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模具钢材基本知识
模具钢材基本知识

钢是铁、碳和少量其它元素的合金。不锈钢或者10.5％或以上铬金含量的抗腐蚀性合金钢是该类金属的通用术语。应该记住不锈钢并不是说这种地钢材不生锈或不会被腐蚀,而只不过是它比不含铬的合金的耐腐蚀性能强得多。除了铬金属之外，其它金属元素如镍、钼、钒等也可以加入合金中用于改变合金钢的性能，从而生产出不同等级、不同性能的不锈钢.因应用目的和场所的不同，仔细挑选性能最为合适的不锈钢所制造的刀具，对于你特定工作的效率和成功至关重要.刀具中不同金属元素带来的优点。
　　　简单地说：钢就是铁和碳的合金.其它成分是为了使钢材性能有所区别。以下以字母顺序列出重要的钢材,他们包含以下成分:
　　　碳(Carbon)—存在于所有的钢材，是最重要的硬化元素.有助于增加钢材的强度，我们通常希望刀具级别的钢材拥有0。5％以上的碳,也成为高碳钢。
　　　铬（Chromium）-增加耐磨损性,硬度，最重要的是耐腐蚀性，拥有13％以上的认为是不锈钢.尽管这么叫,如果保养不当，所有钢材都会生锈的。
　　　锰(Manganese）-重要的元素，有助于生成纹理结构,增加坚固性，和强度、及耐磨损性。在热处理和卷压过程中使钢材内部脱氧，出现在大多数的刀剪用钢材中，除了A—2，L-6和CPM 420V。
　　　钼（Molybdenum）-碳化作用剂，防止钢材变脆，在高温时保持钢材的强度，出现在很多钢材中，空气硬化钢（例如A-2,ATS—34）总是包含1%或者更多的钼，这样它们才能在空气中变硬。
　　　镍（Nickle)—保持强度、抗腐蚀性、和韧性。出现在L-6AUS—6和AUS—8中。
　　　硅（Silicon）-有助于增强强度。和锰一样,硅在钢的生产过程中用于保持钢材的强度。
　　　钨(Tungsten）—增强抗磨损性。将钨和适当比例的铬或锰混合用于制造高速钢。在高速钢M-2中就含有大量的钨。
　　　钒(Vanadium）—增强抗磨损能力和延展性。一种钒的碳化物用于制造条纹钢。在许多种钢材中都含有钒，其中M-2,Vascowear，CPM T440V和420VA含有大量的钒。而BG—42与ATS—34最大的不同就是前者含有钒。
　　 钢材大体种类:
　　　　　1. 低碳钢 — 又称软钢， 含碳量从0.10％至0.30％低碳钢易於接受各种加工如锻造,焊接和切削,常用於制造链条，铆钉，螺栓,轴等.
　　　　　2. 中碳钢 — 含碳量从0.30％至0.60％， 用以制造重压锻件,车轴,钢轨等.
　　　　　3。 高碳钢 - 常称工具钢，含碳量从0.60％至1。70％,可以淬硬和回火。锤,撬棍等由含碳量0.75%的钢制造;切削工具如钻头，丝攻,铰刀等由含碳量0。90%至1.00％的钢制造.
　　　　　4. 合金钢 — 钢中加入其它金属如铬， 镍， 钨， 钒等, 使具有若干新的特性。由於各种合金元素的掺入，合金钢可具有防,防腐蚀,耐热，耐磨,防震和抗疲乏等不同特性.
