模具鋼是工具鋼的一種,工具鋼分七大類,分別是碳素工具鋼、低合金工具鋼、高合金工具鋼(又稱冷作模具鋼)、高速工具鋼、塑料模具鋼、熱作模具鋼、特殊用途鋼。不同的模具需要不同的性能,模具鋼大概有750個鋼號。
有些鋼號的合金成分,性能看似一樣的,但決定模具鋼的性能是合金成分、冶煉質(zhì)量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、熱處理工藝、組織狀態(tài),這5個方面綜合作用下,呈現(xiàn)出來的綜合表現(xiàn),而不是單個的一對一的因果關(guān)系。但說明書上能呈現(xiàn)出來的,只有合金成分和性能說明。
這也是很多人選擇模具鋼材時,感到困惑的原因所在,感覺都差不多,到底選哪一個。同時這也是很多商家魚龍混雜的原因所在,他們欺負用戶看不懂,就用合金成分達標來標榜自己是“國標料”,價格很便宜,并以性價比高來粉飾自己。
但用戶買回去使用后,卻發(fā)現(xiàn)性能沒有說明書寫的那么好,但又找不到原因,只能吃啞巴虧。其實他們是偷換了感念,把5個因素說成是一對一的單個因素,這也是模具鋼市場,假貨滿街,以次充好、粗制濫造的原因所在。
750個鋼號,大概可以歸類為7大類,每一個類別的合金總量、性能、使用場合都不同。
碳素工具鋼是指碳C含量很高,硬度比較高,但不含合金的工具鋼,常用的牌號有T8、T9、T10、T12,“T”是特鋼的漢語拼音縮寫,后面的數(shù)字代表含碳量的百分比,T8代表的是碳C含量0.8%,T12代表是碳C含量是1.2%。
它們的硬度一般可以做到55-60HRC的高硬度,耐磨性比鐵料好,但因為不含合金,淬透性差,表面硬度和心部硬度不一致,也很脆,容易碎裂,熱處理后不能進行線切割的精密加工。一般用于導柱導套,簡單的工具,只要求耐磨性,不受沖擊的工況使用,但價格低廉。
為了提高工具鋼的淬透性和耐磨性,就往鋼材里面加了一點合金,就延伸出低合金工具鋼,這類合金加得很少的,一般是1%~2%,所以性能提高有限。常用的牌號有,GCr15(滾動軸承鋼)、60Si2Mn(彈簧鋼),9CrWMn(油鋼)、9SiCr、W2等。
合金和碳在淬火時,會生成某些堅硬的碳化物組織,從而提高了耐磨性,也增加了淬透性,淬硬層變深,工具就可以多次修復,而不影響刀口耐磨性;因為硬度趨于一致,抗沖擊韌性也提高了,使用硬度一般是55-60HRC??梢杂糜诤唵蔚哪>?,耐磨零件如軸承,彈簧,切削速度不快的手工刀具,如裁紙刀、裁縫針、木工刀具、菜刀等。
為了進一步提高耐磨性和淬硬層的深度,就往金屬里面加了大量的合金,比如:Cr12,碳C含量2.0%,鉻Cr含量12%,以提高它的淬透性,并得到大量的堅硬的碳化物組織,從而提高耐磨性,這就是高合金工具鋼,也是我們常說的冷作模具鋼,它的耐磨性大約是低合金工具鋼的3倍,并因為硬度均勻,回火溫度高,內(nèi)應力得到大量釋放,韌性得到提高,熱處理后可以進行線切割的精密加工,而不會開裂,并大量應用于模具上面使用,以及切削速度較快的自動化零件。
冷作模具鋼常用的牌號有Cr12、Cr12MoV、SKD11、Cr12Mo1V1、D2、DC53、8503、8566、LD、88、K340等,使用硬度HRC58-62,耐磨性非常好,并兼顧了抗崩裂性能,穩(wěn)定性大幅提高,使用場合被放大,甚至惡劣的工況也能信任。因為使用范圍廣,你聽到的頻率高,這也是我們耳熟能詳?shù)匿摲N。
為了進一步提高耐磨性,以滿足某些高速切削、硬料切削、對耐磨性有特殊要求的工況使用,就延伸出了高速工具鋼。這類鋼材的合金總量達到20%-30%,并且大量添加了紅硬性很好的鎢鈷合金,使用硬度HRC62-69HRC,不僅耐磨性好,紅硬性也非常好,在高速切削產(chǎn)生高熱的條件下,硬度也不下降,還能保持高的耐磨性和切削性能,這是其它工具鋼所不具備的特性。
典型的牌號是W18Cr4V,這款鎢系高速鋼,但因為鎢W含量太高,脆性很大,資源浪費也大??蒲腥藛T就想到了用鉬Mo來代替鎢W,在保證紅硬性的前提下,提高韌性,后來就有的W6Mo5Cr4V2的鎢鉬系的通用型高速鋼,使用硬度HRC62-64,抗沖擊韌性得到大幅度的提高;冶煉難度、熱處理難度也大幅下降了,生產(chǎn)工藝也得到改善;這款材料已經(jīng)成為高速鋼里面的通用材料,應用廣泛,市場需求量也大,歷史也久遠,從開始使用距今已經(jīng)有120年的歷史了,還沒有被市場淘汰。
