，但其抗热疲劳性能（即抗冷、热疲劳裂纹的能力）很差，不能用于快冷和快速加工。加热条件。

塑料模具

美国是最早将工具钢中塑料模具专用钢列入的国家，主要以P为代表，分为五类。

渗碳塑料模具钢：P1、P2、P3、P4、P5、P6。 这种钢的碳含量非常低。 美国早期主要采用挤压成型法生产。 要求冷塑性好，挤压性能高。 成型后表面渗碳淬火，增加表面硬度，使用寿命长。 超低碳芯材最大限度地减少淬火过程中的变形。

调质塑料模具：P20、P21。 P20在塑料模具中大量使用，已成为主要成分。 大部分在预硬状态下使用。

中碳合金工具钢用于热固性塑料模具。 钢级包括H13、L2和S7，也使用O1和A2。 该类型的特点是：（1）基本上是二次硬化金钢，在500-600oC具有良好的热强度。 (2)含铬量高，对大气有较强的腐蚀性。 (3)淬透性优良，适合大型模块。

不锈钢用于耐腐蚀要求高的塑料模具。 主要钢种有420、414L、440、416。

时效钢经过时效处理以获得高性能。 有两种，一种是P21低碳Ni-A1时效钢； 另一种是18Ni马氏体时效钢。 后者是一种用于航空航天工业的无碳、高纯度、高强度、高韧性材料。 用于机械性能、尺寸精度、光滑度、耐腐蚀性要求较高的塑料模具。

塑料模具钢的选用：对于薄壁塑料盒，生产批量小于10万件时，采用P20、P21预硬状态（HB250~300），腐蚀性强时，采用414L。 对于使用寿命长的普通塑料模具，采用P6或P20。 渗碳淬火后硬度为HRC54-58。 当塑件不太大时，可以使用O1和S7。 腐蚀性强时使用420。 非高温热固性模具采用渗碳淬火后的P6、P20。 如果腐蚀性强，请使用 420。 高温热固性塑料模具采用H13、S7或渗碳钢P4。 这些高铬含量具有良好的抗回火性和高温抗氧化性。

塑料模具

塑料模具钢分为预硬普通塑料模具钢、预硬优质塑料模具钢、预硬高硬度塑料模具钢、预硬防腐镜面塑料模具钢、防腐镜面塑料模具钢5小类塑料模具钢质量等级分布模具类别依据美国SPI-SPE标准分为以下几类。

1、101级模具（SPI-SPE标准100万啤以上，长期精密生产模具）

1、需要详细的模具结构图。

2、模具基材的最低硬度为280BN。 (DME#2钢/4140钢)

3、有胶位的内模零件钢材必须淬硬至48~50HRC。 其他部件如行位、压力锁、压条等也应该是硬件。

4、顶出板必须有导柱。

5、行位必须有硬片

6、如有需要，上模、下模、排位必须有温度控制。

7、所有输水通道，建议采用化学镀镍或采用420不锈钢作为模板。 这样可以防止生锈并清理垃圾。

8.需要直体锁或斜锁。

2、102级模具。 （不超过100万瓶啤酒，量产模具。）

1、需要详细的模具结构图。

2、模具基材的最低硬度为280BHN。 (DME#2钢/4140钢)

3、有胶位的内模零件钢材应淬硬至最低48~52HRC，其他有用零件也应同样处理。

4、建议使用直锁或斜锁。

5. 以下项目可能是必需的，也可能不是必需的。 这取决于最终的生产数量。 建议报价时如果使用以下项目，检查是否必要：A. 顶出板导柱。 B.行位硬板。 C、电镀水孔。 .D.电镀模腔。

3、103类模具（50万瓶以下，中批量生产模具。）

1、需要详细的模具结构图。

2、模具基材的最低硬度为165BHN。 （DME #1 钢/1040 钢）

3、内模钢材为P20（28~32HRC）或高硬度（36~38HRC）。

4. 其余要求视需要而定。

4、104类模具（10万瓶以下，小批量生产模具）

1、需要模具结构图。

2、模架材质P20（28~32HRC）可以是低碳钢或铝。 （1040钢）

3. 内部模块可以由铝、低碳钢或其他认可的金属制成。

4. 其余要求视需要而定。

5、105类模具。 （500瓶以下，首模或试模）

可以采用铸铝、环氧树脂或任何材料，只要其强度足以生产最小测试数量

5 工艺性能

在模具生产成本中，材料成本一般占10%～20%，而机械加工、热处理、装配和管理成本则占80%以上。 因此，模具的工艺性能是影响模具生产成本和制造难度的主要因素之一。 一。

加工性

热加工性能是指热塑性、加工温度范围等；

冷加工性能是指切削、磨削、抛光、冷拔等加工性能。

大多数冷作模具钢是过共析钢和莱氏体钢，其热加工和冷加工性能较差。 因此，必须严格控制热加工和冷加工的工艺参数，避免产品出现缺陷和报废。 另一方面，通过提高钢的纯净度，降低有害杂质的含量，改善钢的组织状态，提高钢的热、冷加工性能，从而降低模具的生产成本。

为了提高模具钢的冷加工性能，从20世纪30年代开始，研究在模具钢中添加S、Pb、Ca、Te等易切削元素或引起模具钢中碳石墨化的元素，已开发出各种易切削模具钢。 切削模具钢进一步提高其切削性能和磨削性能，减少刀具磨料消耗，降低成本。

