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模具钢\工具钢

种类及用途
42CrMo简介


   42CrMo钢材属于超高强度钢,具有高强度和韧性,淬透性也较好,无明显的回火脆性,调质处理后有较高的疲劳极限和抗多次冲击能力,低温冲击韧性良好。42CrMo钢材适宜制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。通常将调制后表面淬火作为热处理方案。42CrMo钢材从材料分类上来说属于模具钢中的塑料模具用钢,具有良好的机械性能及可加工性,应用相当广泛,主要有板材和圆棒两种类型的材料,其中板材用于模具的加工生产,圆棒用于机械直接加工零件,得到了行业的认可。


 

化学成份:

 

C

Si

Mn

S

Cr

P

Mo

0.380.45%

0.170.37%

0.500.80%

0.035%

0.901.20%

0.035%

0.150.25%

 

 

力学性能:


抗拉强度σb (MPa)

屈服强度σs (MPa)

伸长率δ5 (%)

硬度

密度ρ(kg/m³)

1080(110)

930(95)

12

217HB

7.85

 

热处理及规范

 

热加工规范

加热温度1150 ~1200°C,开始温度1130 ~1180°C,终止温度> 850°C,φ> 50mm,缓冷。

正火规范

正火温度850~900°C,出炉空冷。

高温回火规范

回火温度680~700°C,出炉空冷。

淬火、回火规范

预热温度680 ~700°C,淬火温度840~880°C,油冷,回火温度580°C,水冷或油冷,硬度≤217HBW

亚温淬火强韧化处理规范

淬火温度900°C,回火温度560°C,硬度(37±1) HRC

感应淬火、回火规范

淬火温度900°C,回火温度150~180°C,硬度54 ~60HRC

  

  


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40Cr


40Cr是我国GB的标准钢号,40Cr钢是机械制造业广泛使用的钢之一。调质处理后具有良好的综合力学性能,良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好,水淬时可淬透到Ф2860mm,油淬时可淬透到Ф1540mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。切削性能较好,当硬度为174229HB时,相对切削加工性为60%。该钢适于制作中型塑料模具。

 

化学成分

C:0.37~0.44

Si:0.17~0.37

Mn:0.50~0.80

Cr:0.80~1.10

Ni:0.30

P:0.035

S:0.035

Cu:0.030

Mo:0.10


力学性能

试样毛坯尺寸(mm):25

热处理:

第一次淬火加热温度(℃):850;冷却剂:油

第二次淬火加热温度(℃):-

回火加热温度(℃):520

抗拉强度(σb/MPa):≥810(实际硬度25HRC时)

屈服点(σs/MPa):≥785

断后伸长率(δ5/%):≥9

断面收缩率(ψ/%):≥45

冲击吸收功(Aku2/J):≥47

布氏硬度(100/3000HBW)(退火或高温回火状态):≤207

 

用途

这种钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件,如汽车的转向节、后半轴以及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等;

经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件,如齿轮、主轴、油泵转子、滑块、套环等;

经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件,如蜗杆、主轴、轴、套环等;

经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件,如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、 螺钉、螺帽、进气阀等。

此外,这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件,如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。



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SKD11简介  

 

  SKD11是高耐磨韧性通用冷作模具钢、高碳高铬合金工具钢和真空脱气精炼钢,钢质纯净,具有淬透性好、淬火变形量小的良好淬硬性。该钢经球化退火软化处理,可加工性良好,碳化物颗粒细小均匀,无须担心淬火开裂强化元素钼、钒的持殊加入。高硬度、高耐磨共晶碳化物均匀,韧性好,不易开裂,淬火后硬度>62HRC。在525℃氮化处理,时间为20h/30h/60h,氨化层深度0.25mm/0. 30mm/0. 35mm,零件表面硬度1250HV;570℃氮化处理时间为2h.氮化层深度10~20μm,零件表面硬度950HV

 

化学成分


C碳 1.40-1.60

Si硅 ≤0.40

Mn锰 ≤0.60

P磷≤0.030

S硫≤0.030

Cr铬 11.0-13.0

Mo钼 0.80-1.20

Ni镍≤0.50

V钒 0.20-0.50

Cu铜≤0.25

 

用途

  

  SKD11在铝、锌压铸用模具材料方面,应用较广泛,此钢含有钨成分之耐高温高级合金钢,适用于热作,铝、镁、锌、铜合金压铸模,切槽刀,剪刀及热锻动作,塑胶型模,热作铰刀,轧刀,一般热作锻模,热螺栓模,热间各种工具等。



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  DC53模具钢介绍  

  原产地进口的DC53模具钢为高性能冷作模具钢,曾是大同钢号PD613的前身,大同钢厂是在DC53材料的基础上进行系列改进,升级了材料的各项性能,使其转变为高硬、高镜面塑料模具钢(抛光性能可达#10000左右),厂内牌号为PD613。DC53是大同制钢厂对日本现有JIS标准的SKD11模具钢进行改良升级的高性能冷作模具钢,其技术规范载于日本工业的JIS标准G4404。它克服了SKD11高温回火硬度和韧性不足的弱点,将在通用及模具领域取代SKD11。  

  DC53模具钢热处理硬度高於SKD11,高温520-530℃, 回火后可达62-63HRC高硬度,在强度和耐磨性方面日本大同DC53超过SKD11模具钢。韧性是SKD11模具钢的2倍,DC53的韧性在冷作模具钢中较为突出,用DC53制造的工具很少出现裂纹和开裂,大大提高了使用寿命。  

  国产DC53有很多厂家生产,业内比较认可的是抚顺特钢出品的替代材料,早期牌号为FS353,也有一些批发商称为Cr8W2VSi,国内绝大多数材料供应商使用Cr12Mo1V1来替代进口DC53,这种行为是非常不负责任的,因为使用的Cr12Mo1V1来替代进口SKD11模具钢都无法达到各项性能吻合,所以替代DC53就会变得更加不可能。一件标示使用进口材料的冷作模具,如果采用了国产替代料来制造,就会导致模具在使用寿命上会大打折扣,而且模具生产出来的产品与工件也不会达到好的效果和设计模次。  