高速鋼常用的牌號有W6Mo5Cr4V2、SKH51、SKH-9、M2、SKH55、M35、SKH-59、M42。它們主要用于高速切削刀具、硬料切削刀具,要求耐磨的模具沖頭料。
由于當下的生產(chǎn)需求,對耐磨性、抗崩裂性能提出了更高的要求,普通熔鑄高速鋼的合金總量已經(jīng)沒辦法再增加了,后來就延長了粉末冶煉的先進工藝,進一步提高了高速鋼的合金總量和碳C含量,改變了碳化物的形態(tài),增加了數(shù)量、尺寸變得更細小,分布也更加均勻,從而大幅度提高了耐磨性,并保持了抗沖擊韌性,讓我們切削工具、模具的壽命大幅延長。
粉末高速鋼的通用牌號有PM23、PM4、PM30、PM53、PM60,大家耳熟能詳?shù)钠放泼Q有ASP23、ASP30、ASP60。
粉末高速鋼誕生距今已經(jīng)有55年歷史了,由于技術(shù)的不斷迭代,顆粒度越來越細小,性能也越來越好,已經(jīng)被大量的使用,但由于冶煉成本高昂,限制了它的使用,但從性能方面考慮,是完全可以替代普通熔鑄高速鋼的。
塑料模具鋼主要用于注塑模具使用,根據(jù)使用場合的性質(zhì),一般分3類,預硬型塑料模具鋼、防銹型塑料模具鋼、高硬度的塑料模具鋼。
預硬型塑料模具鋼是鋼廠已經(jīng)調(diào)質(zhì)好硬度的,可以直接加工成模具的,模具廠省去了熱處理的費用和時間,適合做大型模具的材料,硬度一般是28-42HRC之間,常見的牌號有P20、2311、2738H、718H、NAK80、FDAC等,不銹鋼系列的S136H、2316H、4Cr13H、2083H等。
防銹型塑料模具鋼是從不銹鋼中演變過來的,一般是指馬氏體不銹鋼,可以淬火加硬的,模具既能防銹,又抗腐蝕,還能鏡面拋光,主要的牌號除了上面提及的預硬型不銹鋼外,還有需要淬火加硬,做硬模用的,常見牌號有4Cr13、2Cr13、3Cr13、2083、 S136、S136-D、M316、2316、M340等,淬火硬度HRC50-56。
高硬度的塑料模具鋼是鋼廠以退火狀態(tài)供貨,你粗加工后淬火加硬,做硬模用的,使用硬度一般是50-60HRC,除了上文提及的不銹鋼,還有H13、2344、SKD61、8407、8418、LG、8503等。
熱作模具鋼是指模具要在高溫下使用的壓鑄模具、熱鍛模具、熱擠壓模具用的模具材料,它們都是要熱處理的,而且耐熱合金鉬Mo都比較高,具備很好的耐熱性能、熱疲勞性能、抗沖蝕性能,熱磨損性能,高的紅硬性,高溫強度好,不同的模具,不同的使用場合,需要不同的性能。
熱作模具鋼常見的牌號是低合金的5CrNiMo,鎢系的3Cr2W8V,兼顧低合金的韌性和鎢系的耐熱性能,又兼顧了抗沖蝕性能的鉻系熱作模具鋼,常見的牌號有4Cr5MoSiV,4Cr5MoSiV1、H13、H11、SKD61、2344、8407、2343。這四類是市場上比較常見,我們平常使用頻率比較高的熱作模具鋼。
還有耐熱性能更好的8418、DIEVAR、HD、8433等。還有硬度HRC54-60、熱磨損性能更好的鉻鉬鎢系熱作模具鋼的GR、W360、LG、8566、YXR33等。
特殊用途鋼,一般是指針對某一特殊領(lǐng)域的定制化鋼種,我們接觸的不多,在此就不再敖述。
上文的模具鋼介紹,是根據(jù)使用性能,方便大家記憶,所做的一些分類。模具鋼的分類沒有明顯的界限和硬性的規(guī)定,只是為了方便模具鋼用戶的使用,而做的一些分類,以及我本人多年從事模具鋼的一些行業(yè)經(jīng)驗總結(jié),希望對大家了解模具鋼,選擇模具鋼,使用模具鋼,有一些借鑒作用。
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我是模具鋼大王吳德劍,來自東莞譽輝模具鋼,譽輝模具鋼,3個世界500強在用,京瓷連續(xù)7年采購譽輝模具鋼。我已經(jīng)解決了4000多家企業(yè),在模具選材、制作和使用方面的疑難雜癥,如果你在選擇模具鋼材時,有拿不定主意的,或者是現(xiàn)在用的模具鋼,模具使用壽命短的,你不知道用哪款材料的,歡迎你來找我,相信在這方面,我是能夠做你參謀長,并且能夠讓你少交學費。吳德劍模具鋼,用戶的參謀長,用過的都買賬!