美国模具钢材情况介绍

    美国模具钢系列和选用方案在40年代就初步形成。
    美国模具工业用材分析
    美国按模具服役条件将模具钢分为三大类，美国金属学会工具钢委员会列出了：冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类。其中，冷作模具钢又分出12小类，热作模具钢9小类，塑料模具钢2小类。每个小类的选材又取决于三个主要因素。
    ▲尺寸大小和形状的复杂性；
    ▲被加工的材料；
    ▲耐久性要求或设计寿命。
    冷作模具钢的分类
    冷作模具钢分为五组：W组、O组、A组、D组、S组。
    ▲W组即水淬工具钢，有11个钢种，7个碳素工具钢，含碳量从0．7％一1．3％。
    ▲O组即油淬冷作模具钢(俗称油钢)，有4个钢种，含碳量在0．85―1．55％；
    ▲A组即空淬中合金冷作模具钢，有9个钢种，含碳量从0．5％一2．25％。
    ▲D组即高碳高铬冷作模具钢，有7个钢种，含碳量0．9％一2．5％。
    ▲S组即耐冲击工具钢，有7个钢种，含碳量0．4％一0．6％。
    用于冷作模具还有高速钢(HSS组)和超高速钢(SHSS组)，钴基硬质合金和钢结硬质合金(HA组)，粉末钢和工程陶瓷(PIM组)，碳钨工具钢(F组)，特殊用途工具钢(L组)。
    冷作模具钢的选用
    冷作模具钢的主系列是高硬冷作类，主要用于要求高抗压和耐磨为主的模具，硬度高于HRC60―62。对于要求耐冲击、韧性高的模具，硬度低于HRC60-62，主要用S类和部分A类和最普通的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模，如汽车外型冲压件，主要用铸铁类。简易或寿命数量少的用锌基合金或高分子复合材料。
    高速钢和超高速钢在冷作模具中的应用迅速增长。主要是有高的“抗压强度／硬度”比值。且硬度可在HRC60―70之间选择。
    粉末模具钢有优良的耐磨寿命，硬度不大于HRC60―62，应用相当多。
    碳素工具钢在寿命10万件的冲头或软材料冲压模仍有一定的应用范围。
    热作模具钢的分类
    美国热作模具钢分二大类：热作模具钢和超级热强合金。
    热作模具钢的选用
    热作模具由于在有温度的条件下工作，要求材料具有热强性和热耐磨性，为了保证模具的使用寿命模具要冷却，热冷交替模具会出现龟裂，即热疲劳裂纹，所以材料又要求有抗裂纹能力和抗热疲劳性能。
    按热强性排列的主系列进行选材：
    低合金调质模具钢(6G，6F2，6F3)→中铬热作模具钢(H11、H12、H13)→钨热作模具钢(H21，H22)。
    非标准的热作模具钢：例如热镦锻模具用时效硬化型的6H4。使用H1l、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时，可以选择6H1、6H2。
    当要求模具以热作耐磨性为主时，可以选择D2，D4→M2，M4→粉末钢。钢结硬质合金、钴基硬质合金的高温耐磨性是很高的，但其热疲劳性(即冷热抗疲劳裂纹)很差，不能在急冷急热状态下使用。
    塑料模具钢的分类
    美国是最早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家，以P来表示为主，共分为五类。
    ▲渗碳型塑料模具钢：P1，P2，P3，P4，P5，P6。这类钢含碳量很低，主要是美国早期及用挤压成型制模法，要求冷塑性好，有高的挤压性能，成型后表面渗碳淬火提高表面硬度，使用寿命长。芯部超低碳可使淬火时变形量最小。
    ▲调质型塑料模具钢：P20，P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成为主体，大多数在预硬状态时使用。
    ▲中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13，而L12和S7，01和A2也有应用。这一类的特点是：
    1．基本属二次硬化合金钢，500―600C时的热强性好。
    2．含铬较高，大气腐蚀性好。
    3．淬透性极好，适用于大模块。
    ▲不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模，
    主要钢号有420，414L，440，416。
    ▲时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。有两种，―种是P21低碳Ni―Al时效钢；另一类是18Ni马氏体时效钢。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。
    塑料模具钢的选用
    薄壁的塑料箱体，生产批量在小于10万件时，用、P20、P21预硬态(HB250～300)，腐蚀性较强时用414L。
    高寿命的普通塑料模，用P6或P20，经渗碳一淬火后硬度在HRC54―58；塑料件不太大时，可用O1、S7。腐蚀性较强时用420。
    非高温的热固性模具PO、P20经渗碳淬火后使用。腐蚀性强用420。
    高温热固性塑料模用H13和S7或渗碳钢P4。这些含铬较高有好的抗回火性和抗高温氧化性。