　　　　　5. 高速钢 - 含有各种成份和份量， 如钨, 铬, 钒， 钴和钼等。 高速钢制成的切削工具， 可用高的速度求切削硬材料， 并能承担强力的切削。 高速钢切削工具在高的速度中仍能使刃口保持锋利， 其他钢材则可能变钝。
模具钢材的特性 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
1、模具钢分类 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
按化学成分分为：（1）碳素钢:S50C、S55C 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（2）合金钢：ⅰ低合金钢(≤5％)；ⅱ中合金钢（5％～10％）；ⅲ高合金钢（＞10%). 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
按使用情况分为：塑胶模具钢、冷作模具钢、热作模具钢 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
●一般塑胶模具钢以预硬态（即预调质=淬火+高温回火）供货,热作及冷作钢以退火态供货。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
2、塑胶模具钢的选用 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
◆作为塑料模具的使用情况，有种种的不同条件，模具用钢大致应满足如下的要求： 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
(1）机械加工性能优良：塑料模具型腔的几何形状非常复杂，往往有深孔、深沟槽、窄缝等加工部位.钢材必须具有易切削的性能。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（2）抛光性能优良：无论何种塑料模具，其型腔的允许表面粗糙度极小，几乎都要求能做到镜面光泽。而要达到镜面光泽,主要的一点是钢材必须具有不低于38HRC的硬度，最好为40~46HRC，而达到55HRC为最佳.要达到镜面光泽，首先钢材中的夹杂物要尽量少，而且不能有气泡存在，并且纤维组织均匀。在大量生产中的模具，为了减少磨损，除了型腔的表面硬度以外，表面粗糙度也是重要条件。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
(3）有良好的表面腐蚀加工性:有很多模具要求成形的塑件表面为各种其他物质的花纹。如皮革纹、绸纹、布纹、精细图案等。这就要求钢材的质地细而均匀，否则表面腐蚀的效果不佳。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（4）既要耐磨损，而且又有韧性：塑料模具是长期承受热交变负荷的，而且又是长期经受摩擦的。如果仅考虑耐摩擦的一面而不考虑其受热交变负荷的一面，若使用冷冲模具用的高碳高合金钢制造时，必然出现韧性不足而引起开裂。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（5)淬火性能好,变形小：塑料模具特别是热固性塑料模具的型腔部分大都必须进行热处理。这就要求钢材具有较好的淬透性和很小的变形.一般热塑性塑料成形用模具，采用调质、预硬化等处理即可。而热固性塑料成形用模具则必须淬硬. 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（6)电火花加工性好：塑料模的凹型腔时常采用放电加工，放电加工后表面的硬化层要浅，以便于抛光。抛光在塑料模的型腔加工中是最耗时间的。时间长则增加成本。目前对自动抛光的技术尚未达到实用阶段，仍然以手工抛光为主。硬化层厚则抛光工时增大。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
(7）有耐腐蚀性:有些塑料，例如聚氯乙烯在成形时能产生盐酸气体，对型腔有腐蚀性。所以对于用于有腐蚀气体的塑料模，必须考虑钢材的耐腐蚀性. 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（8）焊接性好：在型腔加工中，有时难免要补焊。因此模具钢必须有很好地焊接性能. 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
◆在选择塑胶模具钢材时，要依以下条件而逐次考虑之，最后作出决定。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（1）塑件的生产批量：模具是高效率的生产工具。每一付模具的使用寿命,直接关系到制件的成本.设计模具时，除了按产量考虑每模的型腔数之外,就要考虑其使用寿命。批量小,则对钢材的要求可以低些；而批量大时,必须选择优质钢材,以保证使用寿命而尽量避免重复制作模具。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
(2）塑件的尺寸精度:塑件的尺寸精度，很大程度上取决于模具的制造精度,它又决定制件的合格率。对于要求高精度(SJ/T10628－95的3、4级精度）以及超高精度(SJ/T50628－95的1、2级精度）的塑件,应选用优质模具钢。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（3）制件的复杂程度：制件越复杂，型腔的加工就越困难，因而必须选用切削性能好的钢材。制件复杂程度高，则尺寸量大,加工部位多.因而加工的应力变形必须考虑。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（4）制件的体积大小：制件越大，型腔的切削量也越大。用大吃刀量切削时，切削应力也大。因此对于大制件的模具最好选用易切削钢.制件小时，型腔体积小，所用的刀具（主要是铣刀）强度低，切削量很小。选择钢材时应选用质地均匀，合金碳化物分布细而匀称的钢材。小模具多先作预硬化处理然后加工,要考虑加工的可能性。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
(5）制件的外观要求：塑件如为外观装饰件，则表面的质量好坏能很大程度上影响产品的销售。凡对塑件外观有高要求的塑件，最好选用真空熔炼或电渣熔炼钢，以达到最好的型腔抛光效果。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
◆钢材的抛光性 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
生产透明塑料制品，尤其是光学仪器，对于成型模具的抛光性（即镜面加工性)要求很高. 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
影响镜面加工性能的因素有： 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（1）钢材冶金质量：不得采用易削钢。采用VAD、VAR、ESR等工艺，可提高钢的纯净度，从而提高抛光性能。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
(2）组织不均匀度：即显微偏析的影响。措施是必须掌握好出钢后的浇注技术和钢锭的结晶质量;充分锻造，以保证致密度；均热化处理或ESR. 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（3）硬度:高硬度有利于镜面抛光.热处理后的表面渗碳或脱碳导致表面质量恶化,影响抛光性能。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
（4）抛光技术：要避免抛光过程中表面接触应力过高.否则较软的基体会被冲蚀，使碳化物游离出来,随后在钢材表面留下缺陷。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
3、钢材的硬度 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
●常规表示有布氏（HB）、洛氏（HRC)、维氏（HV）、里氏（HL）硬度等，其中以HB及HRC较为常用。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
●HB应用范围较广，供货状态常用， Cu、Al也可用.HRC适用于表征高硬度材料，如热处理硬度等。两者区别在于硬度计之测头不同，布氏硬度计之测头为钢球，而洛氏硬度计之测头为金刚石。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
●在一定条件下，HB与HRC可以互换。其换算公式可大概记为:1HRC≈1/10HB。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
●HV-适用于显微分析，Cu、Al也可用。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
●HL—手提式硬度计，测量方便，但对样品厚度有要求。