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1、模具钢材及特性 编制：徐利民 2014年1月 通常来讲： 模具钢材统称为特殊钢，一般钢材称为结 构钢。 钢材分为：预硬钢 冷作刚 热作刚 工具钢 钢材成分为：C（碳）Si（硅）Mn(锰） P（磷）S（硫）Cr（铬）Ni(镍）Mo(钼） V（钒）Ti(鈦）W（钨）Nb（铌）Cu（铜） Al(铝）B（硼）N（氮）Xt（稀土）Co（钴 ）等18钟化学成分。 碳(C):钢中含碳量增加，屈服点和 抗拉强度升高 ,但塑性和冲击性降 低，当碳量0.23%超过时，钢的焊 接性能变坏，因此用于焊接的低合 金结构钢，含碳量一般不超过 0.20%。碳量高还会降低钢的耐大 气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢 就易锈蚀；此
2、外，碳能增加钢的冷 脆性和时效敏感性。 2、 硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还 原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15 0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50- 0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢 的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛 用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0 1.2%的硅，强度可提高1520%。硅和钼 、钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧 化的作用，可制造耐热钢。含硅14%的 低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工 业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接 性能。 3、 锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好 的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30 0.50%。在碳素钢中加入
3、0.70%以上时就算 “锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧 性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬 性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3 屈服点高40%。含锰1114%的钢有极高 的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板 等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降 低焊接性能。 4、 磷（P）：在一般情况下，磷 是钢中有害元素，增加钢的冷脆性 ，使焊接性能变坏，降低塑性，使 冷弯性能变坏。因此通常要求钢中 含磷量小于0.045%，优质钢要求 更低些。 5、 硫（S）：硫在通常情况下也 是有害元素。使钢产生热脆性，降 低钢的延展性和韧性，在锻造和轧 制时造成裂纹。硫对焊接性能也不 利，降低耐腐蚀性。
4、所以通常要求 硫含量小于0.055%，优质钢要求 小于0.040%。在钢中加入0.08- 0.20%的硫，可以改善切削加工性 ，通常称易切削钢。 6、 铬（Cr）：在结构钢和工 具钢中，铬能显著提高强度、 硬度和耐磨性，但同时降低塑 性和韧性。铬又能提高钢的抗 氧化性和耐腐蚀性，因而是不 锈钢，耐热钢的重要合金元素 。 7、 镍(Ni)：镍能提高钢的强度， 而又保持良好的塑性和韧性。镍对 酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温 下有防锈和耐热能力。但由于镍是 较稀缺的资源，故应尽量采用其他 合金元素代用镍铬钢。 8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细 化，提高淬透性和热强性能，在高 温时保持足够的强度和抗
5、蠕变能力 (长期在高温下受到应力，发生变 形，称蠕变)。结构钢中加入钼， 能提高机械性能。 还可以抑制合 金钢由于火而引起的脆性。在工具 钢中可提高红性。 9、 钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂 。它能使钢的内部组织致密， 细化晶粒力；降低时效敏感性 和冷脆性。改善焊接性能。在 铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适 当的钛，可避免晶间腐蚀。 10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧 剂。钢中加0.5%的钒可细化组 织晶粒，提高强度和韧性。钒 与碳形成的碳化物，在高温高 压下可提高抗氢腐蚀能力。 11、钨(W)：钨熔点高，比重大 ，是贵重的合金元素。钨与碳 形成碳化钨有很高的硬度和耐 磨性。在工具钢加钨，可显著