  原产地进口的DC53线切割加工后的残余应力较小,经高温回火减少了残余应力,线切割加工后的裂纹和变形得到控制,切削性和研磨性超过SKD11模具钢, DC53模具钢的切削性和研磨性优于SKD11,所以同等条件下,使用DC53模具钢可增加工模具寿命和减少加工工序。  

  DC53模具钢化学成分  

元素
碳C
 
硅Si锰Mn铬Cr钼Mo钒V
含量10.910.32820.28

  

  DC53模具钢性能  

  (1)被切削性,被研磨性良好。  

  被切削性,被研磨性皆比SKD11好,所以加工工具寿命较长,加工工时数较省。  

  (2)在热处理上之优点 

  淬火硬化能比SKD11高,所以可改善真空热处理时硬度不足之缺陷。  

  (3)在线切割加工上之优点  

  藉高温回火可减轻残留应力及消除残留沃斯田铁,能防止线切割加工产生龟裂、变形之困扰。  

  (4)在表面硬化处理上之优点 

  表面硬化处理后表面硬度比SKD11高,因此可提高模具性能。  


  DC53模具钢用途  

  DC53冷作模具钢被广泛使用在冲栽模具、冷作成型模具、冷拉模具;成型轧辊、冲头; 冲压模;线切割加工的冲裁模及各种用途冲压模;难加工材料的塑性变形用工具;冷锻、深拉和搓丝用模;高速冲裁冲头、不锈钢板冲头上。  

  1.冲栽模具、冷作成型模具、冷拉模具  

  2.成型轧辊、冲头  

  3.冲压模  

  4.线切割加工的冲裁模及各种用途冲压模  

  5.难加工材料的塑性变形用工具  

  6.冷锻、深拉和搓丝用模  

  经销的进口DC53模具钢经1040℃淬火和520~530℃高温回火后,硬度HRC可达62~63,韧性是目前常用的冷作模具钢中高的,且切削性、磨削性较好,电加工变质层残余应力小,残余奥氏体少,碳化物细小并分布均匀。因模具受力情况较复杂,有些模具工作零件需具备一些特殊的力学性能,若按标准的热处理工艺往往无法达到理想的工作性能要求,需通过热处理对硬度、韧性和耐磨性等基本特性作适当调整,以达到模具工作状态,所以在使用过程中一定要参照正规热处理规范进行热处理加工,切不可为了降低费用而减少热处理升温或冷却时间。  

  

DC53模具钢性能参数比 
热膨胀系数X10-5/℃
-150℃
 
-200℃-300℃残留奥氏体

13
 
13.514.214%
热导率cal/cm.sec.℃
室温
 
100℃200℃300℃400℃500℃

0.057
 
0.060.0640.0640.0650.062
弹性模量
21700  kgf/mm²
 
刚性模量
480  kgf/mm²8
 
泊松比
0.28
 
比重g/cm³
7.87

  

  DC53模具钢处理加工

  DC53模具钢淬火  

  在实际热处理中,保温时间为每25mm厚20-30分钟。  

  一次预热温度:650℃,升温时间30分钟,保温时间2小时 。  

  二次预热温度:850℃,升温时间20分钟,保温时间2小时 。  

  三次升温温度:1030℃,升温时间20分钟,保温时间1.5小时 。  

  冷却方式:油冷,冷却至油温。 然后及时进行一次回火。  

  DC53模具钢回火  

  DC53在100~500℃回火时,硬度值变化并不大,在200℃回火时硬度和冲击韧性都较高。  

  在400~500℃回火时硬度较高,韧性大幅度下降。  

  在520~530℃高温回火后,硬度HRC可达62~63,韧性为Crl2MoV的两倍。  

  在600℃回火时冲击韧性很高,硬度显著下降,平均HRC硬度值仅为52.4,故回火温度不宜太高。  

  一般回火温度在530℃,保温6小时,每25mm厚60-90分钟保温时间,回火二次。  


  DC53模具钢注意事项 

  形态复杂的冲模、修整模、冷轧辊轮等工模具宜采用低温回火工艺,以使模具或机械零件获得很高硬度、韧性、耐磨性能、强度等,低温回火可有效延长模具寿命、防止过度磨损、变形、开裂等早期失效现象。冲击负荷较大、较复杂的模具或者自动化设备零件可使用低淬火高回工艺以便于得到较高的冲击韧性防止模具或工件出现脆性断裂。

  

  DC53模具钢氮化处理  

  工件经氮化处理后表面获得致密的硬化层组织,使工件的耐磨性与抗蚀性显著提高。525℃气体氮化处理后表层硬度约1250HV, 570℃软氮化处理表层硬度约 950HV。  

  进口DC53模具钢是在进口SKD11模具钢的基础上改进的冷作模具钢,常规热处理条件下,残余奥氏体几乎全部分解,一般可省略深冷处理,在较强硬度下仍可保持较高的韧性。模具要求不高,需要追求更有性价比的客户请与的销售人员咨询国产各等级DC53的具体性能与差异。

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 D2模具钢是一种工具钢,含碳量达1.5%,含铬量达11.5%,经热处理硬度可达60HRC。它是一种半不锈钢,D2钢具有较好的耐磨性以及适中的韧性,缺点是耐腐蚀性略显不足,是一种比较适合实用的钢材,Bob Dozier很喜欢用D-2。D2钢材高耐磨、微变形冷作模具钢,风硬工具钢。D2钢可用来制造截面大、形状复杂、经受冲击力大、要求耐磨性高的冷作模具钢,如硅钢片冲模、冷切剪刀、切边模等。  

