模具钢材的应用技巧(三)---模具钢材新材料以及模具钢材的性能对比

㈠、模具钢材基础知识：
1.硫含量的影响：
硫与钢内的锰会结合成硫化锰(MnS)颗粒,在轧延或锻造时会尚着压延方向拉伸而变得细长,此物是咬花不均和材料强度有方向性的主要原因.在塑料模具中,需咬花处理的,硫的含时越低越好(S<0.004%).
2.氧化物与硫化物的夹杂物含量极低可使强度韧性极佳.
3.无方向性钢是由金属粉未锻造而成,成本很高.
4.材料的转脆温度：体心立方晶格的钢,其韧性在低温时会急剧劣化而变脆,此温度称为”转脆温度”,其值越低表示在低温环境中(0度以下)使用越没有危险性.
5.表面处理中窒化：表面层为Fe2-3N /Fe4N,施工时母材温度为500~600,层厚度为10~20um,厚度均一性强,母材为钢铁.

㈡、模具钢材新材料：
1.美国合金工具钢分类：Hà热作工具钢 Aà冷作模具钢 Dà冷作工具钢 Oà冷作工具钢 Sà耐冲击工具钢 Là特殊用途工具钢 Fà特殊用途工具钢 Pà塑料模具钢
2.模具钢按热处理分类：
A、预硬化钢：在钢厂先进行淬火回火处理,使硬度达HRC30~40,在预淬硬的条件下交货,各户直接加工成模具,不经过热处理.如美国的P20,日本日立模具钢系列的HPM2,日本大同模具钢的PDS5、PX4、PAC5000等.
B、淬火回火型：中等含碳量并以Cr/Mo/V/W等合金化，硬度要求在HRC45~60，具有较高耐磨性的钢，如冷作模具钢的SKD11、SKD12和热作模具钢SKD61。又有为改善韧性和抗回火稳定性，组织均匀性而有日本日立模具钢HPM31、FDAC和日本高周波钢业的KD21、日本大同模具钢的PD613、DH2F。
C、析出硬化型：指马氏体时效钢,在固溶状态下经较长时间的时效析出,硬度在HRC38~52,具有高强度,高耐磨性,高韧性和好的镜面加工性以及变形小的热处理变形.一般含碳量较低,通达加入一定量的Ni,Al,Ti,Mo,Cu等元素.如美国的P21,日本大同模具钢的NAK55,NAK80,日立的HPM1,HPM50,日本大同模具钢的MASIC.另日本日立的YAG韧性好,镜面加工好但成本高,使用范围受限制.
D、表面处理型：进一步提高模具的表面硬度,HRC>60,甚至达HV2000到HV4000(HV940=HRC68),从而提高模具的耐磨性,抗热粘结性和脱模性,主要有:渗碳/氮/硫/铬/铝/硼/PVD/CVD法和火焰淬火法.
3.模具钢材新材料---日本大同S-STAR钢(SUS420J2改良型)详细资料：
超镜面、高硬度、耐腐蚀塑料模具钢(32HRC预硬型、53HRC淬火回火型)。
⑴特长：耐蚀性良好(马氏体系不锈钢)；热处理硬度:可达53HRC；超镜面性；热处理尺寸变化极小(0.03%以内)；内质均匀健全(ESR精炼)；蚀花加工性、EDM性良好；预硬状态交货，亦可直接刻模使用。
⑵用途：超镜面塑料模具用钢,如光学透镜用模等；耐腐蚀高硬度塑料模具用钢，如医疗械用模、化学品容器用模、食品容器用模、瓶盖模、,磁带盒模；适用的成形树脂材料有：PMMA、PC、EP、PP、PS、PVC、PE、PF、添加阴燃剂树脂等。
⑶化学成份（%）：C0.38；Si0.90；Cr13.5；Mo0.10；V0.30。
⑷镜面加工性：预硬条件下，用于一般艺术造型和半透明品用钢；在淬火条件下，用于透明外装制品和超镜面制品用钢。
⑸热处理：
淬火条件：1030℃×60分钟真空炉气冷，500℃预热，800℃预热，1020~1070℃加热，空/油/气冷；
回火条件：低温或高温回火2次为好。
重视耐蚀性和热处理尺寸变化：低温回火200~400℃空冷；
重视硬度：高温回火490~510℃空冷,且提高淬火温度1050~1070℃为宜；
重视经时变化时，请加实施冷处理。
⑹回火温度与尺寸变化：无论交货时为预硬还是退火状态，均能通过300℃前后的回火控制使尺寸变化减至极小。
其它模具钢新材料包括：日本大同模具钢的D-STAR、NAK-PRM、DHA-WORLD、DH31-EX、DCLT、DCMX等；瑞典UDDEHOLM工具钢公司的MIRRAX ESR、CORRAX、ELMAX、SLEIPNER等。

