钢材的定义 第3章 三板模设计-22-模具钢 钢－含碳量在0.0218％～2.11％的铁碳合金

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1 钢材的定义 第3章 三板模设计-22-模具钢 钢－含碳量在0.0218％～2.11％的铁碳合金
工业纯铁 铸铁 在普通钢材中添加Cr,Mo,V,Ni等合金成分就得到了合金钢，我们的模具钢材都属于合金钢

2 改变钢材性能的办法 主要有三方面 1.合金成分 2.冶炼工艺 3.热处理

3 碳：C 增加淬火组织的硬度 形成碳化物，提高耐磨性 降低韧性 降低可焊性 例如：P20,D2

4 铬：Cr Cr能提高钢之硬度，形成坚硬及稳定的碳 化铬,从而改善耐磨性 Cr能提高钢的淬透性 当Cr含量超过12%, 具耐腐蚀作用，并提供良 好抛光性 例如：S136,2316

5 钼：Mo Mo是强碳化物形成元素，提高耐磨性 Mo＞0.5％能抑止其他合金元素引致之回火脆性 提供红硬性，热强度 提高淬透性，回火稳定性 例如：DH31-S,236（W特点与Mo相似）

6 钒：V 可以形成高硬度碳化物，提高耐磨性 细化钢的晶粒，降低过热敏感性 提高钢之强度、韧性及回火稳定性 例如：8407，V10

7 镍：Ni Ni能提高钢的淬透性 Ni能细化晶粒 例如：738vs2311

8 硫（S） S:常以MnS形式存在钢中，割裂基体的连续性 恶化材料的韧性、抗腐蚀性、抛光性、放电 加工性、蚀纹性，可提高材料的切削能力。
例如：NAK80—NAK55 2311－－2312

9 塑胶模具钢的类别和选择 P20：普通塑胶零件(738\718\838) P21：要求尺寸稳定的塑胶零件(NAK80)
420：镜面或防酸性的模具或是做硬模(S136\S- STAR(A)\2083) H13：长期生产的硬模(2344\8407) 01/D2：极少数要求耐磨性非常之高的时候用到， 但脆性很大

10 塑胶模具的发展方向 硬 模 软 模 半 硬 模 硬 度 310HB 32HRC 345HB 36HRC 380HB 42HRC 480HB
硬 模 软 模 半 硬 模 硬 度 310HB 32HRC 345HB 36HRC 380HB 42HRC 480HB 50HRC

11 如何选择模具钢材 钢材特性 模具的尺寸 塑胶模具钢的选择 生产的数量 塑胶材料 生产的速度 模具的表面的要求

12 1.一般模架用钢材 碳素结构钢 • S50C（轧板） 退火态供货（约HB170-220）
钢材特性 •良好机械加工及切削特性 热处理 •若客要求，建议调质至HRC28~32.

13  塑胶模具钢  热作钢  冷作钢  其他特殊钢……
2.合金模具钢之分类  塑胶模具钢  热作钢  冷作钢  其他特殊钢……

14 塑胶模具钢特性 • 硬度：抵抗变形之能力; • 韧性 ：抵抗因应力集中而导致脆性破坏之能力;
• 抛光度：材料表面通过抛光所能达到的光洁程度; • 加工性：机械切削加工性能; • 耐磨性 ：在压力、冲击载荷及摩擦等工作条件 下抵抗磨损之能力; • 抗腐蚀性：在氧化性介质中不易被氧化之能力;

15 塑胶模具钢特性分类-P20系列 适用于一般塑胶模，其厚度一般≤160MM，若厚度过高，则 难以保证材料芯部与表面硬度之一致性。因此，根据不 同的性能要求，推出P20改良系列，如: » 2312: （P20+S）加硫使其极易切削，适宜大批量快速加 工； » 738/H:（P20+Ni) 加镍提高淬透性，硬度分布均匀； »PX88：均匀的组织及硬度，良好的焊接、蚀纹和抛光性能； » 2711: P20特级版，适用于高硬度、高韧性及高磨光度模 具； »P20HH：化学成分特别配置，采用VAD熔炼技术、良好的锻 压工 艺及压缩比，综合机械性能更优越； »P20LQ：（VAR+VAD）双真空精炼，为光学级镜面钢； » 718S/H：经真空除气，钢材纯洁均匀、抛光性良好;

16 塑胶模具钢特性分类-P21系列 要求尺寸稳定之塑胶零件，如日本 大同之NAK55、NAK80。
» NAK55：P21+S（VAR）易切削加工、 镜面抛光一般 » NAK80：P21改良（VAR）改善放电加 工性、镜面抛光优异 NAK55和NAK80为时效硬化钢，不宜 氮化。