  综合评分:耐磨性2.5分,韧性2.5分,耐腐蚀性2分。  

  D2国际上较广泛应用的高碳高铬冷作模具钢,属莱氏体钢,具有高的淬透性、淬硬性和高的耐磨性;高温抗氧化性能好,淬火和抛光后抗锈蚀能力好,热处理变形小。  

  D2模具钢化学成份  

  元素碳C硅Si锰Mn铬Cr铜Cu钒V钼Mo  

  含量1.550.350.35120.20.90.9 


  D2模具钢材料特性  

  D2 钢是高耐磨微变形冷作模具钢, 属于风硬型工具钢。该钢碳的质量分数高达1.5%, 铬的质量分数高达11.5%, 经热处理后硬度可达60HRC, 但相对地延展性、韧性、耐锈能力较弱,钢材表面亦难作镜面磨光处理。随着冷冲压制品朝着高精度、多品种的发展, 要求模具钢具有较好的耐磨性和韧性。同Cr12MoV钢相比, 该钢在化学成分上增加了Mo、 V,改变了钢的铸造组织, 改善了菜氏体的形貌, 强韧性及耐磨性优于Cr12MoV钢, 提高了模具的使用寿命。由于该钢的屈服点及塑性变形抗力较 Cr12MoV 钢高, 因而其锻造性能及热塑成形性较Cr12MoV 钢略差。  

  1.加工性良好,热处理尺寸稳定性能好;  

  2.优良的机械加工性能; 

  3.淬硬时,具备良好的尺寸稳定性;  

  4.淬硬和回火后,具有高的表面硬度与机体韧性的良好配合;  

 

 D2模具钢用途  

  适用于复杂可能变形的工具钢,高耐磨性长寿命的各类冷冲压模具及冷剪切刃,搓丝板;冷挤压成形、拉伸模、啤不锈钢片及高硬度材料的冲裁模等。  

  1) 用于冰箱压缩机后罩拉深模具, 淬火硬度56~58HRC。  

  2) 为提高D2冷作模具扁钢轧材的使用寿命, 采用添加稀土的方法, 则钢的耐磨性和冲击韧度均大为改善, 从而达到提高圆模具扁钢轧材使用寿命的目的。  

  3) 由于D2钢中的V、 Mo含量高于Cr12MoV钢, 具有更好的综合性能, 而传统的Cr12MoV钢将逐渐被取代。  

  4) 用D2钢制造的滚丝轮、离台调板冷冲模, 与Cr12MoV钢相比可提高使用寿命5 ~6 倍。  


  D2模具钢加工处理

  去应力退火:工件粗加工后,加热至600~650℃,保温2小时,随炉冷却到500℃,出炉空冷。  

  淬火:工件缓慢升温到600℃,保温20分钟进行一次预热,均温后升至850℃,再保温30min进行二次预热,然后升温到1020~1040℃,保温25~40min,出炉空冷。  

  回火:淬火后应立即回火,并回火至少两次,每次保温时间不低于2h  

  注意:淬火后应及时回火,防止开裂,并要防止表面脱碳,量规及高精度模具应进行深冷处理(-70℃),并采用高温回火,减少工件变形,高温回火温度500~560℃,硬度大于58HRC。  

  硬度 :退火,≤255HB,压痕直径≥3.8mm,淬火,≥59HRC 。  

  交货状态为软性退火至255HB。  

  热处理规范及金相组织:淬火,820±15℃预热,1000±6℃(盐浴)或1010±6℃(炉控气氛)加热,保温10~20min,空冷,200±6℃回火。

  

  D2模具钢参考牌号  

  中国 GB 标准牌号 Cr12Mo1v1  

  美国 ASTM/UNS 标准牌号 D2/T30402  

  国际标准化组织 (ISO) 标准牌号 160CrMoV12  

  德国DIN标准材料编号1.2379  

  德国DIN标准牌号 X155CrMoV12-1  

  法国 NF 标准牌号 X160CrMoV12  

  英国 BS 标准牌号 BD2  

  日本 JIS标准牌号SKD11  

  日本日立 (HITACHl) 标准牌号SLD  

  日本大同 (DAIDO) 标准牌号DC11  

  日本不二越 (NACHl) 标准牌号 CDS11  

  奥地利百禄 (BOHLER) 标准牌号K110  

  瑞典一胜百 (ASSAB) 标准牌号 XW41

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  M2是钼系高速钢,具有碳化物不均匀性小和韧性较高的优点。易于过热,故应严格控制淬火加热温度,对热处理保护要求较严。

  M2是钼系高速钢,具有碳化物不均匀性小和韧性较高的优点。易于过热,故应严格控制淬火加热温度,对热处理保护要求较严。由于其硬度和耐磨性好,多用于制造切削较难切削材料的刀具。M2高速钢具有碳化物倾向性较大,故对热处理保护要求较严,适合承受震动和冲击荷载的模具。

  出厂硬度:≤255HB

  淬硬温度:1220-1240

  硬度:≤63

  主要用途:

  冷锻模、精冲模、粉末压制模等,剪切机模,添加玻纤之塑料模等。适合承受震动和冲击荷载的模具:深拉模具、冲孔模。金属切割锯刃,冷镦和挤出工具等。

  化学成分

  碳 C :0.80~0.90(允许偏差:±0.01)

  硅 Si:0.20~0.45(允许偏差:±0.05)

  锰 Mn:0.15~0.40(允许偏差:+0.04)

  硫 S :≤0.030

  磷 P :≤0.030

  铬 Cr:3.80~4.40(允许偏差:±0.05)

  镍 Ni:允许残余含量≤0.30

  铜 Cu:允许残余含量≤0.25

  钒 V :1.75~2.20(允许偏差:±0.05)

  钼 Mo:4.50~5.50(允许偏差:尺寸≤6,±0.05;尺寸>6,±0.10)

  钨 W :5.50~6.75(允许偏差:尺寸≤10,±0.10;尺寸>10,±0.20)

  注:根据供需双方协议,V的含量可为1.60~2.20

  凝固作用

  研究了Ce对M2高速钢凝固组织的影响及其作用机制。发现Ce在高速钢中可减轻W,Mo等合金元素的偏析,使共晶碳化物量减少并细化;Ce主要偏聚在晶界共晶碳化物与奥氏体的界面上,并有部分Ce参与形成含Ce的M2C碳化物;Ce促进共晶碳化物在高温加热时的断网和团球化。

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  M42高速钢主要特性是高钴韧性高速钢.M42高速钢淬硬温度是1170-1210℃.M42高速钢主要用于高韧性耐磨五金冷冲模,美国M42高速钢也可用于切割工具及刀中冷却。