㈢、模具钢材的性能对比：
1.冷作模具钢：
SKS3:同国产9CrWMn,美国的O1,瑞典一胜百模具钢的DF-2, 瑞典UDDEHOLM工具钢的ARNE.
SKD1:高碳高铬工具钢,具有较高的淬透性,较小的淬火变形性.淬火硬度达:HRC>60,耐磨性能好.相当于中国牌号的Cr12, 瑞典一胜百模具钢的XW-5,美国的D3钢种.交货状态:退火处理HB267~217(HRC28~18).用于冲击负载较小的冷冲模,拉伸模,压印模和冷切剪模.SKD1属冷轧金属模用SKS系列合金工具钢,成分:C-1.8~2.4,Si-0.4以下,Mn-0.6以下,P/S-0.03以下,Cr-12.0~15.0 可用于拉线模与抽拉模.
SKD11:同国产的Cr12Mo1V1,或是Cr12Mo1V,以及美国的D2钢.另外热处理后性能:淬火温度1010度,淬火介质为空气,回火温度为204度,回火持硬度HRC58~60.
DC53:日本大同模具钢,有高淬透性,高硬度,高耐磨共晶碳化物均匀,韧性高,不易开裂.HRC>62.相当中国牌号中的Cr8Mo1V1,适用于高韧性,高耐磨性的深冲模及花模.交货时退火处理:硬度HB<255(HRC25).
6Cr5MnSi:中国牌号,退火状态硬度低,易于加工,液火硬度高,HRC>58,韧性和耐磨性能好,适用于雕花模,油压印模,压机模,切边模,压制钛金属,不锈钢等材料.交货时退火处理:硬度HB<220(HRC18).
2.热作模具钢：
SKD61:同国产4Cr5MoSiV1, 瑞典一胜百模具钢8407, 瑞典UDDEHOLM工具钢的ORVAR SUPREME以及美国的H13,见上所述,另外热处理后性能:淬火温度1010度,淬火介质为油,回火温度为550度,回火后硬度为HRC53~55.
SKD5:为SKS合金工具钢系中的热轧金属模用钢,在高温下有较高的强度和硬度,抵抗冷热交变的耐疲劳性能好.相当国牌号:3Cr2W8V.也同美国的H21钢种,成分为: C-0.25~0.35,Si-0.4以下,Mn-0.5以下,P/S-0.03以下,Cr-2.0~3.0,W-9.0~10.0,V-0.3~0.5.适用于制作高温下高应力,但不受冲击负荷的凸模,凹模;也可供作同时承受较大的压应力,弯应力和拉应力的模具.如冲模,压铸模,押出模.交货时退火处理,硬度HB<255.即HRC25.
SKT4:也为SKS合金工具钢系中热轧金属模用钢,有良好的淬火性能,韧性,强度和耐磨性好,在室温和在500~600度时的力学性能几乎相同,相当于国牌号:5CrNiMo,同美国的L6钢种.成分如下:C-0.5~0.6,Si-0.35以下,Mn-0.6~1.0,P/S-0.03以下,Ni-1.3~2.0,Cr-0.7~1.0,Mo-0.2~0.5,可用来作各种大中型锻模,以及模块.交货时为退火处理:硬度HB241~197,即硬度HRC23~12
SKD6:也为SKS合金工具钢系中热轧金属模用钢,空冷硬化钢,中温作业下有很好的韧性,较好的热强度,热疲劳性能和一定的耐磨性.相当国牌号中:4Cr5MoSiV,同美国的H11,成分为:C-0.32~0.42,Si-0.8~1.2,Mn-0.5以下,P/S-0.03以下,Cr-1.0~1.5,V-0.3~0.5,适用于制造铝铸件的压铸模,热挤压模和穿孔用的工具及压力机锻模,塑料模.如冲模,压铸模,押出模.交货时退火处理,硬度HB<235,即HRC22
3.塑料模具钢：
3Cr2Mo:国牌号,同于瑞典的618,同美国的P20,交货时可预硬至HRC30~36,或是退火至HB<235(HRC22).预硬材料可以免除热处理,永不变形,适合电蚀加工,易于镜面抛光.常用于热塑性塑料料的注塑模,吹塑模和挤压模.
3Cr2NiMo:国牌号,同瑞典的718钢,美国的P20+NI钢,交货时预硬至HRC30到60,己预硬不需要再淬硬,永不变形,适合于电蚀加工易镜面抛光处理,综合力学性能好,可再加硬至HRC>40.常用于有镜面抛光要求的大型塑料模具.
SUS420J2:为麻田散铁系SUS不锈钢种,相当于国产4Cr13钢.瑞典一胜百模具钢的S136钢,瑞典UDDEHOLM工具钢公司的STAVAX ESR钢,美国的S42000钢,交货时预硬至HRC30~36,或是退火HB<235,即HRC22.性能不锈耐腐蚀,预硬钢免除热处理,永不变形;退火钢淬火回火后硬度高达HRC>50,有超镜面加工性能.常用于有腐蚀气体的含氟塑料或是添加阻燃剂的有腐蚀的塑料模具.其成分:C-0.26~0.4,Si-1.0以下,Mn-1.0以下,P-0.04以下,S-0.03以下,Ni-0.06以下,Cr-12.0到14.0
3Cr17Mo:国牌号,同瑞典的168钢,交货时预硬至HRC30~36,或退火HB<285,即HRC30.为不锈耐腐蚀钢,抗腐蚀性能好,耐磨性能高,退火料淬火回火后硬度可达HRC46~48,常用于高防腐蚀及需要镜面抛光的模具,特别适合于用PVC料.
NAK80:相当于国产钢种10Ni3MnCuAl,交货时时效硬化,硬度达HRC36~43.可免除热处理,永不变形,表面至中心硬度均匀,电蚀加工性能良好.常用于镜面要求的摄影机,收音机,音响设备和透明罩以及胶片等.
SUS420/SUS420J2:相当于国产3-4Cr13,美国的420,是抗腐蚀马氏体不锈钢,热处理状态下有有良好的材料稳定性,极佳的抛旋光性和退火状态下良好的机械加工性能.
SCM440:相当于国产42CrMo,美国的4140,适合制作中小型挤出模具,材料达高微观纯凈度和结构上的高匀质水平,
SUS630:相当于国产的0Cr17NiCu4Nb,美国的17-4PH.新钢种是沉淀硬化型马氏体不锈钢,该钢种可具备所有性能的使用,或是适用于一定硬度级别上对机械性能的变化范围有比较大的要求时所选用的材料,适用在对韧性/硬度/抛旋光性能/抗腐蚀性能有综合要求的模具上.

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