国外模具用材分析

　　广东工业大学黎炳雄

　　美国模具钢系列和选用方案在40年代就初步形成。

　　美国模具工业用材分析

　　美国按模具服役条件将模具钢分为三大类，美国金属学会工具钢委员会列出了：冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类。其中，冷作模具钢又分出12小类，热作模具钢9小类，塑料模具钢2小类。每个小类的选材又取决于三个主要因素： ◆尺寸大小和形状的复杂性， ◆被加工的材料， ◆耐久性要求或设计寿命。

　　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组即水淬工具钢，有11个钢种，7个碳素工具钢，含碳量从0.7%-1.3%。 ◆O组即油淬冷作模具钢(俗称油钢)，有4个钢种，含碳量在0.85%-1.55%， ◆A组即空淬中合金冷作模具钢，有9个钢种，含碳量从0.5%-2.25%。 ◆D组即高碳高铬冷作模具钢，有7个钢种，含碳量0.9%-2.5%。 ◆S组即耐冲击工具钢，有7个钢种，含碳量0.4%-0.6%。 用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)。

　　冷作模具钢的选用

　　冷作模具钢的主系列是高硬冷作类，主要用于要求高抗压和耐磨为主的模具，硬度高于HRC60-62。对于要求耐冲击、韧性高的模具，硬度低于HRC60-62，主要用S类和部份A类和最普通的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模，如汽车外型冲压件，主要用铸铁类。简易或寿命数量少的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迅速增长。主要是有高的"抗压强度/硬度"比值。且硬度可在HRC60-70之间选择。

　　粉末模具钢有优良的耐磨寿命，硬度不大高HRC60-62，应用相当多。

　　碳素工具钢在寿命10万件的冲头或软材料冲压模仍有一定的应用范围。

　　热作模具钢的分类

　　美国热作模具钢分二大类：热作模具钢，和超级热强合金。

　　热作模具钢的选用

　　热作模具由于在有温度的条件下工作，要求材料具有热强性和热耐磨性，为了保证模具的使用寿命模具要冷却，热冷交替模具会出现龟裂，即热疲劳裂纹，所以材料又要求有抗裂纹能力和抗热疲劳性能。

　　按热强性排列的主系列进行选材: 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)。

　　非标准的热作模具钢：例如热镦锻模具用时效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时，可以选择6H1，6H2。

　　当要求模具以热作耐磨性为主时，可以选择D2，D4→M2，M4→粉末钢。钢结硬质合金、钴基硬质合金的高温耐磨性是很高的，但其热疲劳性(即冷热抗疲劳裂纹)很差，不能在急冷急热状态下使用。

　　塑料模具钢的分类

　　美国是最早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家，以P来表示为主，共分为五类。

　　◆渗碳型塑料模具钢：P1，P2，P3，P4，P5，P6。这类钢含碳量很低，主要是美国早期及用挤压成型制模法，要求冷塑性好，有高的挤压性能，成型后表面渗碳淬火提高表面硬度，使用寿命长。芯部超低碳可使淬火时变形量最小。

　　◆调质型塑料模具：P20，P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成为主体，大多数在预硬状态时使用。

　　◆中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13，而L2和S7，O1和A2也有应用。这一类的特点是： 1.基本属二次硬化金钢，500-600oC时的热强性好。 2.含铬较高，大气腐蚀性好。 3.淬透性极好，适用于大模块。

　　◆不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模，主要钢号有420，414L，440，416。 #p#分页标题#e#

　　◆时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。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。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。

　　塑料模具钢的选用

　　薄壁的塑料箱体，生产批量在小于10万件时，用P20，P21预硬态(HB250～300)，腐蚀性较强时用414L。

　　高寿命的普通塑料模，用P6或P20，经渗碳一淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大时，可用O1，S7。腐蚀性较强时用420。

　　非高温的热固性模用P6，P20经渗碳淬火后使用。腐蚀性强用420。

　　高温热固性塑料模用H13和S7或渗碳钢P4。这些含铬较高有好的抗回火性和抗高温氧化性。

　　广东省模具用材的特点及发展趋势

　　广东省模具工业产值约100亿人民币左右，占全国模具工业产值20%以上。全省模具厂约6000多家。广东家用电器、电子、陶瓷、铝型材等产业在全国占有举足轻重的地位。家用电器的注塑件占很大比例。所以广东的塑料模具在全国占有很大的比重。

　　广东墙地砖，仅佛山的产量就占全国的六成。世界50%的手表和全国80%的照相机均产自广东，加上家用电器的冲压件、不锈钢焊接管等的产量在全国均占较大比例。所以广东省的冷作模具也占很大比重。

　　全国铝型材70%产量也来自广东，而南海市又占广东省70%，铝型材的模具都是用热作模具钢H13来制造。全国钢铁行业生产的H13大部分销往广东。

　　广东的压铸业也十分发达，各种各样压铸机一千多台以上，此外，汽车、摩托车、家电和电子产品中的压铸件也进一步发展，所以压铸模有更大需求。

　　广东省模具的几大类是塑料模具、冷作模具(主要是冷冲模和陶瓷模)、热作模具(铝型材压模、压铸模)。其中铝型材挤压模、陶瓷模、不锈钢焊接管辊模占的比例与国外的国内各地区所占比例不一样。

　　广东省模具用材相对落后于国内外先进地区。

　　广东省要有自己的用材特点和用材系列：开发和推广东高质量、高寿命的"铝型材热作模具钢"和"压铸模用热作模具钢"，高耐磨、高韧性的冷作模具钢和高质量、高寿命的塑料模具钢。

　　大力推广真空热处理和表面工程新技术，才能满足和适应广东省模具工业的发展，才能促进广东模具质量水平的提高。

　　只有建立了适合广东省模具工业用材系列和供应渠道，以及保障模具质量和水平的热处理和表面工程技术，广东省模具工业才能够满足广东省现代化建设的需要。