  W2Mo9Cr4VCo8钢代号M42. 是美国牌号的超硬钴高速工具钢, M42钢中钒的质量分数不高 (1%), 钴的质量分数高 (8%), 钴能促使碳化物在淬火加热时更多地溶解在基体内, 利用高的基体硬度提高耐磨性。该钢的硬度、热硬性、耐磨柱及磨削性都很好。热处理硬度可达 67~70HRC, 但也有采取特殊热处理方法, 得到硬度 67 ~68HRC,使其切削性能 (特别是间断切削) 得到改善, 提高冲击韧度。该钢可制成各种刀具,切削难加工材料时效果很好, 又因其磨削性能好。 可制成复杂刀具, 但中国钴资源缺乏, 钴高速钢价格昂贵, 约为普通高速钢的5~8倍。

  国产钴高速钢在淬回火硬度、热硬性、使用性能等方面都有了一定的提高, 接近或达到了进口钢材水平。淬火、回火后硬度≥67HRC, 均匀度≤±0.5%。产品规格: φ10~150mm, 热轧、锻制圆钢、矩形材、方钢、锻件等。按 GB/T 9943-2008 标准或用户要求组织生产。

  超硬速钢是为了适应加工难切削材料, 如耐热合金等的需要, 在综合高碳高钒高速钢与高碳高钴高速钢优点的基础上发展起来的。一般在使用时硬度≥64HRC。该钢的工艺性能优于 M2Al钢, 冷热加工性能较好; 淬、回火后硬度与 M35 钢相同,为(66±1)HRC。

  该钢高耐磨耗、耐高压、耐烧结。

  m42高速钢特性

  特性:高红热硬度,高耐磨耗性与切削能力,高冲击韧性。晶粒细致均匀,韧性高。

  m42高速钢用途:

  刀具业:刮刀,滚齿刀,铁刀,钻头等

  锻造业:锻造模具

  螺丝业:六角等打头成型模具,牙攻,冲头

  化学成分

  该钢主要化学成分 (质量分数): C1.10%、 Si0.20% ~0.40%、 Mn0.20% ~0.40%、 Cr3.75%、 Mo9.50%、 V1.15%、 W1.50% 、 Co8.00%。

  热处理温度及参考办法:

  温火:温度800~880℃,以10~20℃,dHr炉冷至约600℃,硬度在HB269以上。

  应力消除:温度650~750℃,炉中冷却

  供货状态

  退火态硬度≤269HBW, 冷拉态硬度≤285HBW, 冷拉后退火态硬度≤277HBW。

  参考对应牌号

  美国AISI标准牌号 M42、中国 GB 标准牌号 W2Mo9Cr4VCo8、日本JIS标准牌号SKH55、日本日立(HITACHI)标准牌号YXM42、日本不二越(NACHI)标准牌号HSD42、德国 DIN 标准牌号 S2-10-1-8、德国 DIN 标准材料编号 1.3247、奥地利百禄(BOHLER)标准牌号 S500。

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  W18Cr4V为钨系高速钢,具有高的硬度、红硬性及高温硬度。其热处理范围较宽淬火不易过热,热处理过程不易氧化脱碳,磨削加工性能较好。该钢在500℃及600℃时硬度分别保持在HRC63~64及HRC62~63,对于大量的、一般的被加工材料具有良好的切削性能。

  简介

  1、W18Cr4v,常用的钨系高速钢的一种,它属于莱氏体钢,是高速钢应用长久的一种。和其它高速钢一样,常被称为“白钢”、“锋钢”或“风钢”(空冷即可淬火)。

  2、化学成分(GB/T 9943-2008《高速工具钢》):

  含碳量0.7--0.8%,含钨量17.5--19%,含铬量3.80--4.4%,含钒量1.0--1.4%,含硅量小于0.4%,含锰量小于0.4%,含钼量小于0.3%。

  3、红硬性:

  切削温度540度时,硬度可保持HRC66;

  切削温度600度时,硬度可保持HRC63。

  4、优点:通用性强,工艺成熟。

  5、缺点:碳化物偏析严重,热塑性低,刀具硬度和红硬性满足不了加工特硬和特韧材料。合金元素含量多,成本高。

  6、切削速度:80米/秒(600摄氏度)。

  7、用途:形状复杂的小型刀具。

  8、W18Cr4V钢的性质与加工工艺

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  高速工具钢的一类,以钨、钼、铬、钒,有时还有钴为主要合金元素的高碳高合金莱氏体钢,通常用作高速切削工具,简称高速钢,俗称锋钢。




形成原理

高速工具钢主要用于制造高效率的切削刀具。由于其具有红硬性高、耐磨性好、强度高等特性,也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。高速工具钢经热处理后的使用硬度可达HRC63以上,在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度,而且其韧性、耐磨性和耐热性均较好。退火状态的高速工具钢的主要合金元素有钨、钼、铬、钒,还有一些高速工具钢中加入了钴、铝等元素。这类钢属于高碳高合金莱氏体钢,其主要的组织特征之一是含有大量的碳化物。铸态高速工具钢中的碳化物是共晶碳化物,经热压力加工后破碎成颗粒状分布在钢中,称为一次碳化物;从奥氏体和马氏体基体中析出的碳化物称为二次碳化物。这些碳化物对高速工具钢的性能影响很大,特别是二次碳化物,其对钢的奥氏本晶粒度和二次硬化等性能有很大影响。碳化物的数量、类型与钢的化学成分有关,而碳化物的颗粒度和分布则与钢的变形量有关。钨、钼是高速工具钢的主要合金元素,对钢的二次硬化和其他性能起重要作用。铬对钢的淬透性、抗氧化性和耐磨性起重要作用,对二次硬化也有一定的作用。钒对钢的二次硬化和耐磨性起重要作用,但降低可磨削性能。


主要分类

含钴高速工具钢是在通用高速工具钢的基础上加入一定量的钴,可显著提高钢的硬度、耐磨性和韧性。

粉末高速工具钢是用粉末冶金方法产生的。首先用雾化法制取低氧高速工具钢预合金粉末,然后用冷、热静压机将粉末压实成全致密的钢坯,再经锻、轧成材。粉末高速工具钢的碳化物细小、分布均匀,韧性、可磨削性和尺寸稳定性等均很好,可生产用铸锭法个可能产生更高合金元素含量的超硬高速工具钢。粉末高速工具钢可分为3类,第一类是含钴高速工具钢,其特点是具有接近硬质合金的硬度,而且还具有良好的可锻性、可加工性、可磨性和强韧性。第二类是无钴高钨、钼、钒超硬高速工具钢。第三类是超级耐磨高速工具钢。其硬度不太高,但耐磨性极好,主要用于要求高耐磨并承受冲击负荷的工作条件。

