熱作模具鋼H13的特點及發(fā)展方向
①H13鋼是世界上普遍使用的強韌兼具的熱作模具鋼，具有高的淬透性和抗熱裂能力。很多場合應用于制造鋁合金壓鑄模具。
②H13鋼的國內牌號為4Cr5MoSiVl，現在正在向低Si高Mo方向發(fā)展。
③H13鋼的表面改性主要有鐵素體氮碳共滲或者硫氮碳共滲以及物理氣相沉積硬膜等方法， 更為優(yōu)越的辦法是這些方法進行合理組合。

熱作模具鋼H13以及鋁合金壓鑄模的表面改性目前主要在以下兩個方面：
（1）鐵素體氮碳共滲和硫氮碳共滲技術和（2）PVD涂層技術。國內外在這兩方面進行的研究論文有了發(fā)表， 但具體工業(yè)應用報導不多。專門從事材料表面改性技術的法國HEF集團在一些國際性會議上以論文形式報導了H13鋼表面改性工業(yè)應用的實例，同時艾福表面處理技術（上海）有限公司（HEF Shanghai）結合舍福表面處理技術有限公司（TS Shanghai）的實踐匯同國外的相關文獻（尤其是NADCA的專家和Case Western Reserve 大學教授的工作）作一定描述。
解決H13鋼表面改性問題的最佳途徑是在模具材料表面涂覆硬膜，使其不被鋁合金熔液潤濕，同時涂覆的硬膜也賦予模具材料表面的腐蝕磨損抗力。HEF集團對汽車轉向操作系統(tǒng)的鋁合金工件壓鑄成型模具中的挺桿（38CDV5，相當于H13鋼）表面沉積3μm厚的CERTESS SD 涂層，其硬度可達4000～4500HV，使用溫度可達800℃，還可抗鋁合金的黏結，使用壽命提高至10萬次，是未進行沉積處理挺桿的6~7倍。

對如何獲得這種不被液態(tài)金屬潤濕的硬質膜， Colorado School of Mines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等提出多層優(yōu)化涂膜的結構是：
①先對H13模具基體進行表面改性，如采用鐵素體氮碳共滲或離子滲氮；
②50～100nm的結合中間層（adhesion interlayer）如Ti或Cr；
③調整基材和涂層之間由于壓鑄作業(yè)引起的熱殘余應力的中間過度層（intermediate graded layer），這可應用有限元模擬方法確定，他們舉例認為，這取決于所選的工作硬化層，當工作層選用Al2O3層時，這中間過渡層為Ti－Al－N梯度層；
④工作涂層，與液態(tài)金屬或玻璃不相潤濕（non wetting）， 對Al合金壓鑄，可采用CrN，TiAlN，TiCB和Al₂O₃等。相應多層結構膜總厚在5～8μm之間。
在模具工件上通過PVD技術獲得優(yōu)異質量的涂層， 應該依賴于高性能的設備和能優(yōu)化選擇的工藝參數。這種設備最好具有下述技術要求：
①涂覆處理溫度低；
②繞涂性好；
③涂層沉積均勻；
④采用增強離化率技術；
⑤精確的涂層成分控制；
⑥一定的沉積速率；
⑦能進行多層復合涂；
⑧能得到納米結構的涂層；
⑨具有PVD和CVD的工作模式；
⑩能邊涂覆邊刻蝕，獲得最佳的涂層質量。

法國HEF集團發(fā)展并應用等離子體增強磁控濺射（PEMSTM）技術對涂層的沉積過程進行精確的控制。應用PEMSTM技術可以達到涂層最高理論密度。HEF集團真空涂層設備和技術因此在世界上處于領先地位。概括地說，HEF的設備和技術的主要優(yōu)勢在于：
①可以獨立地對離子的流量和能量進行控制，從而得到最高密度和性能的涂層；
②采用獨特的OES系統(tǒng)對等離子體波長進行測量，實現涂層成分的精確控制；
③獲得的所有硬質涂層都具有納米級（≤20nm）結構；
④低電壓、高真空度環(huán)境下均勻的轟擊，可以極大地減弱尖角效應；
⑤在抽真空的同時進行加熱，充分迅速地去除水分，獲得優(yōu)質、高效的沉積效果；
⑥最低處理溫度可達到80℃，可用于對幾乎所有材料，包括鋁合金和聚合物材料進行涂層加工；
⑦一臺設備同時擁有PVD和PACVD加工模式，給客戶的技術升級以充分的支持。

