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五金模具材料


SKD11=Cr12MoV (中国), SKD11 是一种高碳高铬合金工具钢, 热 处理后具有很高的硬度磨性,并具有淬 透性强,尺寸稳定性好的特点,适宜制 做高精度长寿命冷作模具及热固成型 塑料模具。 这个大家应该都知 S45C =Ck45, 道的,就不介绍了。 FC 为铸铁代号。 FC ×××为 铸铁牌号,×××表示抗拉强度最低值 FCD 为球默铸铁代号, FCM 为可段 铸铁

代号,随后 B 、 W 和分别表示 黑心、白心和珠光体。它们与两组成牌 号,前组数字表示抗拉强度最低值(× ×× Mpa ) ,后组 3 )数字表示断后 伸长率最低值(×× % ) 。 FCA 和 FCD 分别为片状石默型 和球状石默型奥氏体铸铁的代号,后加 不同国际化学元素及含量组成牌号。 所以 FC300、FCD600 相当于 HT300,球墨铸铁 600 就可以! ICD5 是日本日亚的牌号,空冷钢

贵重合金元素少,生产成本低。空冷钢 (ICD5)?火后硬度为:HBC50~65 。 空冷钢是一种以铸代锻的高碳低合金 钢,适用于冲压 1.2 毫米以下钢板材, 广泛应用于汽车板金覆盖件、日用轻工 五金板金冲压模具等,使用寿命达几万 次。 SX105V 是日本爱知的火焰淬火 钢。相当于我国的低合金冷作模具钢类 7CrSiMnMoV(简称 CH)等。主要特 点是工艺性好,淬火温度低,热处理变 形小, 强韧性好, 并具有适当的耐磨性, 常用于制做汽车等生产线上用的模具 零件,火焰淬火时加热模具刃口切料 面,硬化层下又有一个高韧性的基体做 衬垫,从而使模具获得较高的使用寿 命。 GM241 是日本的合金铸铁的牌号, 在汽车模具中一般用于拉延模制造材 料。相当于中国的钼铬铸铁 MTMoCr, 属于镍硬白口铸铁系中高铬白口铸铁 的一种,由于其共晶组织由一种 M7C3

型碳化物和奥氏体其它转变物组成,其 基体退火成马氏体后能表现出很高的 耐磨性,同时其含有的钼,锰,铜等合 金元素能够有效提高其淬透性,淬火后 硬度 HRC 50 以上。 基于以上性能其很适合用于拉延 凸模,压料圈(常用于内表件,外表件 为合金 QT600,见后详述) ;翻边整形模 压料板, 整体铸造的大凸模 (不带修边) 等带型面切要求具备高耐磨性的地方, 由于其铸造性好,铸造工艺成熟,材料 对模具结构限制较少,且价格适中,热 处理条件:退火+火焰表面淬火,硬度 性能:HRC50-55。 HMD5 是日本日立牌号的火焰淬 火模具钢,具有较高的硬度,热处理变 形小,可焊接,用于板金工模具。火焰 淬火温度 940~1100℃,理论硬度 HRC ≥61 。

现代工业,模具领先。模具工业水平的

高低已成为衡量国家制造业水平的重 要标志之一。近年来,随着汽车和 IT 工业的发展,我国模具工业得到快速的 发展,2005 年模具销售额达 610 亿元, 模具出口达 7.38 亿美元,同比增长达 25%和 51%。因此,展览会的举办是对 我国模具工业技术发展的大检阅,也是 国际和国内模具制造新技术发展和交 流的大舞台。 作为模具工业重要物质基础的模具材 料在本届展览会上也充分展示了其重 要性。展会共设有 30 家模具材料的展 台,分别来自美国、德国、法国、日本、 瑞典、韩国和我国。同时,在展会期间 举办的技术交流会共有 27 场,其中模 具材料的讲座就有 6 场。可见,世界制 造模具钢的许多厂商都十分看中中国 的市场。除了大家已熟悉的 ASSAB、 大同和日立等企业外,法国的 Arcelor Group, Aubert & Dural, 德国的 KIND & Co,Edelstahl 和韩国的昌原(Chang

Won Specialty Steel)都在采取果断措施 进入中国。本文将对本届展览会上参展 的生产模具材料工厂的现状和进展情 况加以阐述。 1、Arcelor Group(阿赛洛集团) : 法国阿赛洛集团是世界上最大的钢材 生产集团之一,该集团 2006 年 6 月已 与俄罗斯的 Severstal 集团合并成为世 界上最大的钢铁企业。Indussteel 钢厂 是 Arcelor 集团的主要成员。现在有三 个生产基地,分别设于法国和比利时。 Creusot 的 Schneider 工厂成立于 1836 年。该厂具有先进齐全的生产设备,拥 有 200T 100MVA 的电炉,经 VAD 和 VOD 真空精炼,浇铸成钢锭或压铸和 连铸。能生产厚度达 950mm 的板材, 并确保均匀材质和性能稳定,生产钢材 的 70%用于出口。 在全球市场中模具钢 和工具钢板材的市场占有率 2003 年占 22%,生产量为 65000 T 。该厂生产的

热作模具钢有 1.2343,1.2344,1.2767 和 AH-61,供给的尺寸宽度≤ 2000mm,厚度≤300mm;冷作模具钢 有 1.2842,1.2510,1.2363,1.2379 和 Tenasteel ,其宽度与上相同,厚度≤ 150mm;塑料模具钢有预硬 300HB 的 P20 (1.2311,1.2312)1.2738 和 Superplast 300; 预硬 400HB 的有 1.2714 和 Superplast 400。 供应的尺寸厚度都为 ≤800mm,宽度分别为≤2500mm 和≤ 2000mm。 该厂新发展的热作模具钢;冷作模具钢 和塑料模具钢有 AH-61;Tenasteel 和 Superplast 系列钢,主要分别介绍如下。 1.1AH-61 优质热作钢:它是专为铝压 铸模所设计,可以避免使用时的热磨损 和热疲劳发生龟裂从而提高模具使用 寿命。材料的化学成分列于表 1,其硫 磷含量为 0.001%和 0.008%,相应非金 属夹杂物控制在极低水平,当然很好的