淬透性

淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火前的原始组织状态； 淬透性主要取决于钢中的碳含量。 对于大多数冷作模具钢，淬透性往往是主要考虑因素之一。 对于热作模具钢和塑料模具钢来说，模具尺寸一般较大，特别是制造大型模具时，淬透性更为重要。 另外，对于各种形状复杂、容易发生热处理变形的模具，为了减少淬火变形，往往尽可能采用冷却能力较弱的淬火介质，如空冷、油冷或盐浴冷却，为了获得所需的硬度和硬化层深度，需要采用淬透性较好的模具钢。

手柄变形

为了便于生产，要求模具钢的淬火温度范围尽可能宽，特别是当模具采用火焰加热进行局部淬火时。 由于温度难以精确测量和控制，因此要求模具钢有较宽的淬火温度范围。

模具在热处理过程中，特别是淬火过程中，会发生体积变化、形状翘曲、扭曲等。 为了保证模具质量，要求模具钢的热处理变形小，特别是形状复杂的精密模具，淬火后修整困难。 ，对热处理变形程度要求较严格，宜采用微变形模具钢。

灵敏度

模具在加热过程中，如果发生氧化、脱碳，其硬度、耐磨性、性能和使用寿命都会降低； 因此，要求模具钢对氧化和脱碳敏感。 对于含钼量较高的模具钢，由于其对氧化和脱碳的敏感性较强，需要进行特殊的热处理，如真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等。

6、常用模具

塑料模具钢MEK 4 高耐磨高韧性塑料模具

X13T6W(236)高耐磨耐腐蚀镜面模具

X13T6W(236H)高耐磨耐腐蚀镜面模具

热作工具钢SMV3W压铸模、挤压模、塑料模

ADC 3 压铸模、挤压模

塑料模具钢718S塑料模具内模

718H塑料模具内模

S136耐腐蚀镜面模具

S136H耐腐蚀镜面模具

OPTIMAX光学级镜面不锈钢模具

ELMAX高耐磨耐腐蚀塑料模具

CORRAX S336 高耐腐蚀性塑料模具

RAMAX 168易切削耐腐蚀塑料模具

CALMAX 635 冷作和塑料模具

热作工具钢8407金属压铸、挤压模具

冷作工具钢DF2微变形耐磨油钢、冷冲压模具

XW42冷挤压成型模具，精密五金模具

V10高寿命精密冲裁模具

塑料模具钢P×88通用塑料模具，抛光性能好

NAK55高性能塑料模具、橡胶模具

NAK80高抛光镜面塑料模具

S-STAR高镜面耐腐蚀模具

S-STAR(A)高镜面耐腐蚀模具

热作工具钢DH31-SUPER金属压铸、挤压模具

冷作工具钢YK30冲裁模、弯曲模

GOA冷压加工、冲孔模具、成型模具

DC11冷挤压成型、拉丝模

DC53冷挤压成型、拉深模、冲孔模

塑料模具钢P20HH塑料模具

P20LQ塑料模具

塑料模具钢 LKM 638 通用塑料模具、模架、下模件

LKM 2311 通用塑料模具、模架、下模件

LKM 2312 通用塑料模具、模架、下模件

LKM 738通用塑料模具、模架、下模零件

LKM 738H通用塑料模具、模架、下模零件

LKM 818H 高抛光度，对内刀片要求高

LKM 2711高硬度高韧性大型塑料模具

LKM 2083 耐酸、抛光性好塑料模具

LKM 2083H 耐酸通用抛光塑料模具

LKM 2316A高酸塑料模具

LKM 2316高酸塑料模具

LKM 2316ESR高酸塑料模具

热作工具钢 LKM 2344 金属压铸、挤压模具

LKM 2344SUPER金属压铸、挤压模具

冷作工具钢 LKM 2510 微变形耐磨油钢

LKM 2379微变形高耐磨油钢

LKM 2767 微变形耐磨油钢

塑料模具钢MUP塑料模具

塑料模具钢 PORCERAXII PM-35 塑料及压铸模具，透气钢

需要快速冷却的合金铍铜 MOLDMAX MM40 模芯和镶件

需要快速冷却的合金铜 HIT75 MOD 模芯和镶件

纯紫铜C1100P铜公工件

电蚀纯紫铜C1100P铜公工件

合金铝6061-T6/T651吹塑模具、吸塑模具、鞋模、发泡模具

6061-T6511 吹塑模具、吸塑模具、鞋模、发泡模具

7075-T651

合金钢7022-T651

黄牌中碳钢S50C-S55C

塑料模具钢五羊718

优质高速钢SKH-9/SKH-51

粉末高速钢 ASP-23/ASP-60

底部碳钢A3

中碳钢45#

总体趋势

1、模具钢生产技术的发展

模具是工业发展的基石。 为了降低产品成本、提高产品质量和生产效率、提高材料利用率、节约能源，世界各地的制造业广泛采用各种模具成型工艺来代替传统的切削加工。 机械制造、电子工业、轻工等工业部门的产品工件约有60%～80%是模压成型的。 许多产品的质量、尺寸精度、表面粗糙度、更换速度和产品成本在很大程度上取决于模具的质量、使用寿命和制造周期。 模具钢作为主要模具材料，是模具制造的基础。 随着模具工业的快速发展，对模具钢的数量、质量、品种、规格、性能等方面不断提出更高、更新的要求。 国内外模具钢的产量、生产技术、工艺装备、质量、品种等方面都取得了较快的发展。

2、模具钢产量发展

模具钢 模具钢产量近20年来增长迅速，领先于其他钢种。 模具钢产量约占合金工具钢的80%。 我国模具钢产量长期位居世界前列。

3、模具钢牌号的发展

随着模具的工作条件要求越来越高，各国在原有的冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类的基础上，开发了许多满足新要求的新钢种。

中国模具信息网

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