高速钢按所含合金元素可分为:①钨系高速钢(W 9~18%)、②钨钼系高速钢(W5~12%,Mo 2~6%)、③高钼系高速钢(W 0~2%,Mo 5~10%)。各系又可按含钒量的多少分为一般含钒量(V 1~2%)和高含钒量(V 2.5~5%)。任何高速钢如含钴 (Co 5~10%)时,又归入钴高速钢。

高速钢按用途可分为综合性通用型高速钢和特种用途高速钢两类。通用高速钢广泛用于制作各种金属切削普通刀具(如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具(如滚刀、插齿刀、拉刀)。被切削材料一般硬度 HB≤300。特种用途高速钢又可分为高钒高速钢,一般含钴高速钢和超硬型(HRC 68~70)高速钢(表2)。 高速钢主要用途是制造高速切削工具,除具有高硬度(一般大于HRC 63,高的可达HRC 68~70),高耐磨性和足够韧性外,还要有在高速切削下刀刃不因发热而软化的耐热性。耐热性通常用红硬性衡量,也就是在580~650℃把钢先后加热4次,每次保温 1小时后空冷,然后在室温下测定其硬度值。高速钢的韧性通常用弯曲强度和冲击值来衡量。高速钢应用于制造冷作模具,在使用性能上主要要求有高的抗压屈服强度,高的耐磨性和高韧性,而对耐热性则要求不高,因此可采用较低的温度淬火。


工艺性能

工具钢除了具有上述使用性能外,还应具有良好的工艺性能。

⑴ 加工性

工具钢应具有良好的热压力加工性能和机械加工性能,才能保证工具的制造和使用。钢的加工性取决于化学成分、组织的质量。

⑵ 淬火温度宽泛性

工具钢的淬火温度应足够宽,以减少过热的可能性。

⑶ 淬硬性和淬透性

淬硬性是钢在淬火后所能达到高硬度的性能。淬硬性主要与钢的化学成分特别是碳含量有关,碳含量越高,则钢的淬硬性越高。

淬透性表示钢在淬火后从表面到内部的硬度分布状况。淬透性的高低与钢的化学成分、纯洁度、晶粒度有关。

根据用于制造不同的工具,对这两种性能各有一定的要求。

⑷ 脱碳敏感性

工具表面发生脱碳,将使表面层硬度降低,因此要求工钢的脱碳敏感性低。在相同的加条件下,钢的脱碳敏感性取决于其化学成分。

⑸ 热处理变形性

工具在热处理时,要求其尺寸和外形稳定。

⑹ 耐削性

对于制造刀具和量具用钢,要求具有良好的磨削性。钢的磨削性与其化学成分有关,特别是钒含量,如果钒质量分数不小于0.50%则磨削性变坏。


应用场合

高速钢主要用来制造中、高速切削刀具,如车刀、铣刀、铰刀、拉刀、麻花钻等。


高速钢主要牌号有: ASP 30 (PM 30) ASP 23 (PM 23) Vancron 40 Vanadis 10 Vanadis 4 Extra KM-2 ASP 60 (PM 60)HAP72 DEX20 DEX40 DEX60 HAP40 HAP10 SKH-55 SKH-59 SKH-9 SKH-51 YXM4 YXM1 MH51 MH55  S690 S500 S705 S290 S390 S590 S790 S600 K390 K490 K890 ASP®2052 E M42 E M35 E M2 ASP®2060 ASP®2053 ASP®2030 ASP®2023 ASP®2017 C8 ASP®2015 M42 M4 M51 M41 M2 M351.3247 1.3207 1.3243 1.3343等




  塑料磨具钢是一种用于塑料制作的磨具钢。塑料模具材料主要以模具钢为主,模具钢的发展推动了工业产品向高级化、多样化、个性化、高附加值的方向发展。世界各国都把模具钢产量统计到合金工具钢中,其产量约占合金工具钢的70% ~80% 。

 


 种类

  塑料模具钢一般可分为时效硬化型塑料模具钢(含镜面模具钢)、耐蚀型塑料模具钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型埋料模具钢(含易切削钢)、调质型塑料模具钢和淬硬型塑料模具钢六个大类。应用较多的是时效硬化型塑料模具钢、渗碳型塑料模具钢和预硬型塑料模具钢。


  特点

  1.塑料模具用钢涵盖广泛,从普通钢材到专用钢材都有。这在塑料模具初期更加明显,如今已日趋正规和高级。专门用钢已自成体系,模具用钢的化学成分和合金工具钢的基本相同,但其冶金质量更高,加工精良,对热处理有利。

  2.塑料模具钢性能要求严格,热处理难度大。

  3.为避免模具零件在强韧化过程中的变形或其他热处理问题,模具钢以预硬化形式供应市场已较普遍。

  4.以石化产品为原料的塑料制品,某些度不同的腐蚀性,所以耐蚀钢应用也较多。

  5.配合预硬化钢、非调质刚的应用,易切削性也是塑料模具钢的特点。


  合理选择

  随着塑料制品在工业及日常生活中的应用越来越广泛,塑料模具工业对模具钢的需求也越来越大。在塑料成型加工中,模具的质量对产品质量的保证作用是不言而喻的。塑料模具已向精密化、大型化和多腔化的方向发展,对塑料模具钢的性能的要求越来越高,塑模钢的性能应根据塑料种类、制品用途、生产批量、尺寸精度和表面质量的要求而定。

  影响塑料磨具钢选择的因素

  塑料模具的零部件分为两大类:

  一类为结构件,包括:浇注系统、导向件、顶模板、顶出机构、支承件等;

  另一类为成型件,包括:型腔、型芯、嵌镶件等。

  其中第一类零件可按机械零件的要求进行强度和结构设计,材料一般选用中低碳素结构钢、合金钢和碳工钢。而成型件由于结构复杂,要求工件的尺寸精度高,表面粗糙度值低,接缝密合性好,对模具材料的力学性能、耐磨性及加工工艺都提出了专业要求。