改善了韧度和高温强度。钢材以退火态 供货,均匀和细小的晶粒的显微组织使 热处理后晶粒保持细小,碳化物的均匀 分布和相对低的偏析。 该钢的奥氏体化温度为 1020~1050℃, 加热应缓慢,保温时间为 1min/mm。 淬火时要有足够的冷速,防止铁素体 F 和贝氏体 B 的生成, 对薄小工件实行高 压气淬,对大厚工件需采用油淬达到要 求的硬度,并同时避免变形和开裂,注 意在 50~70℃区间应停止冷却。 淬火后的回火分两次进行:第一次回火 在 500~550℃范围,应在淬火后立即进 行,到温后保持 2 小时;第二次根据需 要硬度选定,维持 2 小时。 表 1 AH-61 和 Tenasteel 钢的化学成分 钢号 C Si Mn Cr Mo V S P 其它

AH-61 0.40% 1.00% 0.35% 5.00% 1.30% 0.90% 0.001% 0.008% Tenasteel 1.00% 0.35% 7.50% 2.60% 0.30% Ti 1.2 Tenasteel 冷作模具钢:是一种新型 更通用的工具钢,具有高的强度、韧度 和耐磨性,并具较好的机加工和抗热氧 化性。采用电炉和真空精炼技术。化学 成分见表 1,相应降低了 C 和 Cr 含量, 另外加入 Ti 和 Nb 使碳化物细小均匀, 加入 MO 以得保持耐磨性能。 钢材具有 相当低的杂质含量,洁净度有所提高。 钢材的退火硬度≤255HB, 1050℃奥 在 氏体下冷却后经二次回火后得到的性 能列于表 2,相应的韧度指标接近于 X160CrMoV12(相当于 Cr12MoV)的两 倍,刀具使用寿命可增加 25%以上。淬 火冷却最好是真空气淬,或在 250~350℃的盐浴炉中进行,形状简单 的工件才采用油淬。淬火后立即缓慢冷

至-80℃,待完全均匀后缓慢加热至室 温,可使残余奥氏体的量减少,硬度坛 加,这种冷处理可适用于简单形状工 件。 表 2 Tenasteel 的性能改善 退火硬度 加热温度 两次回火温度 热 处理后硬度 韧 度 TENASTEEL X160CrMoV12 ≤255HB 1050℃ 525℃ 60/62HRC 20J/cm2 12 J/cm2 550℃ 59/61HRC 30 J/cm2 15 J/cm2 575℃ 58/60HRC 35 J/cm2 19 J/cm2 1.3 Superplast 400: 它是一种高硬度 (出 厂硬度为 380HB)预硬塑料模具材料, 特别适用于承受高挤压力和冲击力的 模具,钢材具有好的加工性能和优异的 焊接性能。板材在 20mm 至 600mm 厚

范围内,硬度确保于 360~400HB 内, 钢材的屈服强度,抗拉强度为 1150 和 1250MPa,延伸率>10%,钢材的杂质 含量非常低,尤其是氧,保证了高的洁 净度,适合于镜面抛光。适合于制作热 塑性塑料的注塑和挤压模具等。 2、Aubert & Dural(奥伯杜瓦公司) 它是世界上生产合金、锰、镍合金领导 企业的 Eramet(埃赫曼)冶金矿业集团 的成员之一。公司能够设计、制造、加 工和销售特殊钢、铝合金和钛合金等, 同时与集团内的爱和高速钢公司 (Erasteel) 一起共同开发和生产范围广 的钢种。公司拥有 40~70 吨电弧炉,中 间包精炼炉,真空脱氧设备,真空感应 熔炼炉(VIM)12 吨,25 吨电渣重熔 精炼炉(ESR) 吨真空重熔精炼炉 ,3 (VAR)等熔炼设备;锻造设备主要有 1200~4500 吨的连续锻造机械和 4500~6500 吨模锻机;HIP 设备(φ

1200mm) ;热处理设备有长 200 mm 至 21 米的淬火回火炉,能处理数 kg 至 20 吨的产品部件。 Aubert & Dural 公司生产的热作模具 钢,塑料模具钢,冷作模具钢和玻璃模 具钢有 ADC3,SMV3,SMV4,DH13, MEK4, DH13, SMV3, X13T6, XDBD, X15TN,APXV 和 SRV2,SANCY2, APXV,X25V,这些钢种中的 ADC3 和 MEK4 介绍如下: 2.1 ADC3:是该公司的专利钢种,也可 表示成 X36CrMo V5-1,出厂硬度为 235HB,常用的硬度为(43~50)HRC, 具有高的抗热龟裂和高韧度、高耐磨 性。材料锻造温度为 1000/1150℃。退 火温度为 830℃,保持后缓冷。淬火处理 工艺如下:首先预热 700℃,然后升温 至 990℃,在 2~6 bar N2 下快速冷却, 或急速冷至 280℃盐浴炉中然后空冷至 室温, (两种冷却方法按工件尺寸确

定) 回火操作在 550℃先施行第一次回 。 火,然后按工件要求在 550~650℃间选 定,进行第二次回火, 适用于高要求的大 型 Al 合金,Mg 合金的压铸模具和 Al 合金挤压模具。模具适合进行渗氮处理 使表面达 1000 HV 的硬度。 同时模具可 以进行预热下的焊接和现场的焊接。 2.2 MEK4:相当于德国钢号 1.8523,或 表示成 40CrMoV13-9,公开的成分为: C 0.40%,Cr 3.00%,Mo 1.00%和 V 0.20%。钢材的相变点为:Ac1 795℃, Ac3 835℃,它通常在预硬条件下供货, 硬度为 400HB(Rm 为 1400N/mm2) , 具有良好的加工性能,它具有好的韧 度、耐磨性和尺寸稳定性。可用于制造 塑料模具,光蚀刻花性好,模具可进行 渗氮处理,表面达 800HV 的硬度。 对于以退火态的供货材料进行淬火处 理工艺为:预热 700℃,奥氏体化温度 920℃,冷却条件为:空冷或气体加压

