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美国模具工业用材的分析
北京铸锻行业协会   2009-12-10 10:33:36 作者: 来源: 文字大小:[][][]
 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类和部分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,硬度不大于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L12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,500-600℃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。

  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―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。

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