  1.模具的主要失效形式

  由于模具的工作温度较高,压力较大,有的塑料材料易于与模具表面发生磨损和腐蚀作用,有时还会受到脱模带来的碰撞。其主要失效形式有以下三种:

  (1)表面磨损

  由于塑料中增强树脂填料,对模具型腔表面产生冲刷、磨损和腐蚀作用,从而影响到模具型腔表面粗糙度值升高,尺寸超差。

  (2)变形

  模具局部产生塑性变形,导致表面发生凹陷、皱纹、麻点和棱角堆塌等损坏。

  (3)断裂

  由模具局部应力集中导致的断裂现象。

  2.模具的制造和使用要求

  塑料模具对材料在强度和韧度上的要求低于冷作模和热作模,根据其失效形式和工作要求,其基本性能要求归纳为:

  (1)足够的耐磨性

  由于表面磨损是模具的主要失效形式之一,因此模具应当有足够的硬度,以保证模具的耐磨性,保证模具的寿命。通常需要选择合适的材料和恰当的热处理方法来满足硬度的要求。但当硬度达到一定值时,硬度对耐磨性的提高作用就不明显。

  (2)减少热处理变形影响

  由于注塑零件形状往往比较复杂,塑料模具在淬硬后很难加工,有时甚至无法加工。为了提高硬度,必须进行热处理。要采取适当的措施来减低热处理变形的影响,对于必须在热处理后进行加工的模具,应选用热处理变形小的材料。

  (3)优良的切削加工性能

  塑料模具的制造中切削加工成本常占大部分,为了延长切削刀具的使用寿命,保证加工表面质量,要求模具材料具有良好的切削加工性,对于预硬性材料,要求淬火后也有好的加工性。

  (4)良好的抛光性能和刻蚀性

  为获得高品质的塑料制品,模具内型腔的表面必须进行抛光以减小表面粗糙度值,为了保证模具具有良好的电加工性和镜面抛光性,花纹图案刻蚀性,模具钢应当是材料的纯洁度高,组织细微、均匀、致密,无纤维方向性。

  (5)良好的耐腐蚀性能

  注塑PVC或加有阻燃剂等添加剂的塑料制品时,会分解出具有腐蚀性的气体,对模具的表面有一定的化学腐蚀作用,制作这类模具时,应选用具有一定抗腐蚀能力的钢材。


 常用模具钢的类别及特性

  1.渗碳钢

  渗碳钢由于退火后的硬度低、塑性好,可以采用冷挤压法成型,从而提高工效,减低成本。挤压复杂型腔时,退火后的硬度小于100HBS;挤浅型腔时,小于160HBS,挤压成型后,经渗碳、淬火和回火处理,表面硬度为53~62 HRC。达到表面耐磨性高,心部韧性好的要求。08Cr4NiMoV(LJ)是国内开发的冷挤压成型专用钢,具有成型性能优良、渗碳层深、热处理变形小、耐磨性好等优点。其淬火处理的温度是850℃,回火温度可视模具工作条件选择。

  2.调质型模具钢

  工艺要求是在完成模具机械加工后,再进行调质处理,使模具达到较好的综合机械性能。一类是45、55等优质碳素钢,适宜于形状简单或精度要求不高、使用寿命不长的模具。可以选用SM45、SM55等塑料模具专用钢(YB/T094—1997、YB/T107—1997、YB/T129—1997),此钢材的纯净度好,力学性能稳定。另一类是合金钢,可以在调质后进行碳氮共渗,进一步提高耐磨性和抗蚀性。其中:40CrMo有良好的低温韧度和低的缺口敏感性,适于制作中型模具。42CrMo属于高强度钢,且有较高的疲劳极限,低温韧性好,适于制造要求一定强度和韧性的大、中型塑料模具。38CrMoA1是典型的渗碳钢,调质后渗氮处理,表面硬度高(大于850HV)并具有一定的抗蚀性。适用于PVC,PC的塑料模具。此外5CrNiMo、5CrMnMo等热作模具钢,在塑料模具中主要用于使用温度较高,耐磨性要求高的模具,如热固性塑料模。

  3.预硬性塑料模具专用钢

  可以直接使用已经预硬处理的模块、扁钢进行加工,避免了加工后再热处理所造成的各种缺陷,从而提高了模具的制作精度,同时缩短了制作周期。塑料模具钢的主流品种,可以划分为一般型和易切削型以及非调质型等几类。

  模具钢的选用及热处理

  塑料模具的制作成本中,加工和抛光占到了70%~80%,因此在选用模具材料时,应在保证模具使用性能要求的同时,尽可能地提高其加工工艺性能。其选用方法可按以下方式进行:

  (1)根据塑料制品的种类和质量要求选用。

  (2)根据塑料件的生产批量选用。在其它影响因素确定时,生产批量越小,对模具的耐磨性和使用寿命要求越低。因此,可选用性能指标低的材料。小批量时,可以选用调质型合结钢或碳结钢。中等批量(30~100万件)时,可以选用P20,5NiSCa,SM2等,大批量时,5NiSCa,PMS等。