淬火,根据零件形状可采用油冷。可适 合于制作轻合金压铸模具和大型锤锻 模具等。 该公司正在研究压铸用最佳热作模具 钢 SDC,目前未见相关资料。 3、KIND & Co 公司 KIND & Co 公司的 Edelstahl werk(特 殊钢工厂)成立于 1888 年,积累了百 余年生产精炼工具钢的经验和不断改 进及发展的生产设备,产品日益满足顾 客对高品质的要求,公司专门研发和生 产高级热作模具钢,塑料模具钢,不锈 钢和玻璃模具钢等。工厂拥有两台电渣 重熔炉 (25T) 和进行三维锻打的 1000T, 2000T 锻压设备。 2001 年购置了欧洲最 先进的 13 bar 真空淬火炉,工作室尺寸 为 1500×1000×1000 mm,最大加载质 量为 2500kg。2003 年购置了渗氮炉, 工作室尺寸为 1500×1000×1000 mm,

最大加载重量为 3500 kg。为此,能对 高级模具钢提供特定要求的热处理来 获得最佳性能。 该公司主要生产的热作模具钢、塑料模 具钢、和玻璃模具钢等。前者主要有 USN (1.2343,X38CrMoV5-1),USD(1.2344, X40CrMoV5-1),USNS(1.2347,X40CrMo VS5-1),RPU(1.2367,X38CrMoV5-3),MA K(1.2567,X30WCrV5-3),MA(1.2581,X3 0WCrV9-3),HWD(1.2678,X45CoCrWV5 -5-5),RPCo(1.2885,X32CrMoCoV3-3-3), RM10Co (1.2888,X20CoCrWMo10-9),HMoD(1.2 889,X45CoCrMoV5-5-3)和 TQ1 专利钢 ( 种) ;塑料模具钢除一些热作模具钢和 相当于 P20 的钢外,还有 RF (1.2083,X42Cr13),CRS(1.2085,X33C rS16),CMR(1.2316, X36CrMo17),N400(1.2767,X45NiCrMo4) 和专利钢种 Plast 1 等;玻璃模具钢有

USN(1.2343,X38CrMoV5-1),ZF2(1.2782 ,X16CrNiSi25-20)和 FAM (1.2787,X23CrNi17)等,本文主要介 绍 TQ1 和 Plast 1。 3.1 TQ-1 TQ-1 是 KIND & Co 公司的专利高级模 具钢。其合金元素的含量设计按优化组 合和按最新的熔炼和锻造制作技术,经 合理的热处理工艺处理后能获得 高的 韧性和很高的高温强度的结合并具高 的抗热疲劳、热冲击开裂和高温耐磨 性。从而能可靠地增加模具寿命。适合 于制造结构复杂和大型的精密压铸模 具,并可用来制造挤压模具,锻模和热 变形模具。 该钢的化学成分列于表 2,它是一种 Cr-Mo-V 合金模具钢,在测试温度 600℃和水冷条件下的热冲击试验中, 经 6000 次后裂纹长度仅为 1.2367 钢的

1/2 左右和 1.2343(H11)钢的 1/3 左右,由 此可见 TQ-1 钢的韧性提高是很明显的. TQ-1 钢的退火工艺温度为 820~840℃, 经 4~6 hr 后炉冷, 退火后硬度≤220HB。 其去应力退火工艺为:650℃经 2~4 hr 后慢冷。淬火工艺为:1010~1020℃奥 氏体化,经保温后空冷,或在约 540℃ 的浴槽中冷却,或在油或聚合物介质中 冷却,或在油或聚合物介质中冷至 230~280℃取出,或采用真空气淬,淬 火后硬度约 54HRC; 回火工艺为: 温度 范围为 540~680℃按使用硬度选定,为 提高韧度需回火 3 次。该钢可以进行氮 化,对压铸模具按特定工艺, 不出现化 合物层从而不出现对热交换的影响。 3.2 Plast 1 Plast 1 是 King & Co 公司的专利塑料模 具钢,属具有极高耐蚀性,极好的机加 工性和尺寸稳定性,还具有好的导热性 能,焊接性,耐磨性和韧度。常以预硬态

供货,硬度约 320HB。该钢的化学成分 列于表 2 中,属含 Mn 的铬不锈钢。 该钢和 1.2085 钢相比,可加工性、耐蚀 性、韧度和可焊接性均有不同程度的提 高,但其抛光性与 1.2085 钢相当。 4. Schmiede werke Gr?ditz GmbH(德国 葛利兹钢厂) 该厂专注于塑胶模具钢、热作模具钢、 冷作模具钢、不锈钢和合金结构钢的生 产,下设 7 个分厂,工厂拥有高容量的 电弧炉,钢锭重量可达 140 吨,电渣重 熔工厂的最大钢锭质量为 84 吨,最大 直径达 1600mm,并具有最高的纯净度 满足工业上高技术的要求。作为全球性 的跨国企业,葛利兹有 17 个区域性的 办事机构和代理机构。 该厂生产的塑料模具钢除 P20,420 等 常规的以外,有 XPM36, XPM40HH,

