廣東工業大學黎炳雄

　　美國模具鋼系列和選用方案在40年代就初步形成。

　　美國模具工業用材分析

　　美國按模具服役條件將模具鋼分為三大類，美國金屬學會工具鋼委員會列出了：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三大類。其中，冷作模具鋼又分出12小類，熱作模具鋼9小類，塑料模具鋼2小類。每個小類的選材又取決于三個主要因素： ◆尺寸大小和形狀的復雜性， ◆被加工的材料， ◆耐久性要求或設計壽命。

　　冷作模具鋼的分類

　　冷作模具鋼分為五組：W組、O組、A組、D組、S組。

　　◆W組即水淬工具鋼，有11個鋼種，7個碳素工具鋼，含碳量從0.7%-1.3%。 ◆O組即油淬冷作模具鋼(俗稱油鋼)，有4個鋼種，含碳量在0.85%-1.55%， ◆A組即空淬中合金冷作模具鋼，有9個鋼種，含碳量從0.5%-2.25%。 ◆D組即高碳高鉻冷作模具鋼，有7個鋼種，含碳量0.9%-2.5%。 ◆S組即耐沖擊工具鋼，有7個鋼種，含碳量0.4%-0.6%。 用于冷作模具還有高速鋼(HSS組)和超高速鋼(SHSS組)，鈷基硬質合金和鋼結硬質合金(HA組)，粉末鋼和工程陶瓷(PIM組)，碳鎢工具鋼(F組)，特殊用途工具鋼(L組)。

　　冷作模具鋼的選用

　　冷作模具鋼的主系列是高硬冷作類，主要用于要求高抗壓和耐磨為主的模具，硬度高于HRC60-62。對于要求耐沖擊、韌性高的模具，硬度低于HRC60-62，主要用S類和部份A類和最普通的調質鋼、彈簧鋼、熱作模具或基體鋼。對于大型沖壓模，如汽車外型沖壓件，主要用鑄鐵類。簡易或壽命數量少的用鋅基合金或高分子復合材料。

　　高速鋼和超高速鋼在冷作模具中的應用迅速增長。主要是有高的"抗壓強度/硬度"比值。且硬度可在HRC60-70之間選擇。

　　粉末模具鋼有優良的耐磨壽命，硬度不大高HRC60-62，應用相當多。

　　碳素工具鋼在壽命10萬件的沖頭或軟材料沖壓模仍有一定的應用范圍。

　　熱作模具鋼的分類

　　美國熱作模具鋼分二大類：熱作模具鋼，和超級熱強合金。

　　熱作模具鋼的選用

　　熱作模具由于在有溫度的條件下工作，要求材料具有熱強性和熱耐磨性，為了保證模具的使用壽命模具要冷卻，熱冷交替模具會出現龜裂，即熱疲勞裂紋，所以材料又要求有抗裂紋能力和抗熱疲勞性能。

　　按熱強性排列的主系列進行選材: 低合金調質模具鋼(6G，6F2，6F3)→中鉻熱作模具鋼(H11、H12、H13)→鎢熱作模具鋼(H21，H22)。

　　非標準的熱作模具鋼：例如熱鐓鍛模具用時效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出現了不能滿足熱耐磨性時，可以選擇6H1，6H2。

　　當要求模具以熱作耐磨性為主時，可以選擇D2，D4→M2，M4→粉末鋼。鋼結硬質合金、鈷基硬質合金的高溫耐磨性是很高的，但其熱疲勞性(即冷熱抗疲勞裂紋)很差，不能在急冷急熱狀態下使用。

　　塑料模具鋼的分類

　　美國是最早在工具鋼中列出塑料模具專用鋼的國家，以P來表示為主，共分為五類。

　　◆滲碳型塑料模具鋼：P1，P2，P3，P4，P5，P6。這類鋼含碳量很低，主要是美國早期及用擠壓成型制模法，要求冷塑性好，有高的擠壓性能，成型后表面滲碳淬火提高表面硬度，使用壽命長。芯部超低碳可使淬火時變形量最小。

　　◆調質型塑料模具：P20，P21。目前塑料模具中P20的用量很大，已成為主體，大多數在預硬狀態時使用。

　　◆中碳合金工具鋼用于熱固性塑料模。鋼號有H13，而L2和S7，O1和A2也有應用。這一類的特點是： 1.基本屬二次硬化金鋼，500-600oC時的熱強性好。 2.含鉻較高，大氣腐蝕性好。 3.淬透性極好，適用于大模塊。

　　◆不銹鋼用于耐蝕性要求高的塑料模，主要鋼號有420，414L，440，416。 #p#分頁標題#e#

　　◆時效鋼是經過時效處理而獲得高的使用性能。有兩種，一種是P21低碳Ni-A1時效鋼；另一類是18Ni馬氏體時效鋼。后者是用于宇航工業的無碳高純度、高強度、高韌性的材料。用于力學性能、尺寸精度、光潔度和耐蝕性都要求高的塑料模具中。

　　塑料模具鋼的選用

　　薄壁的塑料箱體，生產批量在小于10萬件時，用P20，P21預硬態(HB250～300)，腐蝕性較強時用414L。

　　高壽命的普通塑料模，用P6或P20，經滲碳一淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大時，可用O1，S7。腐蝕性較強時用420。

　　非高溫的熱固性模用P6，P20經滲碳淬火后使用。腐蝕性強用420。

　　高溫熱固性塑料模用H13和S7或滲碳鋼P4。這些含鉻較高有好的抗回火性和抗高溫氧化性。

　　廣東省模具用材的特點及發展趨勢

　　廣東省模具工業產值約100億人民幣左右，占全國模具工業產值20%以上。全省模具廠約6000多家。廣東家用電器、電子、陶瓷、鋁型材等產業在全國占有舉足輕重的地位。家用電器的注塑件占很大比例。所以廣東的塑料模具在全國占有很大的比重。

　　廣東墻地磚，僅佛山的產量就占全國的六成。世界50%的手表和全國80%的照相機均產自廣東，加上家用電器的沖壓件、不銹鋼焊接管等的產量在全國均占較大比例。所以廣東省的冷作模具也占很大比重。

　　全國鋁型材70%產量也來自廣東，而南海市又占廣東省70%，鋁型材的模具都是用熱作模具鋼H13來制造。全國鋼鐵行業生產的H13大部分銷往廣東。

　　廣東的壓鑄業也十分發達，各種各樣壓鑄機一千多臺以上，此外，汽車、摩托車、家電和電子產品中的壓鑄件也進一步發展，所以壓鑄模有更大需求。

　　廣東省模具的幾大類是塑料模具、冷作模具(主要是冷沖模和陶瓷模)、熱作模具(鋁型材壓模、壓鑄模)。其中鋁型材擠壓模、陶瓷模、不銹鋼焊接管輥模占的比例與國外的國內各地區所占比例不一樣。

　　廣東省模具用材相對落后于國內外先進地區。

　　廣東省要有自己的用材特點和用材系列：開發和推廣東高質量、高壽命的"鋁型材熱作模具鋼"和"壓鑄模用熱作模具鋼"，高耐磨、高韌性的冷作模具鋼和高質量、高壽命的塑料模具鋼。

　　大力推廣真空熱處理和表面工程新技術，才能滿足和適應廣東省模具工業的發展，才能促進廣東模具質量水平的提高。

　　只有建立了適合廣東省模具工業用材系列和供應渠道，以及保障模具質量和水平的熱處理和表面工程技術，廣東省模具工業才能夠滿足廣東省現代化建設的需要。