金型鋼: プロパティ, アプリケーション, 製造ガイド

金型スチールは、耐久性を作成するために設計された特殊な合金です, プラスチック注入で使用される高精度カビ, キャスティングダイ, および金属形成. そのテーラード 化学組成 - 調整可能な炭素付き, クロム, および合金の追加 - 独自のバランスをとる 優れた耐摩耗性, 高いタフネス, 温度安定性, 自動車などの産業にとって不可欠なものにしています, 航空宇宙, および医療機器の製造. このガイドで, その重要な特性を分解します, 実世界の使用, 製造プロセス, そして、それが他の素材とどのように比較されますか, 特定の成形ニーズに合った適切な金型スチールを選択するのに役立ちます.

1. カビ鋼の重要な材料特性

Mold Steelのパフォーマンスは、柔軟性に根ざしています 化学組成, 腐食耐性のプラスチック型から熱耐性ダイカストツールまで、さまざまな成形要件に合わせて調整できます。.

化学組成

金型スチールのフォーミュラは、アプリケーションによって異なります, しかし、コア要素はこれらの範囲内にあり、強さと使いやすさのバランスをとっています:

炭素含有量: 0.30-1.40% (タフネスを必要とするプラスチック型の低炭素; 金属形成ダイの高炭素が必要です 耐摩耗性)
クロム含有量: 0.30-12.00% (プラスチック射出型の耐食性のための高クロム; 費用対効果の高い鍛造ダイのための低クロム)
モリブデンの内容: 0.00-1.00% (ダイキャスティング型の高温強度を強化します)
バナジウム含有量: 0.00-1.00% (粒サイズを洗練します, ダイをスタンプするための靭性と耐摩耗性の改善)
マンガンの内容: 0.20-1.00% (粗い炭化物を作成せずに硬化性を高めます)
シリコンコンテンツ: 0.10-1.00% (製造中の酸化療法と高温性能を安定させます)
リン含有量: ≤0.03％ (冷たい脆性を防ぐために厳密に制御されます, 低温環境で使用される金型にとって重要です)
硫黄含有量: ≤0.03％ (維持するための超低 タフネス カビの形成中の割れを避けてください)
追加の合金要素: ニッケル (大きなプラスチック型の靭性を高めます), コバルト (ダイキャスティングの熱い硬さを高めます), と銅 (医療機器のカビの耐食性を改善します)

物理的特性

財産	金型鋼の典型的な値を修正しました
密度	〜7.85 g/cm³ (標準の金型デザインと互換性があります)
熱伝導率	〜35 w/(M・k) (20°Cで - ダイカスト型における効率的な熱散逸を可能にします)
比熱容量	〜0.48 kj/(kg・k) (20°Cで)
熱膨張係数	〜11 x10⁻⁶/°C (20-500°C-精密プラスチック型の熱歪みを最小化します)
磁気特性	強磁性 (すべての熱処理された状態で磁気を保持します, ツールグレードの鋼と一致しています)

機械的特性

アプリケーション固有の熱処理後, Mold Steelは、ユースケースに合わせたパフォーマンスを提供します:

抗張力: 〜1200-2000 MPa (金属形成ダイの場合は高くなります; 延性を必要とする大きなプラスチック型の場合は低い)
降伏強度: 〜800-1500 MPa (噴射圧力またはキャスト荷重の下で金型が形状を保持することを保証します)
伸長: 〜10-20％ (で 50 MM-カビのアセンブリ中にひび割れを避けるためのプラスチック型の高さ)
硬度 (ロックウェルCスケール): 50-60 HRC (熱処理後 - 丈夫なプラスチック型のための50-55 HRC; 58-60 耐摩耗性スタンピングダイのHRC)
疲労強度: 〜500-800 MPa (10°サイクルで - 使用される大量の金型のために批判的です 100,000+ 時代)
衝撃の靭性: 中程度から高 (室温で〜30-50 j/cm²) - 大きなカビがアセンブリストレスに耐えるための高さ.

その他の重要なプロパティ

優れた耐摩耗性: 炭素とクロムからの炭化物は摩耗に耐えます, カビの寿命を延ばします (例えば。, 500,000+ プラスチック射出型のサイクル).
良好な腐食抵抗: 高クロミウムバリアント (例えば。, 420 ステンレス鋼ベースの金型鋼) プラスチック樹脂に抵抗するか、鋳造液に抵抗します, カビ染色を避けます.
高いタフネス: 硬さとバランスが取れています, そのため、金型はクランプ圧力に耐えます (まで 10,000 大きな射出型のためのkn) 割れずに.
加工性: 中程度 - 未積型のカビ鋼 (硬度〜200-250ブリネル) 炭化物ツールで機械加工可能です; より硬いバリアント (58-60 HRC) 研削が必要です.
溶接性: 注意して、高炭素含有量は亀裂リスクを増加させます; 予熱 (250-350°C) カビの修理には、ポスト溶けた焼き戻しが必要です.