Tiger Mould 和 GESTSO 等。生产的热 作模具钢有 ED1.2343,1.2344,1.2344Victory ESR,1.2347,1.2767,1.2606 和 1.2885 等。 冷作模具钢有 1.1545,1.2080,1.2363,1.2365,1.2379,1.26 本文 01,1.2436,1.2510,1.2550,1.2842 等。 仅介绍 XPM36 和 1.2344 Victory ESR 两 种。 4.1 XPM36 该钢的化学成分列于表 3。 其特性如下: ①模具横截面上硬度均匀;②很好的抛 光性能和机加工性能;③大大增加导热 率;④具有高的韧度;⑤可以适用于氮 化,镀铬和刻花;⑥改进了的可焊性。 供货条件为经淬火和二次回火处理,硬 度值为(32~36)HRC 或(36~40)HRC (与使用条件相关) 。该厂供给的棒料 尺寸可至 1300mm,板块厚度可达 1000mm。 其热成形温度为 1100~850℃;

退火温度为 710~740℃;淬火温度为 870~890℃; 回火温度在 600~680℃内 按硬度选定。材料的显微组织为细的贝 氏体。 适用于厚度大于 400 mm 的塑料模具, 电视机壳和后壁的模具,仪器仪表外 壳、控制板和大型壳体部件的模具。 表 3 葛利兹 1.2344 和 XPM36 钢的化学 成分 钢号 C Si Mn P S Cr Mo V Ni 其它 1.2344 0.38/ 0.42 0.80/ 1.20 0.30/ 0.50 ≤0.025 ≤0.005 4.80/ 5.50 1.20/ 1.50 0.90/ 1.10 XPM36 0.23/ 0.29 ≤0.40 1.40/

1.70 ≤0.025 ≤0.005 1.20/ 1.80 0.30/ 0.70 0.90/ 1.20 特加元素 4.2 W 1.2344 Victory ESR 该钢化学成分见表 3。其特性如下:① 好而均匀的加工性和抛光性;②高的塑 性和韧度,并且所有方向都具有极好的 塑性和韧度;③在低和高的温度下都具 好的抗磨粒磨损能力;④优良的整体淬 硬性;⑤好的高温强度和抗疲劳能力; ⑥淬火变形小。材质洁净度(按 ASTM E45 方法 A)硫化物≤0.5,氧化物、硫 酸盐和球状氧化物均≤1。 该钢出厂硬度为 229HB, 也可按要求以 调质态供应。 使用硬度为 (30~55) HRC。 其热成形温度为 1100~900℃, 退火温度 为 820~840℃, 淬火温度 1020~1050℃, 回火温度为 520~700℃按需要硬度确 定,退火组织按“退火热作模具钢显微

组织图”评级鉴定。 材料适用于制造 A1,Mg,Cu 合金的压铸模具和挤压模 具,也适用于要求高硬度、耐磨和抛光 性的塑料模具。 5、大同特殊钢株式会社 大同特殊钢公司的英文名称为 Daido Steel Co.,Ltd.。1916 年设立电气制钢所 (株)开始生产合金钢和工具钢,1921 年成立大同制钢株式会社。 1916 年工厂 生产采用的 1.5T Heroult 型电弧炉,是 日本最古老的一种炼钢炉,已于 1988 年由美国金属学会(ASM)命名为世界 上第 59 个 ASM 历史性标志 (列日本第 二) 。大同特殊钢经过 90 年的发展,现 在在特殊钢钢材,电子材料,汽车零部 件,产业机器零部件,工程设备和新材 料等六个领域日益显示出其强大的实 力。它在日本拥有 17 个设备完善的工 厂和一个技术研究开发中心。

在熔炼上,大同特殊钢与新日本制铁 (株)和法国 Usinor-Sacilor 一起共同 开发了 DC 电弧炉(DC arc furnace), 它能减少闪烁 50%,能提供大功率和实 现高速熔化,减小能量消耗和降低生产 成本。大同特殊钢已建立了洁净钢制造 系统 ELVAC, 据称列世界第一综合钢铁 制造过程。它包括电弧炉熔炼,钢包精 炼,真空脱气和连续铸造,其核心是钢 包精炼 LF(Ladle Furnace Refining), 采用大同自行开发的第二代精炼过程。 大同已开始用新发展的结合了 RH 真空 脱气系统的 AOD 炉(Argon-Oxygen Decarburizing)精炼生产洁净不锈钢。 大同还采用 TEKISON 多过程 (multi-cycle)轧制系统生产高精度的 所有尺寸规格的棒材(中小规格) ,使 工具钢产品实现尺寸连续可调轧制。 大同在日本除拥有可靠控制的 VAR (Vacuum Arc Remelting)ESR 设备外, 、

还拥有能重熔钛及其合金的 PPC 炉 (Plasma Progressive Casting Furnace)。 大 同提供的特殊钢产品有轴承钢、不锈 钢、工具钢,此外还有高合金和钛合金 等。其高端产品还有获得世界三大航空 发动机制造厂产品材料认定的飞机发 动机主轴,具有制作卓越耐热性、 耐磨性 的飞机发动机主轴高速轴承产品,为下 一代磁悬列车提供螺钉和内部零件开 发的兼具非磁性、高强度和耐腐蚀材料 和具有广阔应用前景的具有高强度和 耐蚀抗力的 Ni-Ti 形状记忆合金。 大同特殊钢生产的冷作模具钢、有 YK30、 YK4、 GOA、 GO4、 GO5、 GO40F、 GM2、DC53 和 DC11;热作模具钢有 DHA、DHA1、DHA2、DH2F、DH62、 DH21、DH31-S、DH4、DH41、DH71、 DH32、GFA 和 GF78;塑料模具钢有 PXZ、PDS3、PX4、PX5、NAK55、 NAK80、 S-star、 G-star、 E-star、 MASIC 和 等。本文主要介绍 DHA-1 和一些塑料

模具钢。 5.1 DHA-1 大同特殊钢称 DHA-1 为耐磨性、抗疲 劳性优质的热作模具钢;称专利钢种 DH31-S(super)为高寿命热作模具钢; DHA 为美国 Ford 公司推荐标准 AMTD-DC2010 上介绍的钢种,它们相 应的化学成分列表 5 中。 表 5 大同一些热作模具钢的化学成 分 % 钢号 C Si Mn Cr Mo V P S DHA 1 DHADH31-S 0.32/0.42 0.39 0.80/1.20 1.1 ≤0.50 0.4 4.50/5.50 5.0 1.00/1.50 1.2 0.80/1.20