17 塑胶模具钢特性分类-420系列 •德国2083/2316 日本JIS SUS 420 J2 •防酸性之模具（PVC，PMMA等腐蚀性物质） •出厂有退火状态（加工后淬硬）及预硬状态 •龙记代理之品牌： »法国奥伯杜瓦（A&D）-X13T6W（236/236H） »龙记特殊钢：LKM2083/LKM2O83H LKM2316A/LKM2316/LKM2316ESR »瑞典一胜百（ASSAB）-S136/S136H »大同（DAIDO）- S-STAR

18 420系列材料抗腐蚀性机理及鉴别方法？ 机理：420系列材料主要添加了合金元素Cr（含量一 般≥13.0%），Cr 在氧化性介质中极易钝化，生成 致密的氧化物保护膜，从而使钢材的抗腐蚀性大大 提高。 鉴别方法：滴少许硫酸铜溶液于钢材表面，片刻后 若无反应，则为420不锈钢；反之则马上生锈，即为 非420类钢材。

19 影响塑模钢抛光质量的因素 1.冶金质量（非金属夹杂物、气泡、氧化 物及硫化物） 2.组织不均匀度（浇注技术及锻造） 3.硬度（高硬度有利于抛光） 4.抛光技术

20 热作模具钢 •作为压铸模具、长寿命或带磨损性塑料+混加剂的 塑胶模之材料 ; •出厂是退火状态，加工后可热处理至硬度HRC42~48
•要求高的热硬性，高温耐磨性，高的抗氧化能力、热疲劳抗力及高韧性 •作为压铸模具、长寿命或带磨损性塑料+混加剂的 塑胶模之材料 ; •最常见为H11及H13，龙记代理品种有： » LKM2344/LKM2344SUPER »（A&D）-SMV3W » (DAIDO)-DH31-S »（ASSAB）-DIEVAR/HOTAR/8407 » (A&D)-ADC3

21 冷作模具钢 •出厂是退火状态，加工后可提高硬度至HRC58~62 •高硬度，高耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力，热 处理变形小
•作为冷作模具、长寿命塑胶模之材料 •大致分以下几种：»AISI O1 »AISI D2 »特殊材料-粉末钢 •龙记代理品种：»O1：ARNEDF-2/GOA/LKM2510 »D2：XW-42/DC11/LKM2379 »D2（MOD）：DC53/ASSAB88 »粉末钢：V10 »其他：CALMAX635/LKM2767（6F7）

22 日本新东透气钢 其他特殊钢 •一种特殊烧结粉末钢，具透气功能，抗锈防 酸能力极佳，易切削，放电加工良好
»PM-35 预硬至HV350~400 »PM-40 预硬至HV400~450 •一种特殊烧结粉末钢，具透气功能，抗锈防 酸能力极佳，易切削，放电加工良好 •适用于塑胶及压铸模具，解决因困气所形成 之品质及效率问题。

23 3.合金钢的热处理 热处理的类别 热处理工艺

24 •普通热处理 »真空 »非真空 •表面热处理 »表面淬火 »火焰加热 »感应加热 •化学热处理 »渗碳 »氮化 »碳氮共渗 »渗金属
热处理的类别 •普通热处理 »真空 »非真空 •表面热处理 »表面淬火 »火焰加热 »感应加热 •化学热处理 »渗碳 »氮化 »碳氮共渗 »渗金属

25 热处理工艺 退火 正火 淬火 回火 (高溫/低溫) 氮化

26 退火 加熱到高於臨界點Ac3某一定溫度, 保溫一段時 間, 然後緩慢冷卻
細化晶粒, 改善組織, 降低硬度而改善鋼材的切 削性及為淬火做好組織準備 例如: LKM2510出廠狀態 - 退火至 HB 230

27 正火 加熱到高於臨界點Ac3約30-50C, 保溫一段時間, 然後在空氣中冷卻 (冷卻速度比退火為快)
細化晶粒, 改善組織, 降低硬度而改善鋼材的切 削性 與退火比較, 正火後所得的珠光體較細, 硬度和 強度較高 適用於低碳及中碳結構鋼, 作為硬度調質之用

28 淬火 加熱到奧氏體溫度, 保溫一段時間, 然後用冷卻 介質(如水、油、空氣/氮氣)急速冷卻, 從而得 到馬氏體組織
提高鋼的硬度和耐磨性(需與回火配合) 例如: LKM2510的淬硬溫度為820C

