模具钢
材料介绍
模具钢是一系列高硬度、耐磨且可热处理的钢材，专为切削刀具、工业模具、成型嵌件及高负载机械部件而设计。当应用于增材制造时，模具钢展现出卓越的耐用性和尺寸稳定性，能够生产传统机械加工或电火花加工（EDM）无法实现的复杂几何形状。通过金属粉末床熔融技术，并依托 Neway AeroTech 先进的模具钢 3D 打印服务，可以制造随形冷却模具嵌件、耐磨齿轮、精密夹具以及大批量切削元件，从而显著缩短交付周期。打印后兼具强度、耐热性和可加工性的独特组合，使模具钢成为需要极端性能和长期可靠性的工业应用中最通用的材料之一。
国际名称或代表牌号
国家/地区 | 通用名称 | 代表牌号 |
|---|---|---|
美国 | Tool Steel | H13, D2, A2, M2 |
欧洲 | Tool Steel | X40CrMoV5-1 |
日本 | 合金工具钢 | SKD61, SKH51 |
中国 | 模具钢 | H13, Cr12MoV |
行业类别 | 模具钢 | H 系列，D 系列 |
替代材料选项
根据硬度、韧性和热力要求，几种先进材料可作为替代品。17-4 PH或15-5PH等不锈钢具有优异的耐腐蚀性和强大的机械性能，适用于潮湿或化学环境中的工装。高强度马氏体时效钢（如 18Ni300）具有极高的屈服强度和出色的可加工性，非常适合注塑模具型芯。对于极端耐高温需求，Inconel 751等镍基合金或Stellite 6B等钴基材料在高温磨损环境下的表现优于模具钢。当减轻重量至关重要时，Ti-6Al-7Nb等钛合金能在密度显著降低的情况下提供强劲的性能。
设计目的
模具钢旨在承受极端的机械载荷、磨损、冲击和热循环。其合金成分提供了可控的淬透性、淬火后的尺寸稳定性以及对疲劳开裂的强大抵抗力。在增材制造中，设计意图进一步扩展，以实现随形冷却、缩短周期时间、混合工装、复杂流道几何形��，以及快速原型化具有增强热管理和提高生产效率的模具。
化学成分（典型 H13 模具钢）
元素 | 含量 (%) |
|---|---|
碳 (C) | 0.32–0.45 |
铬 (Cr) | 4.75–5.5 |
钼 (Mo) | 1.1–1.75 |
钒 (V) | 0.8–1.2 |
硅 (Si) | 0.8–1.2 |
锰 (Mn) | 0.2–0.5 |
铁 (Fe) | 余量 |
物理性能
性能 | 数值 |
|---|---|
密度 | ~7.8 g/cm³ |
导热系数 | 25–30 W/m·K |
电阻率 | ~0.7 μΩ·m |
比热容 | ~460 J/kg·K |
熔点 | ~1420–1500°C |
机械性能
性能 | 典型值 |
|---|---|
抗拉强度 | 1500–1900 MPa |
屈服强度 | 1200–1600 MPa |
硬度（热处理后） | 48–54 HRC |
冲击韧性 | 热作钢中较高 |
耐磨性 | 优异 |
关键材料特性
高硬度和耐磨性，适用于工装和模具应用
在高温下具有出色的强度保持率
卓越的韧性和抗热疲劳开裂能力
热处理后具有良好的尺寸稳定性
对磨损、变形和循环机械应力具有强大的抵抗力
与增材制造高度兼容，可实现详细且精确的设计
通过打印后热处理可达到极高的硬度值
非常适合随形冷却流道，可显著缩短成型周期时间
具有高表面抛光性，适用于透明成型或精密外观零件
在冷作和热作环境中均具有稳定的机械性能
不同工艺的可制造性
增材制造：粉末床熔融技术支持利用 Neway 专业的模具钢 3D 打印来制造复杂的冷却流道和几何形状。
CNC 加工：通过先进的高温合金 CNC 加工，使用受控的切削参数可高效加工模具钢。
电火花加工 (EDM)：适合使用高温合金 EDM进行精细精加工。
深孔钻削：在使用高精度深孔钻削加工冷却流道或顶针路径时效果显著。
热处理：可通过优化的高温合金热处理周期进行淬火和回火，以获得最佳性能。
焊接：可使用受控的高温合金焊接进行修复和修改。
铸造：某些牌号适用于特种钢熔模铸造，包括模具和模坯。
合适的后处理方法
热处理和回火以达到所需的硬度和韧性
通过HIP 处理进行热等静压，以消除孔隙并增强疲劳性能
精密加工以确保模具和模具部件的最终尺寸精度
表面抛光用于光学或透明成型应用
渗氮或渗碳以提高表面硬度和耐磨性
钝化或化学清洗用于对腐蚀敏感的环境
使用材料测试与分析进行无损评估以确保质量
EDM 精加工用于紧密的内部特征或深槽
常见行业与应用
注塑和压铸模具嵌件
切削刀具、冲头和工业剪切刀片
高磨损齿轮、凸轮和精密运动部件
航空航天夹具、治具和承重元件
用于大批量生产的汽车工装
需要长期耐磨性的机器人和自动化部件
何时选择此材料
当成型、切削或冲压需要高硬度和耐磨性时
当必须将复杂的随形冷却流道集成到模具嵌件中时
当部件需要在循环热载荷下具有长使用寿命时
当热处理后需要高尺寸稳定性时
当生产混合工装，结合打印型芯与加工表面时
当优化周期时间和减少热梯度至关重要时
当耐磨性和抗冲击性是主要设计考量因素时
当制造具有复杂几何形状的坚固耐磨部件时