0.6 ≤0.030 ≤0.030 DHA-1 钢的特点有①细小球状碳化物 均匀分布;②优良的淬透性;③抗高温 回火软化性强;④优质的耐高温冲击和 热疲劳性和⑤好的抗高温熔损性。该钢 的锻造温度为 1100~900℃,退火温度为 820~870℃,缓冷,退火硬度≤229HB; 淬火温度为 1000~1050℃,空冷;回火温 度为 550~650℃,空冷。淬火回火后硬 度≤53HRC。相应的相变点为:Ac 为 847~918℃;Ar 为 769~725℃;1030℃ 奥氏体化后的 Ms 为 320℃。 该钢 1050℃奥氏体化油冷的淬火硬度 可达 55HRC, 此时的夏氏冲击值保持在 较高水平(经 600℃ 1 hr 回火) ;淬火 后在 560℃回火 1hr 硬度能达到峰值, 接近 55HRC, 600℃回火 1 hr 硬度为 经 50HRC 左右。 (以上数据仅对一定尺寸 试样而言,供参考) 。

该钢可施行 570℃×3 hr 的盐浴渗氮处 理,可使表面硬度高达 1100HV(载荷 300g) 。 DH31-S 钢的淬透性,耐热疲劳开裂性 和耐热熔模性均高于 DHA-1。 按介绍资 料估算,DHA-1 钢 1030℃奥氏体化, φ150mm 圆棒空冷可淬得马氏体组织; 对 DJ31~S 钢同样条件可达φ200mm 左 右。该钢退火后硬度≤235HB,切削加 工性相对 SKD61 稍有降低。 5.2 大同的塑料模具钢 塑料模具钢可分为预硬系和淬火回火 系两类。预硬系材料是生产厂将材料经 调质热处理至 30HRC 和 40HRC 的硬 度,模具制造商对之进行加工成塑料模 具后直接予以使用。人们最熟悉的预硬 态模具材料是 P20 和 718 两种。对大同 特殊钢生产的预硬系材料按合金系分 为 S-C 系,SCM 系,SUS 系,3%Ni 的

析出硬化系,热作模具钢(SKD)系几 种。 分别对应于 1055 碳素钢的 PXZ 钢; 对应于 4145 的 PDS3 和常用 P20 改良 品种 PX4、PX5;对应于 X36CrMo17 的 G-Star 和对应于 SUS630 改良的析出 硬化钢 E-Star;3%Ni 的析出硬化系钢 有 NAK55、NAK80;SKD 系的钢号为 DH2F。大同特殊钢生产的淬火回火系 塑料模具钢有热作模具钢 DHA1(使用 硬度 45~50HRC)和 AISI D2 改良品种 DC53 和 PD613(使用硬度分别为 60~62HRC 和 56~61HRC) 另外有对应 ; 于 SUS 420 改良的 S-Star(使用硬度为 50~53HRC) 。 PX4 是硬度为 30~33HRC 的预硬化钢, 适用于一般树脂和大批量生产的模具 材料。它通过真空脱气处理,组织的均 匀程度好,材料表面中心的硬度分布均 匀性比 P20 等提高。其切削加工性和镜 面精加工性在 30HRC 级的材料中最为 良好。它以焊接开裂敏感性低的成分平

衡进行设计、改善了焊接性,有介绍即 使省略预热和焊后加热或不过只在 200℃进行, 也不易出现焊接开裂。 PX5 与之相当。 NAK55 和 NAK80 是 0.1C-3Ni-1Cu-1Al 析出硬化型钢,前者加 S,具有良好切 削加工性,后者未加 S,具有良好的镜面 加工性和放电加工性.同属 37~43HRC 的预硬化钢,经特殊熔炼生产,洁净度 高,性能稳定。两者具有良好的焊接性, 在焊接部位硬度起先出现下降,焊接后 经 500℃×5hr 的时效处理和风冷后, 其 硬度值和热影响区的硬度值均与基材 的硬度相同。 该钢经 520℃ 5 hr 的气体 软件氮化后,其表层硬度可达 750HV, 从而能提高服役寿命。 S-Star 是具超镜面性、高硬度和耐腐蚀 的马氏体型不锈塑料模具钢,经特殊熔 炼而成,其化学成分为 0.38C-0.9Si-13.5Cr-0.1Mo-0.3V, 其交货

硬度可在≤229HB 下或在 (30~34) HRC 预硬状态下。经机加工后的最终热处理 为:经 500℃和 800℃两次预热后加热 至 1020~1070℃奥氏体化,然后油冷、 空冷或气淬, 淬火硬度可达 56HRC, 回 火视耐蚀性或硬度要求在 200~400℃或 490~510℃范围进行,一般要求 2 次, 回火后空冷,达 53HRC 左右,也可进 行冷处理。适合于制造照相机机身、唱 片、透镜和表壳的塑料模具。 6、日立金属株式会社 日立金属株式会社的英文名为 Hitachi Metals,Ltd,.1956 年(昭和 31 年)设立, 接受加工的五个工厂有户田(Tobata) 、 深川(Fukagawa)、桑名(Kuwana)、若松 (Wakamatsu)和安来(Yasugi)。其中安来 工厂前身的安来制钢所起始于 1899 年 成立的云伯铁钢合资会社, 1915 年扩大 发展成为制造高速钢和高级特殊钢的 专业工场。