6、提高红硬性和热强性，作切削 工具及锻模具用。 12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低 钢的过热敏感性及回火脆性，提高 强度，但塑性和韧性有所下降。在 普通低合金钢中加铌，可提高抗大 气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀 能力。铌可改善焊接性能。在奥氏 体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀 现象。 14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼 的钢，往往含有铜。铜能提高强度 和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺 点是在热加工时容易产生热脆，铜 含量超过0.5%塑性显著降低。当 铜含量小于0.50%对焊接性无影响 。 15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧 剂。钢中加入少量的铝，可细化晶 粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板 的08
7、Al钢。铝还具有抗氧化性和抗 腐蚀性能，铝与铬、硅合用，可显 著提高钢的高温不起皮性能和耐高 温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢 的热加工性能、焊接性能和切削加 工性能。 16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改 善钢的致密性和热轧性能，提高强度 。 17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧 性和焊接性，增加时效敏感性。 18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期 表中原子序数为57-71的15个镧系元素 。这些元素都是金属，但他们的氧化 物很象“土”，所以习惯上称稀土。钢 中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的 组成、形态、分布和性质，从而改善 了钢的各种性能，如韧性、焊接性， 冷加工性能。在犁铧钢中加入
8、稀土， 可提高耐磨性。 常用模具钢材特性 NAK80 化学成分： 预硬模具钢，HRC38-42,高镜面模具钢，极 好的氮化性能和焊接性能 CMnCrMoNiCuAl 0.141.400.30.32.80.90.9 抗疲 劳劳性 耐磨 性好 耐腐 蚀蚀性 抗变变 形优优 耐热热 抗腐 韧韧性 优优良 抗氧 化性 P20化学成分 预硬模具钢，HRC35-40，氮化性能好，抛 光性和咬花性好，通常用作机壳类模具。 CSiMnCrMoPS 0.28- 0.4 0.2- 0.8 0.6- 1.0 1.4- 2.0 0.3- 0.5 小于 0.03 小于 0.03 抗疲 劳劳性 弹弹性 优优良 耐磨 性好
9、 耐腐 蚀蚀性 抗变变 形优优 有害 元素 切削 性好 2738 氮化模具钢，HRC28-32，加工性 能优异，易切削、研磨、电蚀 ， 通常用在寿命高大型模具。 CMnCrMoNiPSiS 0.31.52.00.21.00.020.30.03 抗疲 劳劳性 耐磨 性好 耐腐 蚀蚀性 抗变变 形优优 耐热热 抗腐 有害 物质质 韧韧性 优优良 切削 性好 SKD61：热作模具钢 合金热处理模具钢：HRC25-30，热处 理后达到HRC48-60，通常用作压铸模 具和五金模具 CMnCrMoVPS 0.30.50.51.21.00.030.02 抗疲 劳劳性 耐磨 性好 耐腐 蚀蚀性 抗变变 形优
10、优 抗氢氢 化好 高硬 度 切削 性好 8407 合金热处理热作工具钢，优良的耐热冲击和抗龟裂 能力 ，不论大小尺寸，韧性及延展性高高且各向同 性，加工性及抛光性优良，优良的淬透性，良好 的热处理尺寸稳定性，通常用在压铸模具和接插件 模具上。 CMnCrMoSiV 0.380.45.31.31.00.9 抗疲劳劳 性 耐磨性好 耐腐蚀蚀 好 抗变变形 优优 韧韧性优优 良 抗氢氢 化优优 VIKING（海盗） 热作合金油钢，HRC52-60，良好的热处理 尺寸稳定性， 良好的机加工和磨削加工性 能， 综合了极佳的韧性和耐磨性；现如今 通常用于高载荷冲切和成型加工的耐冲击 钢种都不能提供最佳的综合性能。 通常用 在接插件模具 CMnCrMoSiV 0.50.58.01.51.00.5 抗疲劳劳 性 耐磨性耐腐蚀蚀抗变变形韧韧性优优 良 抗氢氢 化 S136 不锈模具钢: 优良的耐腐蚀性, 优良的抛旋光性,优良的 耐磨性,优良的机械加工性,淬火时具有优良 的稳定性;模具经过长期使用后，模穴表面 仍然维持原先的光滑状态。模具在潮湿的 环境下操作或存放时、不需要特别的保护 CMnCrMoSiV 0.40.513.50.60.80.2 抗疲劳劳 性 耐磨性耐腐蚀蚀抗变变形韧韧性优优 良 抗氢氢 化