  (3)根据塑料件的尺寸大小及精度要求选用。对大型高精度的注射模,当塑料件生产批量大时,采用预硬化钢,以防止热处理变形。

  (4)根据塑料件的复杂程度选用。应充分考虑模具的加工工艺性,尽量选用易切削,热处理变形小,耐磨性好的材料


  应用

  1. 发展易加工、抛光性好的材料

  随着光盘、磁盘、棱镜等精密件的生产,对易加工镜面钢的要求增加。这种钢含非金属杂质少,金相组织细致均一,没有纤维方向性。它是塑料模具钢材的主要发展方向。

  2. 耐蚀钢

  模具在长期运转和保持过程中,容易生锈受蚀,而且随着塑料成型中添加各种成分,模具更容易受蚀。因此要求提高母材机体的耐腐蚀性能,开发了一些耐蚀不锈钢材。

  3. 马氏体时效合金钢

  这种钢材具有足够的力学性能和突出的工艺性能,特别是有较高的强度、韧度、耐磨性、低的热膨胀系数,是制造注塑模的好钢材,但是价格贵。

  4. 硬质合金

  主要用于制作寿命要求很高,制件生产批量大的模具  。


塑料模具钢牌号有:S136 S136H 718H CALMAX 718HH STAVAX ESR 718S NIMAX 618T S136 SUP POLMAX 168H 168 618 HH CORRAX ROYALLOYNAK80 SUS630 MOD PAC5000  NAK-PRM  NAK101 G-STAR MAS1C PD613 D-STAR S-STAR (PAK90) HPM-MAGIC  CENA1 PM-35 NAK55 HPM50 HPM38 HPM7 HPM1 SUS420 SUS420J2 PX88 PX5 PX41.2083 ESR 1.2083 MOD 1.2316 MOD 1.2738 GEST 80 VICTORY XPM XPM VICTORY CRMHP VICTORY 1.2316(W.1.2316) 1.2083(W.1.2083) 1.2085 1.2738H CPM 40 VICTORY 1.2316 VICTORY 1.2312 1.2311 GS-638 1.2711 1.2767P20 MLQ 420 MOD 420S 420 P20+NI P20HH P21




  冷作模具钢是指使金属在冷态下变形或成形所使用的模具钢。常用的专用冷作模具钢是Crl2型钢,其含碳量为1.45%~2.30%,含铬量为11%~13%。

 


 定义

  由于冷作模具多为常温下工作,材料的塑性变形抗力大,模具的工作应力大,工作条件苛刻,综合起来这类模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足够的强度、适当的韧性。

  因此,冷作模具钢通常在成分上以高碳为主,以满足高硬度和高耐磨性的需要。如果为了提高模具抗冲击能力,需增加韧性时,可选用中碳钢,这时可借用热作模具钢来代替。在冷作模具钢中加入合金元素时,主要是为了提高淬透性和耐磨性,对于耐磨性要求高的模具,多采用加入碳化物形成元素,例如Cr、Mo、W、V等元素的多元合金钢。

  从钢材类别考虑,冷作模具钢多为过共析钢和莱氏体钢,一般属于工具钢范畴。


  性能要求

  1.冷作模具钢的使用性能

  1)较高的耐磨性

  冷作模具在工作时,表面与坯料之间产生许多次摩擦,模具在这种情况下必须仍能保持较低的表面粗糙度值和较高的尺寸精度,以防止早期失效。

  由于模具材料的硬度和组织是影响模具耐磨性能的重要因素,因此为了提高冷作模具的抗磨性能,通常要求模具硬度高于加工件硬度30%~50%,材料的组织为回火马氏体或下贝氏体,其上分布均匀、细小的颗粒状碳化物。要达到此目的,钢中的碳的质量分数一般都在0.60%以上。

  2)较高的强度和韧性

  模具的强度是指模具零件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。强度指标是冷作模具设计和材料选择的重要依据,主要包括拉伸屈服点、压缩屈服点等。屈服点是衡量模具零件塑性变形抗力的指标,也是常用的强度指标。为了获得高的强度,在模具制造过程中,要模具材料的韧性,要根据模具工作条件来决定,对于强烈冲击载荷的模具,如冷作模具的凸模、冷镦模具等,因受冲击载荷较大,需要高的韧性。对于一般工作条件下的冷作模具,通常受到的是小能量多次冲击载荷的作用,模具的失效形式是疲劳断裂,因此模具不必具有过高的冲击韧度值。

  3)较强的抗咬合性

  咬合抗力实际就是对发生“冷焊”的抵抗能力。通常在干摩擦条件下,把被试验模具钢试样,与具有咬合倾向的材料(如奥氏体钢),进行恒速对偶摩擦运动,以一定速度逐渐增大载荷,此时转矩也相应增大。当载荷加大到某一临界值时,转矩突然急剧增大,这意味着发生咬合,这一载荷称为“咬合临界载荷”。临界载荷越高,标志着咬合抗力越强。

  4)受热软化能力

  受热软化能力反映了冷作模具钢在承载时温升对硬度、变形抗力及耐磨性的影响。表征冷作模具钢受热软化抗力的指标主要有软化温度(℃)和二次硬化硬度(HRC)。


  2.冷作模具钢的工艺性能要求

  冷作模具钢的工艺性能,直接关系到模具的制造周期及制造成本。对冷作模具钢的工艺性能要求,主要有锻造工艺性、切削工艺性、热处理工艺性等。

  1)锻造工艺性

  锻造不仅减少了模具材料的机械加工余量,节约钢材,而且改善模具材料的内部缺陷,如碳化物偏析、减少有害杂质、改善钢的组织状态等。

  为了获得良好的锻造质量,对可锻性的要求是热锻变形抗力低、塑性好、锻造温度范围宽,锻裂、冷裂及析出网状碳化物倾向小。

  2)切削工艺性

  磨损小以及加工后模具表面光洁。冷作模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢,大多数切削加工都较困难,为了获得良好的切削加工性,需要正确进行热处理,对于表面质量要求较高的模具可选用含S、Ca等元素的易切削模具钢。

  3)热处理工艺性

  热处理工艺性主要包括:淬透性、淬硬性、耐回火性、过热敏感性、氧化脱碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。


  材料的选用

  根据冷作模具钢的性能要求及形状尺寸,材料的选用有以下几种情况。

  (1)工作时受力不大、形状简单、尺寸较小的模具,可用碳素工具钢制造。

  (2)工作时受力一般、形状复杂或尺寸较大的模具,可用低合金工具钢(如9Mn2V、9SiCr、9CrWMl3、CrWMn、Cr2等)制造。

  (3)工作时受力大,要求高耐磨性、高淬透性、变形量小、形状复杂的模具,多用高碳高铬钢(Crl2、Crl 2MoV等)制造。又发展了几种Crl2型钢的代用钢(如Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV等),另外,也可选用高速钢、低碳高速钢(6W6M05Cr4V等)和基体钢(化学成分相当于高速钢正常淬火后的基体成分的钢)来制造这类模具。