发展至今的日立金属株式会社的产品 涵盖电子、汽车、机械、建筑和环境等 领域,如 IT 部品和材料,磁性应用部 件,平板显示屏,计算机和半导体集成 电路器件,汽车零部件和材料,环保系 统产品,航空航天和核电工业材料等。 日立金属生产的冷作模具钢除去高速 钢、 Co 高速钢、粉末高速钢和基体高 速钢外,有 SLD(相当于 Cr12MoV) , SLD-Magic,SLD-8,APK-1,CRD, YCS3,SGT,ACD37 和火焰淬火钢 HMD1,HMD5。热作模具钢有 DAC (SKD61) ,DBC(SKD62) ,YEM (SKD7,为 3Cr3Mo 系) ,专利钢种 YEM-K(3 Cr 系) ,含 W 热作模具钢 HDC, YDC, MDC (对应 SKD5, SKD4, SKD8)此外 DAC 系列钢还有 DAC10, , DAC55 和 DAC3 以及 FDAC 等。塑料 模具钢有 HPM1(P21 改进型,快削型) HPM50(P21 改进型) ;HPM7(P20 改

进型)HPM2(P20 改进型,快削型) ; HPM38(SUS 420J2 改进型) ,HPM77 (SUS420J2 改进型,快削型) ;PSL (SOS630 改进型)和 FDAC(SKD61 快削型) ,还有含 CrNiAl 元素的析出硬 化钢 CENA1,以上属预硬型塑模钢, 淬 硬度为 30HRC 的和 40HRC 的两种。 火回火型塑模钢除时效处理钢,粉末高 速钢和基体高速钢外,主要有 HPM38 和 HPM38S(SUS420J2 改进型,硬度 为 50~55HRC) ,HPM31(SKD11 改进 型,硬度为 56~60HRC) ,ZCD-M (SKD11 改进型,硬度为 60~63HRC) 和 ZDP4(高合金粉末模具钢,硬度为 60~65HRC) 。钢种中 HPM 为 high quatity plastil Mold steels 缩写。 本文介绍冷作钢 SLD-Magic,热作钢 DAC55 和塑模钢 HPM38。 6.1 冷作模具钢 SLD—Magic: 它是具有 高服役寿命和易于加工的新一代模具

钢,具有以下特性:①与 SLD8 钢(为 SKD11 改进型的 8%Cr 钢)比,其耐磨 性在 62HRC 时可提高 35%;②加工切 ③韧度与上述 削性比上述钢提高 35%; 钢相当,比 SKD11 有提高;④热处理 变形比上述钢可降低约 40%, 形状误差 改善;⑤表面处理性能改善,进行 TD, CVD 等处理后,处理层的结合性提高 30%;⑥上述 8%Cr 和 10%Cr 钢由于碳 化物量减少,虽然改善切削加工性,但 耐磨性和耐咬合性比 SKD11 差。本材 料与 SKD11 相当,同时韧度有提高, 这样模具寿命会较大幅度增加;⑦使用 后尺寸改变小,与 SKD11 相当,经热 处理后进行低温回火或冷处理、稳定化 处理后尺寸改变更小;⑧由于对碳化物 形态进行控制,与 SKD11 相比,疲劳强 度提高。 该钢的退火硬度≤255HBW。淬火加热 温度 1010~1040℃,施行空冷淬火,淬 回火温度: 低温回 火硬度可达 64HRC。

火在 150~250℃进行,然后空冷,或在 480~530℃进行,然后空冷,获得≥ 58HRC 硬度, 注意,这时会在 500℃回 火时出现硬度峰值,一般会达 60~62 HRC。 6.2 热作模具钢 DAC55 DAC 是 A1, 压铸用最广泛应用的材 Zn 料,具有优良的强度、韧度和耐热性的 热作模具材料。近年来向高韧度和等方 向性(Isotropy)发展。DAC55 属高性 能压铸模具钢,具有更长的使用寿命和 中大型模具适用的高淬透性,耐热疲劳 性和韧度高的 5%Cr 系列材料。 材料的特点:①耐热疲劳裂纹性优良; ②可在 50~53HRC 的高硬度下使用; ③ 耐裂纹扩展性优良;④高的高温强度; ⑤高的淬透性。应用场合:中大型压铸 模具,精密压铸模具和挤压型压铸模 具。

热处理条件:淬火加热温度 1010~1030℃,急冷;回火温度 550~640℃;使用硬度:43~53HRC。当 1020℃淬火时在 550℃~500℃范围出现 二次硬化峰值, 破度可达 53HRC。 注意 淬冷速度与 氏冲击值密切有关,可查 相关曲线图。 模具推荐使用硬度:当耐热裂为主时 (如小件,挤压型模具)采用 50~53HRC;一般条件下为 46~50HRC; 当以韧度为主时, 则选 43~46HRC 较合 适。 6.3 HPM38 HPM38 是 13Cr 系含 Mo 不锈钢,经过 特殊熔炼制成,最适合于要求高硬度, 耐腐蚀和镜面加工性高的塑料模具。 HPM38 的特点主要有:①镜面加工性

优良; ②比 SUS 420 J2 具有更好的耐蚀 性,可以不镀铬条件下使用;③热处理 变形极小,适用于精密模具;④在预硬 状态下(29~33HRC)下供货,可以直 接使用。使用场合为:①一般透明制品 用模具,如透镜、化妆品外壳;②添加 阻燃剂的树脂模具,如家电用品,办公 用品,通讯器件的模具;③不能进行镀 铬的模具,如食品容器和医疗器械的模 具。 对镜面加工性要求更高的模具可应用 HPM38S 钢, 其洁净度比 HPM38 更高, 可适合于表面粗糙度 0.01μm 以下的模 具,如用于制造光碟和非球面透镜的模 具,其使用硬度为 50~55HRC。HPM38 也可在该硬度下使用,适合制作 CD 外 壳、医疗器械,食品容器模具等。 HPM38 的热处理条件:淬火加热温度 1000~1050℃,空冷;回火温度 200~500℃, 空冷; 硬度可达 50~55HRC。