一、科目：模具鋼的基本認識，特別是塑料鋼

　　二、簡介：

　　1. 鋼材種類極雜且多，其中模具用鋼材分三類：

　　指標傾向

　　a. 塑料模具鋼：高拋光度

　　b. 熱作工具鋼：高強度、耐高溫

　　c. 冷作工具鋼：耐高壓、耐磨損——‘高速工具鋼’為其一分支

　　2. 常見牌號標志：

　　a. JIS——日本工業(yè)規(guī)格

　　b. ASTM——美國材料試驗協會規(guī)格

　　c. AISI——美國鋼鐵協會規(guī)格

　　d. DIN——德國國家規(guī)格

　　e. GB/YB——中國標準

　　三、使用慣例：檢附典型廠商產品型錄

　　1. P20，最常用的塑料鋼

　　2. PDS5，類似P20，但比P20難加工，缺點是溫度較高易硬化

　　3. PDS1，不等于S45C，不是型腔用，使用在模架，以降低成本

　　4. 若要求耐用性，則模架材料S50C或S55C，國內常見克難辦法為S45C鍛打，硬度更高，耐磨性比S50C更好。注：曾有人表示S45C鍛打優(yōu)于S50C的耐磨性，事實上,該S50C恐有偽劣產品之嫌

　　5. 型腔鋼材對硬度要求高于P20時，可選用NAK80，利于耐用

　　6. 選擇傾向：

　　a. 塑膠鋼：即用在塑膠射出成模，再區(qū)分鏡面拋光、耐蝕性等要求

　　b. 冷作鋼：用在導柱套標準零件，也用在精密五金模或耐磨的塑膠模或冷沖模

　　c. 熱作鋼：鋁或鋅合金壓鑄模

　　7. 塑料鋼許多都是預硬型，以免熱處理變形

　　8. 各類鋼材成份傾向：中碳：含C量0.3—0.8%

　　a. 塑料鋼：中碳或低碳 少量鎳鉻系(1—10%)或中量接近SUS420不銹鋼鉻系(>10%) 耐腐蝕

　　b. 熱作鋼：中C，少量Cr

　　c. 冷作鋼：高C 注：高速鋼：高C，少量鎢鉬釩系(甚至加鈷)。加少量鉻可增加強度。

　　9. 大類區(qū)分解說：

　　a. 冷作鋼： 此類鋼種在常溫下使用，由于硬度高與耐磨要求，含碳量屬于高碳鋼(C>0.8%),甚至加入少量多鎢鉬釩元素，表助于提高耐磨性，另外，高硬度須防范發(fā)脆，故添加鉻(約4—12%)以提高韌性和強度，也常輔之以錳元素

　　b. 熱作鋼： 此類鋼種主要要求在于500—850℃左右較高溫度的使用環(huán)境，故而耐高溫的鎢鉬釩系元素與冷作鋼相當，因其耐磨性非主要要求，是以含碳量僅屬于中碳鋼(0.3—0.8%)，且其進而對韌性的影響減少，故含鉻量略下降(約3—5.2%)?　

　c. 塑料鋼： 模腔表面的耐磨蝕為其主要要求，故屬于低碳鋼(C<0.3%)以減少其氧化傾向，并添加中量鉻或少量鎳鉻元素以提高其耐腐蝕性能

　　S136---------適用于材料含酸性物質,產量高,鏡面要求的模具.

　　S136-SUP-----適用于材料含酸性物質,產量高,鏡面要求的模具.相對S136此材料耐酸性更高,質地也更均勻.

　　8407---------適用于材料含酸性物質,產量高,外觀要求不高的的模具.材料硬化以后韌性較好,常用于合金 壓鑄類的模具,塑膠材料中含較高玻纖的模具也常選用此材料.

　　H13----------性能與8407相當,但在硬化后韌性稍差,因此重合金類(如銅合金)的模具一般不建議使用.

　　S136H--------適用于材料含酸性物質,有一定外觀要求,但產量一般的模具.

　　以上幾乎都是防腐蝕性的材料,尤其S136和S136H之間的取舍是很多人一直難以決斷的.在此說名,因S136需要硬化以后才能做精加工對于產量不高的模具如果選用,起制造成本相對于預加硬的S136H要高出約15%-20%.

　　NAK80-------這是一種優(yōu)良的非防腐蝕性的材料,預硬的硬度達到40HRC左右,切削性能和拋光性能非常優(yōu)秀,甚至可以達到鏡面要求,但生產過程中會很快被酸性的物質所腐蝕而邊得朦朧.但對與腐蝕性不太強,有沒有外觀要求的POM類材料,NAK80是個很好的選擇.

　　718H---------歐美常用的非防腐蝕性的材料,預硬硬度一般在32HRC以上,切削性能和拋光性能非常好,常用在ABS,PP等較軟的塑膠模具的型腔上.

　　738H---------非防腐蝕性的材料,預硬硬度一般在32HRC以上,切削性能和拋光性能一般,常用在ABS,PP等較 軟的塑膠模具的內部,不建議用到成型產品外觀的部分.以上所提的材料除NAK80外基本上都可以歸于2344和P20材料家族,各位在選用時需盡量考慮到材料特性,生產要求,以及模具成本等綜合考慮,本貼謹希望可以對后進的XDJM有參考之用.

　　2343和2344---為熱作工具鋼,個人認為這兩種差不多.2343少用,2344用得多點.

　　2767---------多用于五金模中,2764本人不清楚

　　2083---------價錢平,可淬火用于酸性塑料,拋光性能好,也可以用2083H不用淬火.