2. カビ鋼の実世界のアプリケーション

金鋼の汎用性は、多様な成形プロセスに最適です, プラスチック部品の生産から金属鋳造まで. ここに最も一般的な用途があります:

プラスチック射出成形

プラスチック部品の型: 自動車の内部部品の型 (例えば。, ダッシュボード) 低炭素カビ鋼を使用します 1,000+ 毎日クランプサイクル, そして 耐食性 プラスチック樹脂化学物質を抵抗します.
コアおよびキャビティコンポーネント: 精密コア (プラスチック部品の穴用) 高クロミウムカビ鋼を使用してください (±0.001 mm) 以上 300,000 サイクル.

ケースの例: プラスチック製の部品メーカーは、スマートフォンケースカビに標準炭素鋼を使用しましたが、その後摩耗に直面しています 150,000 サイクル. 彼らは高クロミウムカビ鋼に切り替えました, そして、カビが続きました 400,000 サイクル (167% 長い) - カット金型の交換コスト $50,000 毎年.

キャスティングダイ

金属鋳造用の金型: アルミニウムダイキャスティング型 (自動車エンジンブラケット用) モリブデンを強化したカビ鋼を使用します - 高い暑さ 耐性650°C溶融アルミニウム, そして、熱疲労抵抗は割れを避けます.
コアおよびキャビティコンポーネント: 亜鉛ダイキャスティングコアは、バナジウムが付加されたカビ鋼を使用しています - 抵抗ハンドル 500,000+ 寸法ドリフトなしのキャストサイクル.

鍛造とスタンピング

スタンピングダイ: シートメタルスタンピングが死にます (自動車用ボディパネル用) 高炭素金型スチールを使用します - 耐摩耗性 金属摩擦に抵抗します, きれいなパネルのエッジを確保します 200,000 スタンピング.
鍛造ダイ: 熱い鍛造ダイ (スチールボルト用) 熱耐性カビ鋼を使用します - 張りは1,200°Cの強化温度とハンマーの衝撃に耐える.

航空宇宙, 自動車 & 医療産業

航空宇宙産業: 複合航空宇宙部品の金型 (例えば。, タービンブレード) 複合硬化中に耐性を耐える高度のカビ鋼を使用します, 精度は一部の許容範囲を維持します.
自動車産業: ゴムシールまたはプラスチックバンパー用の金型耐腐食性カビ鋼を使用します。自動車液からのカビの分解を回避します.
医療産業: プラスチックシリンジまたは手術ツールのカビは、高クロミウムカビ鋼を使用しています - 耐食性 オートクレーブの滅菌に耐える, そして、生体適合性により、毒性の浸出が保証されません.

3. カビ鋼の製造技術

カビ鋼の生産には、低炭素プラスチックカビのバリアントから高合金の鋳造グレードまで、意図したアプリケーションに合わせて精密に一致する必要があります. 詳細なプロセスは次のとおりです:

1. 冶金プロセス (組成制御)

電気弧炉 (EAF): 主要な方法 - 鉄鋼のscrap, クロム, モリブデン, 他の合金は1,650〜1,750°Cで溶けます. センサーモニター 化学組成 要素を調整します (例えば。, 10-12% 腐食耐性型のクロム, 0.30% 丈夫なプラスチック型の炭素).
基本的な酸素炉 (bof): 大規模な生産のために、モルテン鉄はスクラップスチールと混合されています; 酸素は炭素含有量を調整します. 酸化を避けるために、合金が爆発後に追加されます.

2. ローリングプロセス

ホットローリング: 溶融合金はインゴットに投げ込まれます, 1,100〜1,200°Cに加熱, プレートまたはブロックに巻き込まれます. ホットローリングは炭化物を壊し、カビのブランクを形作ります (例えば。, 500×500 射出型用のMMブロック).
コールドローリング: 薄型成分に使用されます (例えば。, ダイインサートをスタンピングします) - 表面仕上げを改善するために、室温でコールドロールします. ロール後アニーリング (700-750°C) 加工性を回復します.

3. 熱処理 (アプリケーションに合わせて調整されています)

アニーリング: 800〜900°Cに加熱されます 2-4 時間, ゆっくりと約600°Cまで冷却します. 硬度を低下させます 200-250 ブリネル, 機械加工可能でストレスを和らげます.
消光:
プラスチック型型鋼: 850-900°Cに加熱, オイルでクエンチされています 50-55 HRC (タフネスに焦点を当てています).
鋳造カビ鋼: 1,000〜1,050°Cに加熱, 水中で癒されます - hardens 58-60 HRC (熱い硬度に焦点を当てています).
焼き戻し:
プラスチック型: 500〜550°Cで和らげられます 1-2 時間 - 靭性と耐摩耗性のバランス.
スタンピングダイ: 300〜350°Cで和らげられます 1-2 時間 - 耐摩耗性の硬度を具体化します.
ストレス緩和アニーリング: 必須 - 600〜650°Cに加えて 1 機械加工の1時間後、ストレスを軽減します, 使用中のカビの反りを防ぎます.