它在 52HRC 条件下,屈服强度 1618MPa,抗拉强度 1912Mpa,延伸率 为 13%,断面收缩为 35%。 7、高周波钢业株式会社 高周波钢业株式会社的英文名称为 Nippon Koshuha steel Co.,Ltd.,原来为日 本高周波重工业(株)于 1936 年 1 月 设立, 1950 年 5 月成立日本高周波钢业 (株) 。它作为神户制钢所集团的一个 成员,主要从事高级特殊钢和超合金的 制造和销售,铸铁制品的制造和销售, 模具工具的制造和销售,生产的钢种有 轴承钢、高速钢、合金工具钢、碳素工 具钢、 不锈钢、 耐热钢、 马氏体时效钢, 碳素结构钢,合金结构钢和高级特殊 钢,超合金材料有铁基、钴基和镍基的 材料,此外还有恒弹性材料和电磁材料 等。 特殊钢生产主要在富山制造所 (Toyama

Plant) ,拥有先进的生产设备和进行先进 的工程管理,满足多样化和高性能化需 求。熔炼设备有 40T 和 10T 的弧光电 炉,炉外精炼炉,真空脱气,真空感应 炉、 高频感应炉和 ESR 炉等。 锻造设备 有 600T, 1500T 和 3000T 高速油压设施。 热处理设备有线材、棒材的连续的正火 炉和真空炉等。 高周波钢业的冷作模具钢有 K3M, KS3,KRCX,FH5,KD11,KD11S, KD12, KD31T 和 KPS6。 热作模具钢有 KTV,TD3,KDA,KDB,KDA1, KDA1S,KDAMAX,KDF,KDF4 和 UH660。 塑料模具钢有 KPM1, KPMAX, KPM30, KAP65, KAP88, 420M, KAP90 和 SM3。 本文介绍 KD11S,KDAMAX 和 KPM30。 7.1 KD11S 冷作工具钢

KD11S 是具有优良切削加工性的常用 新型冷作工具钢,保持了 SKD11 钢的 基本特性的专利钢。切削性能的提高主 要因为控制了碳化物形态,从而能延长 切削工具的寿命和提高机加工效率,如 对铣床加工,在一定切削长度下切削速 度比 SKD11 可相应提高 50%。当进行 车床加工时,切削加工的表面粗糙度改 善。而且在热处理后仍可进行切削加 工,如在热处理后得到 60HRC 下,仍可 进行攻牙加工。刀具断损时的攻牙数相 对于 SKD11 有明显提高。 该钢的热处理条件与 SKD11 相同,热 处理后的变形情况也与 SKD11 相同, 推荐的热处理工艺条件为: ①淬火: 500/600℃第一次预热→800/850℃第二 次预热→1020/1040℃奥氏体化加热→ 油冷至 200℃提出空冷;也可进行空冷 淬硬或气淬。②回火:低温回火温度为 170~200℃;高温回火温度为

500~530℃。注意,热处理后的切削加 工是针对高温回火件而言。 该钢热处理后相对于 SKD11 具有高的 疲劳强度和耐磨性。 7.2 KDA MAX 热作工具钢 KDA MAX 是一种高强度热作工具钢, 具有优质的抗模具 R 形转角处开裂和 抗水冷孔开裂性能,为此它适用于制造 复杂形状的模具或壁薄,应力易集中的 R 形转角的模具。它能抑止水冷孔处因 生锈引起水中脆化的开裂,测试表明, 在 30℃水中浸渍 50hr 也难以锈蚀。相 应与 SKD61 相比,模具的水冷孔开裂 可改进 1.3~10 倍。 对抗激冷激热的龟裂 测试,采用高频加热方法,从 100℃加 热至 600℃然后再冷至 100℃,使加热 和冷却时的温差为 500℃,对 SKD61 和 KDAMAX 钢出现开裂的次数约提高 2.5 倍,同时 KDA MAX 的开裂长度比

SKD61 的短 40%,裂纹的扩展速度减 慢。对 1R 缺口测试片在 100 和 600℃ 之间往复 1500 次的开裂长度对 KDA MAX 和 SKD61 钢分别为 1.73 和 4.21mm,前者只为后者的 0.41。 该钢的淬火处理工艺如下:≤500℃第 一次预热→800~830℃第二次预热→ 1020/1040℃奥氏体化加热→油冷至 100/150℃取出空冷或加压气淬冷却。 回 火工艺为:<300 ℃装炉回火,回火温 度为 570~650℃,空冷到室温后,再在 570~650℃进行第二次回火,回火后空 冷。 该钢的另一个特点是具有高的淬透性, 在 1030℃奥氏体化的 CCT 曲线上,出 现贝氏体的临界冷速约为 3.5℃/min,比 KDA1S 钢的小相当多,为此, 该钢适用 于中大型模具。 该钢还具有优良的抗熔损性,在 50HRC

条件下,在 700℃ADC12 熔铝中保持 1hr, 其熔损失重仅为 SKD61 钢的 2/3,即可 减小约 30%。 7.3 KPM30 塑料模具钢 KPM30 钢是改进 SCM440 系塑料模具 钢的某些特性的预硬(30HRC)型模具 钢,并具有优良的切削加工性,它与 27HRC 的 P20 钢相比, 在相同切削长度 条件下立铣刀的磨耗量约可减少 50%, 可以预期会显著延长加工刀具的寿命 和提高加工效率。此外,它还具下列特 点:①具有优良的焊接性能,与 P20 钢 相比焊接开裂的敏感觉性明显下降;② 具有好的镜面加工性,焊接部位的镜面 加工性也好; ③具有高的淬透性, P20 与 钢相比,对 500mm 厚 150mm 试件,表 面至心部的硬度均匀性明显改善。有数 据表明, 硬度均匀落于 30~31HRC 范围, 而 P20 钢则落于 23~27HRC 范围。 这些 特点使 HPM30 适合于制作中大型模