  (4)在冲击条件工作,刃口单薄的模具,采用韧性较好的中碳合金工具钢(如4CrW2Si、6CrW2Si等)制造。


  选用方法

  冷作模具钢选用时需考虑加工方法、应力状态、成形加工对象的材料性质、生产数量、板材厚度等,此外模具的大小及尺寸精度也是不可忽略的因素。

  负荷较小或小批量生产时使用低合金工具钢(SKS),负荷较大或大批量生产时使用冷作模具钢(SKD),负荷更大时选用高速工具钢及粉末高速工具钢。

  适用于耐磨场合的有冷作模具钢、高速工具钢及高合金高速工具钢,适用于耐冲击场合的有8Cr-2Mo系模具钢和基体型高速工具钢。



冷作模具钢牌号有:Cr12MoV D2 Cr12CALMAX DF-2 DF-3 XW-41 XW-42 XW-5 XW-10 ASSAB 88 CALDIEDC11 SKD11 SLD-MAGIC DRM3 SKS3 ARK1 DCMX DC53 GOA SGT ACD37 SLD8 SKD1 SLD1.2510 1.2379 1.2080 1.2436等。




  热作模具钢是指适宜于制作对金属进行热变形加工的模具用的合金工具钢,如热锻模、热挤压模、压铸模、热镦模等。由于热作模具长时间处于高温高压条件下工作,因此,要求模具材料具有高的强度、硬度及热稳定性,特别是应有高热强性、热疲劳性、韧性和耐磨性。

 


 性能要求

  热作模具在工作时承受着很大的冲击力,模腔和高温金属接触,反复地加热和冷却,其使用条件极其恶劣。为了满足热作模具的使用要求,热作模具钢应具备下列基本特性:

  (1)较高的高温强度和良好的韧性。热作模具,尤其是热锻模,工作时承受很大的冲击力,而且冲击频率很高,如果模具没有高的强度和良好的韧性,就容易开裂。

  (2)良好的耐磨性能,由于热作模具丁作时除受到毛坯变形时产生摩擦磨损之外,还受到高温氧化腐蚀和氧化铁屑的研磨,所以需要热作模具钢有较高的硬度和抗黏附性。

  (3)高的热稳定性。热稳定性是指钢材在高温下可长时间保持其常温力学性能的能力。热作模具工作时,接触的是炽热的金属,甚至是液态金属,所以模具表面温度很高,一般为400~700℃。这就要求热作模具钢在高温下不发生热化,具有高的热稳定性,否则模具就会发生塑性变形,造成堆塌而失效。

  (4)优良的耐热疲劳性,热作模具的工作特点是反复受热受冷,模具一时受热膨胀,一时又冷却收缩,形成很大的热应力,而且这种热应力是方向相反,交替产生的。在反复热应力作用下,模具表面会形成网状裂纹(龟裂),这种现象称为热疲劳,模具因热疲劳而过早地断裂,是热作模具失效的主要原因之一。所以热作模具钢必须要有良好的热疲劳性。

  (5)高淬透性。热作模具一般尺寸比较大,热锻模尤其是这样,为了使整个模具截面的力学性能均匀,这就要求热作模具钢有高的淬透性能。

  (6)良好的导热性。为了使模具不致积热过多,导致力学性能下降,要尽可能降低模面温度,减小模具内部的温差,这就要求热作模具钢要有良好的导热件能。

  (7)良好的成形加工工艺性能,以满足加工成形的需要。

 


 成分特点

  1.含碳量

  一般为中碳,碳的质量分数为0.3%~0.6%。保证材料具有较高的强度和硬度,较高的淬透性以及较好的望性、韧性。

  2.合金元素

  加入的合金元素有Cr、Mn、Si、Ni、W、Mo、V等合金元素。其中Cr、Mn、Si、Ni合金元素的作用是强化铁素体和提高淬透性。W、Mo合金元素是为了防止回火脆性,Cr、W、Si合金元素能提高相变温度,使模具在交替受热与冷却过程中不致发生相变而发生较大的容积变化,从而提高其抗热疲劳的能力。另外,W、Mo、V等在回火时以碳化物形式析出而产生二次硬化,使热作模具钢在较高温度下仍保持相当高的硬度,这是热作模具钢正常工作的重要条件之一,Cr、Si能提高钢的抗氧化性。

 


  标准钢号

国家标准GB/T 1299-2000《合金工具钢》列入了12个热作模具钢钢号。钢号分三类:

第一类是原有老钢种,如5crmnmo、5crnimo、3cr2w8v、8cr3等

第二类是国内研制的新钢种,如5cr4mo3simnal

 

、3cr3mo3w2v

 

 5cr4w5mov 

 4crmnsimov 

等;

第三类是从国外引进的通用钢种,如

 4cr3mo3siv

(HIO)、

 4cr5mosiv

(H11)、

 4crsmosivl

(H13)、

 4cr5w2vsi

(W2)等。另外冷作模具用无磁模具钢

 7mn15cr2al3v2wmo(7mn15)

,也常用于制造在700~800℃下使用的热作模具。


 分类

  热作模具钢的分类方法很多,可以根据合金元素含量及热处理后的性能分类,可以按用途分,也可以按合金元素分类。

  (1)按用途可分为热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢,热冲裁模用钢。

  (2)按耐热性可分为低耐热钢(350~370℃)、中耐热钢(550~600℃)、高耐热钢。

  (3)按特有性能分为高韧性热作模具钢、高热强热作模具钢、高耐磨热作模具钢。

  (4)按合金元素分类可分为低合金热作模具钢(钨系、铬系和钼系)、中合金热作模具钢和高合金热作模具钢(钨钼系和铬钼系);或分为钨系热模钢、铬系热模钢及铬钨钼系热模钢。铬钨系高合金热作模具钢的高温强度及热稳定性不及钨钼系,而冷热疲劳抗力及韧性比钨钼系高。



热作模具钢牌号有:4Cr5MoVSi H13  8407 2M 8407 SUPREME 8418HOTVAR QRO 90 SUPREME VIDAR 1 ESR 2714 FORMVAR DIEVAR UNIMAXSKD61 DRM2 DRM1 DAC-MAGIC DH31-EX DH31-Super DHA-WORLD DHA1 KTSM41 DHA-Thermo DH2F FDAC DAC QD6F等。



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