1、神采創意工作室神采創意工作室神采創意工作室8.1沖壓模具材料8.2塑膠模具材料8.3壓鑄模具材料8.4模具材料選擇8.5模具材料熱處理8.6表面處理沖壓模具材料8-1沖壓模具作業：沖壓模具作業：耐壓力、耐沖擊、耐磨耗性及淬火時變形小。是沖壓模具材料應具備條件。碳鋼很困難滿足這些條件，為此要添加錳(Mn)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鎢(W)、鉬(Mo)、釩(V)或鈷(Co)等合金元素改善鋼質。【 8-02 】碳碳(C)(C)：增加鋼硬度及耐磨性但降低韌性。碳為鋼最主要成份，對鋼影響顯著，含量增加可改變機械性質，加強抗拉強度或硬度、減少韌性或延性、減弱沖擊強度、增強磨耗性、增加被削阻力、降低熔接性。
2、【 8-02 】沖壓模具材料8-1錳錳(Mn(Mn) )：增加高溫抗拉強度、硬度，可增高淬火性，且賦予耐磨耗性，顯著減少熱處理時變形率，防止硫所致脆性化。錳使鋼料易於熱軋或鍛造，工具鋼至少都含0.2%0.5%錳含量。鋼料可能含錳高達20%，產生冷作硬化現象。添加更多錳於碳鋼中效果為增加其硬度穿透。【 8-02 】沖壓模具材料8-1矽矽(Si(Si) )：增加耐熱性、耐蝕性及強度，並改善電磁氣性質。工具鋼皆含矽0.10%0.30%，添加目的與加少量錳相同，使鋼容易鑄造及熱作。矽通常不單獨使用，深硬化元素如錳、鉬或鉻通常與矽加入使用。矽會增加工具鋼強度和韌性。【 8-02 】沖壓模具材料8-1磷磷
3、(P)(P)及硫及硫(S)(S)：磷及硫二元素經常出現在鋼料完全分析中，都被認為是有害的雜質，必須儘量降低。平爐工具鋼中含量皆少於0.05%，電爐工具鋼，即使最廉價等級亦少於0.03%。硫加入高合金工具鋼改進切削性。熔融時要特別小心，須確實形成正確碳化物形態，並嚴格控制含量和分佈。【 8-02 】沖壓模具材料8-1鉻鉻(Cr)(Cr)：增加耐磨性、耐蝕性、硬化能高溫強度。碳鋼中加鉻時，可提高抗拉強度、硬度、減少伸度、沖擊值。含量增加時，改善淬火性、耐磨耗性，通常與鎢共存，增高效果。【 8-02 】沖壓模具材料8-1鎢鎢(W)(W)：增加硬度、耐磨性及高溫抗拉強度。加鎢會產生與鉻類似性質，因與碳
4、化合，形成硬碳化物，增高硬度、耐磨耗性，增大高溫的較化阻性。鎢須大量添加才會有效。加入高碳工具鋼大約1.50%，增加耐磨性。鎢常與碳形成化學性結合，碳化物具有極高硬度和耐磨性及優良紅熱硬度。【 8-03 】沖壓模具材料8-1鉬鉬(Mo)(Mo)：增加硬化能、耐蝕性、抵抗潛變、防止回火脆性。鉬(Mo)與鎢有同樣的性質，會增加紅熱硬度和耐磨性，效力約鎢的2倍，且與鉻同樣提高淬火性，增大淬火硬化層，提高高溫硬度、潛變阻力，回火硬化性較大。【 8-03 】沖壓模具材料8-1釩釩(V)(V)：加強晶粒微細化。釩(V)使鋼結晶粒微細化，固溶於基地鐵，提高硬化能，增大回火軟化的阻性，通常很少單獨使用，與鉻或
5、鉻-鎢共存。在碳鋼中加入少量釩(約0.15%)，含量不影響硬度或硬度穿透。在某些鋼中，能保持鋼料晶粒細小增加韌性。【 8-03 】沖壓模具材料8-1鈷鈷(Co)(Co)：增加高溫強度。鈷很少單獨使用，與鉻、鎢、鉬(Mo)等共存發揮其效果。鈷除高速工具鋼外很少使用。用來增加紅熱硬度以便工具可在更高速下使用，同時會增高一些硬化溫度，增加表面脫碳傾向及減低韌性。【 8-03 】沖壓模具材料8-1廣義模具材料：使用在模具上任何材料。模具材料包括金屬與非金屬。歸納三大類：歸納三大類：構造用鋼、工具用鋼、特殊用材料等。狹義模具材料：指工具鋼為中心材料，其強度與耐磨性影響整體模具壽命。【 8-03 】沖壓模