具。 8、日本山阳特殊制钢株式会社 山阳特殊制钢的英文名称为 Sanyo Special Steel Co.,Ltd.,创业于 1933 年。 1935 年设立山阳制钢株式会社, 开始生 产轴承钢。 1959 年更名为山阳特殊制钢 株式会社。钢厂主要生产特殊钢棒材、 线材、 管材和半成品等。 涉及轴承用钢、 工模具用钢、汽车零部件用钢、运输机 械、工程建筑机械、石油化工设备、火 力发电、电器机械等领域用钢。此外还 生产耐蚀、耐热用超合金,金属粉末, 金属粉末冶金制品,复合材料和磁性材 料等。 冶炼设备拥有电弧炉,二次精炼,RH 真空脱气设备和电渣重熔、真空电弧— 自耗电极重熔等装量,锻造方面有 1500T,3000T 压机,并拥有专用热挤 压技术。热处理方面拥有球化退火,批

量处理炉和连续处理炉等。通过多年积 累的技术精炼提纯,使钢材达到超低含 量的非金属夹杂物的高纯净度钢,特别 将氧、硫和磷的含量控制在低的水平, 并控制加入合金元素量的偏差,使生产 钢材的力学性能稳定和热处理变形的 稳定,减少热龟裂,开裂等的发生。 山阳特殊钢生产的冷作模具钢有 QK3M、QK5M、QKS3、QC1、QC11、 QCD2、QCM8、QCM10、QF1、QF3 和 QF5。热作模具钢有 QD4、QD61、 QDA61、 QDN、 QD62、 QD62HC、 QDH、 QD10、QD6F、QDT、QXD7 和 QT41。 塑料模具钢有预硬化的 PCM40 和淬火 回火后在 55~62HRC 使用的 QCM8。 本 文主要介绍 QCM8 和 QDH 钢。 8.1 QCM8 冷作模具钢 QCM8 是在 SKD11 和基体高速钢相结 合的产物,这种专利钢种具有以下一些

特点:①QCM8 钢含有极少共晶碳化 物,既使有,其颗粒也细小得多。这样 在淬火回火以后,在 60HRC 的硬度下 也具有高的韧度和优良的抗疲劳性能。 按该公司资料,V 形缺口冲击韧度可达 80J/cm2,比 SKD11 约高出四倍。 ②钢的 淬火工艺条件与 SKD11 相同,在 450~550℃范围回火后硬度可达 60HRC 以上,高于 SKD11 钢,但这时的冲击 韧度较低些(仍比 SKD11 钢高出 2 倍 多) 。③具有优良的耐磨性能。④具有 良好的淬透性和更小的热处理变形。出 现贝氏体的临界冷速小于 SKD11 钢。 ⑤比 SKD11 钢更合适进行 TD 法和渗氮 处理。⑥可进行高精度线切割加工,不 易开裂。 该钢在 1030℃奥氏体化,AC1b 为 825℃,Ac1e 为 885℃ Ms 点为 200℃, 相应淬火工艺参数为:第一次预热 500~650℃, 第二次预热 800~850℃, 淬 火加热温度为 1030~1050℃,气淬或分

级淬在 250~500℃盐浴中(每 25mm 保 , 持 10~20 分) 也可进行油淬至 200℃出 油空冷。回火温度为 500℃或更高,回 火后空冷,一般进行 2 次。 该钢可应用于精冲模具,冷锻模具,冷 挤模,拉伸模,卷边模,成形轧辊或磨 粒磨损塑料成形模具等。 8.2 QDH 热作模具钢 QDH 是获专利的钢种,兼具 SKD7(3%Cr3%Mo 型)钢的高温强度和 抗高温软化能力,又具 SKD61(5% Cr1% Mo 型)的淬透性。该钢在冶炼过 程中采用了山阳特殊钢独特的 LF 中间 包工艺及 RH 真空脱气,使其杂质含量 降至极低,明显减少模具的龟裂。同时 其热处理变形比 SKD61 小以及具更佳 的表面渗氮性能。 QDH 钢的退火处理温度为 820~870℃,

缓慢冷却,退火硬度≤229HB。经深度 机械加工后的退火工艺为:缓慢加热到 860~870℃炉冷到 500℃下空冷, 如厚度 >250mm,则随炉冷至 300℃后空冷。 淬火工艺:650℃第一次预热, 800~820℃第二次预热(大件) ,淬火加 热温度 1020~1050℃,在盐浴炉或真空 条件下淬火,当工件厚度大于 150 mm 时应选用盐浴炉分级或油淬方法。淬火 后硬度≤55HRC。 回火工艺:温度按需要硬度选取,回火 一般 2 次,大尺寸模具应进行 3 次。按 资料介绍 600℃回火后, 硬度约 52HRC。 该钢主要用于温锻模具,铜锻模具,铜 压铸模具,铝挤出模具等。 结束语: 本文以近两年来在模具等展会上收集

的世界各模具材料制造厂的资料和样 本为依据加以汇综撰写而成, (介绍的 钢种一般为这些公司常推荐或在杂志 上刊出的) ,以达到较好反映当前模具 材料生产的现状及进展,这次刊登的为 Arcelor, Aubert&Dural, King&CO, Schmiede Werke Groditz GmbH 和日本 的大同,日立,高周波及山阳(各以字 母排列为序)等八家。对在模具材料活 跃的其它厂家,由于时间关系,以后再 作论述,尤对美国一些制造商,尚需化 时间去接触了解。 关于有些公司的熔炼方面的情况,有的 选自公司介绍资料,有些来自各公司的 网站资料,可能会有一定出入。本文所 以列入是为国内钢厂参考,本文希望国 内钢厂迎头赶上,生产出国产的超级或 优级模具钢。纵观全局,超级或优级钢 材的成分设计,形成我国特有的专利钢 种,去与国外钢厂相竞争,可能是一条 相当重要的出路。 H13 钢的成分研究 对

和设计,本文作者已作过努力,只是尽 了点绵薄之力。今后殷切希望更多学 者、专家一起耕耘。


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