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:(1)尺寸大小和形状的复杂性;(2)被加工的材料;(3)耐久性要求或设计寿命。
1. 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%-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0.5-2.25%。
D组即高碳高铬冷作模具钢,有7个钢种,含碳量0.9%-2.5%。
S组即耐冲击工具钢,有7个钢种,含碳量0.4-0.6%。
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)。
2. 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。
3. 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H11、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时,可以选择6H1、6H2。