4. 形成と表面処理

形成方法:
フォーミングを押します: 油圧プレス (5,000-10,000 トン) 大きなカビブロックをキャビティの輪郭に形作る - 熱処理の前に.
機械加工: 炭化物ツールを備えたCNCミルは、カビの空洞を切断します (例えば。, スマートフォンケースの形) アニールされたスチールに - クーリントは過熱を防ぎます.
研削: 熱処理後, ダイヤモンドホイールは、カビの表面をRAに洗練します 0.1 μmの粗さ - 装備のプラスチック部品は滑らかな仕上げです.
表面処理:
ニトリッド: 窒素で500〜550°Cに加熱してa 5-10 μM窒化物層 - ブースト耐摩耗性 30% (スタンピングダイに最適です).
コーティング (PVD/CVD): 窒化チタン (PVD) コーティングは、プラスチックカビのコアに塗布されます。プラスチックの粘着性を低下させます, パーツリリースの改善.
硬化: 最終熱処理 (消光 + 焼き戻し) ほとんどの金型には十分です。追加の硬化は必要ありません.

5. 品質管理 (カビ精度保証)

硬度テスト: Rockwell Cテストは、拡張後の硬度を検証します (50-60 HRC) - 保存はアプリケーションのニーズに一致します.
微細構造分析: 均一な炭化物分布を確認します (カビの摩耗を引き起こす大きな炭化物はありません).
寸法検査: CMMは、カビの空洞を精度のためにチェックします (±0.001 mm) - 医療シリンジのようなプラスチック部品のために批判的.
腐食テスト: 塩スプレーテスト (ASTM B117) 確認する 耐食性 - 医療または食品グレードのカビの必須.
引張試験: 引張強度を検証します (1200-2000 MPA) 金型に耐えることを確実にするには、圧力の締め付けに耐えます.

4. ケーススタディ: 自動車プラスチックバンパー型のカビ鋼

自動車メーカーは、プラスチックバンパー金型に低合金鋼を使用しましたが、2つの問題に直面しました: バンパー樹脂からのカビ腐食 (部品染色を引き起こします) そして、その後着用します 200,000 サイクル. 彼らは高クロミウムに切り替えました (10%) 金型鋼, 次の結果があります:

耐食性: バンパーに染色されていない - 脱落率が低下した 8% に 1%.
耐摩耗性: 型は続きました 500,000 サイクル (150% 長い) - 代替費用が減少しました $80,000 毎年.
コスト削減: にもかかわらず 30% より高い前払い金コスト, メーカーは保存しました $120,000 より低い拒否と交換を介して毎年.

5. 金型スチールと. その他の材料

モールドスチールは、成形用途のための代替材料と比較してどうですか? それを分解しましょう:

材料	料金 (vs. 金型鋼)	硬度 (HRC)	耐摩耗性	耐食性	加工性
金型鋼 (高クロミウム)	ベース (100%)	55-60	素晴らしい	とても良い	適度
A2ツールスチール	80%	52-60	とても良い	公平	良い
D2ツールスチール	90%	60-62	素晴らしい	公平	難しい
440Cステンレス鋼	110%	58-60	とても良い	素晴らしい	適度
アルミニウム合金	60%	15-20	貧しい	良い	素晴らしい

アプリケーションの適合性

プラスチック射出型: 高クロミウムカビ鋼のバランスの摩耗と腐食抵抗 - A2よりも優れています (腐食が悪い) 440cより安い.
鋳造型をダイ: モリブデン添加金鋼は、アルミニウムよりも熱い硬度があります。.
スタンピングダイ: D2ツールスチールは耐摩耗性が高くなりますが、機械式が硬いです。鋼製の使用を容易にして十分な耐久性のために使用する.
医療型: 440Cは耐性耐性が優れていますが、コストがかかります。費用対効果の高い生体適合性カビのために高チャミウムカビ鋼を使用してください.

カビ鋼に関するYiguテクノロジーの見解

Yiguテクノロジーで, 金型スチールは、私たちの精密成形クライアントのためのコア材料です. その調整可能 化学組成 特定のニーズに合わせて調整しましょう。, ダイキャスティングのためのモリブデン, 大きなプラスチック型の低炭素. アルミニウムのような代替案よりもお勧めします (摩耗が悪い) またはD2 (機械加工が難しい) ほとんどのアプリケーションで. 基本的な鋼よりも費用がかかります, その長寿命と低メンテナンスは、私たちの持続可能な目標と一致しています, 自動車用の費用効率の高い製造ソリューション, 航空宇宙, および医療産業.