　　高價模用.要鏡面的時候用S136.

　　低價模用2083,

　　沒酸性用NAK80或718H.

　　淬火HRC58度以上用718和S136,

　　8407的多用一勝百;

　　NAK80多用日本大同;

　　2344,2083等多用龍記. 我們一般都用2343ESU做模芯，其耐磨性和韌性及淬透性都很好。

　　2344除了有以上特點外更有利于冷卻。

　　比較一下他和8407相比較各有什么不同?

　　2767強度和硬度都要好一點，但不利焊接和加工 2764同2343相比稍軟一些，我看都用在靠破的地方 另外2083和9986都用來做一些長軸狀的型心。 同一型號的, 帶H的是指預硬鋼; 不帶H的沒預硬,要軟一些,沒帶H的常要熱處理.

　　718H-------在普通塑膠模上用的最多了,738比718差一些.

　　NAK80------的拋光性能好, 常用于要拋光的模或透明料, 日本客人常要求用NAK80. 這料已加硬, 達HRC40多.

　　SKD11------可熱處理到HRC60度以上, 常用來做插頭模, 沖壓模,刀模等.

　　DF2與SKD11類似---只是很多奸商常用國產料充當.

　　SKD61------一種熱作模具鋼, 可用于壓鑄模,常熱處理到HRC50左右, 韌性很好. 也常用來做塑膠模的細小鑲件.

　　H13--------是美國牌號, 與SKD61是相同的料.

　　NAK55與NAK80-----差不多, 但沒用過.

　　635------做電木模.

　　236------一種不銹鋼, 客人指定的, 用于PBT+30%GF的料.

　　S136-----耐腐蝕性很好的料, 拋光性也好, 常用與放出腐蝕氣體及有腐蝕性的料, 也常用于透明料.

　　S136H----就是S136的預硬料, 用途不用我說了

　　1.對于像PC、PBT+GF、PA等料的塑膠模，要做硬模，選用SKD61料熱處理至HRC48-52度就很經濟了。

　　2.對于PC透明料，或者模面要求拋光，或者會放出腐蝕氣體料的硬模，選用S136熱處理是一個不錯的選擇。

　　3.對于電木模類的熱固性塑膠模具，采用SKD61、8407熱處理均可。但在進澆點處另鑲白鋼鑲件或者鑲烏鋼鑲件。烏鋼的耐磨性最好，但不能用傳統(tǒng)機加工法加工，只能用線割、電火花等特種加工。

　　4.對于要嵌入五金件在模內成型的，為防止五金件對模具的磨損，應選用SKD11熱處理至HRC60度以上為好。

　　S136-----耐腐蝕性很好的料, 拋光性也好, 常用與放出腐蝕氣體及有腐蝕性的料, 也常用于透明料.

　　9. 大類區(qū)分解說：

　　b. ASTM??美國材料試驗協會規(guī)格

　　1. P20，最常用的塑料鋼

　　S136---------適用于材料含酸性物質,產量高,鏡面要求的模具.

　　b. 冷作鋼：用在導柱套標準零件，也用在精密五金模或耐磨的塑膠模或冷沖模

　　c. 冷作工具鋼：耐高壓、耐磨損??'高速工具鋼'為其一分支

　　1.對于像PC、PBT+GF、PA等料的塑膠模，要做硬模，選用SKD61料熱處理至HRC48-52度就很經濟了。

　　S136---------適用于材料含酸性物質,產量高,鏡面要求的模具.

　　635------做電木模.

　　718H---------歐美常用的非防腐蝕性的材料,預硬硬度一般在32HRC以上,切削性能和拋光性能非常好,常用在ABS,PP等較軟的塑膠模具的型腔上.

　　9. 大類區(qū)分解說：

　　718H-------在普通塑膠模上用的最多了,738比718差一些.

　　我們一般都用2343ESU做模芯，其耐磨性和韌性及淬透性都很好。2344除了有以上特點外更有利于冷卻。比較一下他和8407相比較各有什么不同?

　　DF2與SKD11類似---只是很多奸商常用國產料充當.

　　4. 若要求耐用性，則模架材料S50C或S55C，國內常見克難辦法為S45C鍛打，硬度更高，耐磨性比S50C更好

　　2764同2343相比稍軟一些，我看都用在靠破的地方

　　模具鋼的基本認識，特別是塑料鋼

　　H13----------性能與8407相當,但在硬化后韌性稍差,因此重合金類(如銅合金)的模具一般不建議使用.

　　SKD11------可熱處理到HRC60度以上, 常用來做插頭模, 沖壓模,刀模等.

　　2. PDS5，類似P20，但比P20難加工，缺點是溫度較高易硬化

　　c. AISI??美國鋼鐵協會規(guī)格

　　2767---------多用于五金模中,2764本人不清楚

　　H13--------是美國牌號, 與SKD61是相同的料.

　　a. 塑膠鋼：即用在塑膠射出成模，再區(qū)分鏡面拋光、耐蝕性等要求