29 回火 加熱到Ac1以下某一定溫度, 保溫一定時間, 再冷 卻到室溫。 消除淬火後的內應力及降低脆性；
除著回火溫度的升高, 強度和硬度逐漸下降, 而塑 性及韌性逐漸升高； 例如: LKM2510 當回火溫度 = 200C, 硬度 = 62 HRC; 當回火溫度 = 400C, 硬度 = 50 HRC

30 氮化 增加表面硬度，從而改善模具耐磨性，提高壽命 可改善耐腐蝕性(適用於低、中合金工具鋼)
將模具或零件加熱至 C 並注入氨氣，氨 氣在此溫度下分解成氮離子滲入鋼材表面，影成 堅硬的氮化物 氮化層深度：0.08 mm mm 氮化層硬度： HV

31 為什麼模具熱處理後會變形？ 外應力 機械加工 在高溫下，應力釋放+強度下降 = 變型 內應力 熱應力
加熱速度快或不均，形成模具不同地方不同膨 脹 = 變型 組織轉變應力 組織之體積不同，轉變時產生差異。 鐵素體(2.86A)->奧氏體(3.57A)->馬氏體 (2.98A)， 體積增加 = 變型

32 4.钢材之其他相关知识 钢材之标准 钢材之硬度

33 钢材之标准 美国—AISI/SAE/ASTM 德国—DIN 日本—JIS 中国—GB 法国—AFNOR

34 美国标准（AISI） P1-P19 Low Carbon Steel P20-39 Low Carbon,High Alloy steel
H11-H19 Chromium base Ox Oil Hardening Steel Dx High Carbon Chromium Steel 2XX,3XX,4XX,6XX Stainless Steel

35 德国标准（DIN） 1.2738 Low carbon,high alloy 1.2311 Low carbon,high alloy
Low carbon,high alloy,free machine Stainless steel High performance stainless steel Chromium base Low alloy steel High carbon,high chromium steel

36 日本标准（JIS） SxxC Plain carbon steel SUSxx Stainless steel
SKx Carbon tool steel SKSx Low alloy steel SKDx Medium high alloy steel SUJx Bearing steel SUM Free cutting steel

37 钢材之硬度 常规表示有布氏（HB）、洛氏（HRC）、维氏（HV）、里 氏（HL）硬度等，其中以HB及HRC较为常用。
HB应用范围较广，供货状态常用， Cu、Al也可用 。HRC 适用于表征高硬度材料，如热处理硬度等。两者区别在 于硬度计之测头不同，布氏硬度计之测头为钢球，而洛 氏硬度计之测头为金刚石。 在一定条件下，HB与HRC可以互换。其换算公式可大概记 为：1HRC≈1/10HB。 HV-适用于显微分析，Cu、Al也可用。 HL-手提式硬度计，测量方便，但对样品厚度有要求。

38 重量轻 抗腐蚀性/防锈 良好的机加工性能 高热传导性 良好阳极氧化及电镀性能
铝合金之特性 重量轻 抗腐蚀性/防锈 良好的机加工性能 高热传导性 良好阳极氧化及电镀性能

39 铝合金之应用 1.吸塑模、吹气模、鞋模及发泡塑胶模 2.电子业用夹具及工具 3.机械零件 4.超声波塑胶焊接机 5.丝印、移印机械及夹具
6.机械手、油压及气动元件 7.自动化机械零件及机板 8.表类成形零件

40 铜及铜合金 铜：日本三宝EDM电蚀纯红铜 铜合金：美国合金铍铜 MM-30 预硬至HRC26~32 MM-40 预硬至HRC36~42
日立合金铜 HIT-75 预硬至约HB180~230

41 1.模架材质: 上固定板 S50C 母模仁 2344/S136 /NAK80
脱料板 S50C 公模仁 /8407/NAK80 母模板 S50C 滑块入子 SKD61/S136 /NAK80 公模板 S50C 滑块座 NAK80/718 上顶针板 S50C 滑块压板 SKD61 下顶针板 S50C 耐磨块 SKD61 模脚 S50C 斜导柱 SKD61 斜导柱压板 NAK80/718 下固定板 S50C 公模入子 SKD61

42 母模入子 SKD61 /S136 斜销 VIKING/STAVAX
顶针/司筒针 SKH 斜销座 SKD61 灌嘴(整体式) NAK80/SKD 斜销导向块 CU/SKD61 支撑柱 S50C 流道板 SKD61 STP SKD 开闭器衬套 NAK80 司筒针压板 S50C 定位环 S50C 其他零件 S50C/NAK80/718/P20