6、具材料8-1目前國內生產鋼材，除了碳鋼外，大部份工具鋼都仰賴進口，以日本為最多，美國、德國、瑞典次之。工具鋼種類繁多，其大部份均可做模具鋼使用，在選用模具材料時須格外謹慎與適確。工具鋼本身是由碳鋼加上合金元素組成不同鋼質。【 8-03 】沖壓模具材料8-1日本日本JISJIS標準與中國標準與中國CNSCNS標準將標準將工具鋼分為三類：第一類：碳素工具鋼第二類：高速工具鋼第三類：合金工具鋼【 8-03 】沖壓模具材料8-1【 8-04 】【 8-04 】特性：特性：耐磨耗性高。韌性(耐沖擊性)大。經熱處理變形小。淬火性良好。切削性良好。硬度大。脫碳少。價格低。熱處理簡單。【 8-05 】沖壓模具
7、材料8-1機械構造用鋼機械構造用鋼(SC)(SC)：含碳量在0.10%0.55%之低、中碳鋼。價格低廉，加工容易，適合模具附屬零件，如導料板、承板固定板、剝料板及少量下料模導桿、襯套。金屬少量下料用沖頭及刀口亦可用S30C以上加淬火製造。【 8-05 】沖壓模具材料8-1碳素工具鋼碳素工具鋼(SK-)(SK-)：碳素工具鋼分為七個鋼種SK1、SK2、SK3、SK5、SK6、SK7。碳素工具鋼價格較低，易於熱處理方便加工，多用於不太需要耐久性模具。碳素工具在高溫下硬度低，同時由於切削熱而易被退火，耐力差。【 8-05 】沖壓模具材料8-1用於較不受沖擊，須要堅硬耐磨耗刀具或鑽頭類，使用高碳工具鋼
8、。須要承受打擊鏨鑿或鍛造工具等，硬度不必太高，但須要強韌性者則宜採用低碳工具鋼。以SK1硬度最高，但韌性最低，而以SK7韌性最大，硬度最低。使用於模具鋼以含碳0.9%以上者較多，其中以SK3最為常用。【 8-05 】沖壓模具材料8-1高速工具鋼：高速工具鋼：高速工具鋼含有碳、鉻、鎢、鉬、釩、鈷等特殊元素。再分鎢系六種和鉬系七種兩大類。鎢系高速中含鎢量極高均在18%左右。鉬系高速鋼中含鋼量約5%左右，降低含鎢量至6%，即以效力很強的少量鉬代替多量鎢，其中添加鈷是所有各類工具鋼僅有的，用來增加切削能力。【 8-05 】沖壓模具材料8-1高速度切削致使刀端發熱，切削能力不致於低落，得名高速工具鋼。工
9、業界以SKH51使用最為普遍。高速鋼經適當熱處理可顯著硬化，增大磨耗阻力，因昂貴常用於小形沖頭、沖模等，特別適於直徑小沖孔等，因高溫硬度、磨耗與常溫差不多，常用於高溫加工模具材料。【 8-06 】沖壓模具材料8-1合金工具鋼：合金工具鋼：碳素工具鋼硬化能差，欲達到淬火硬化效果，必須淬火於水，易生淬裂或淬火應變，改良這種缺點便是合金工具鋼。提高鋼硬化能，添加鉬、鉻、鉬、釸、鎳等合金元素即可。合金工具鋼是優於碳素工具鋼，次於高速工具鋼模具材料。【 8-06 】沖壓模具材料8-1依合金鋼特性分類：依合金鋼特性分類：切削用合金工具鋼。耐沖擊合金工具鋼。冷作(耐磨)合金工具鋼。熱作(熱模)合金工具鋼。【
10、 8-06 】沖壓模具材料8-1切削用合金工具鋼：切削用合金工具鋼：為SKS類有八種材質。工具鋼含碳量相當高，多數在1.0%以上，以鎢、鉻為主成分，添加少量的釩，形成鎢、鉻、釩碳化物，提高硬度與耐磨性。鉻淬火性效果較SK類提高甚多，適用於切削鋼種。使用於模具鋼種以SKS2最多，尤其中級沖模使用很多。【 8-06 】沖壓模具材料8-1耐衝擊合金工具鋼：耐衝擊合金工具鋼：此類工具鋼專適用於耐衝擊，必須有強韌性，而其切削性及耐磨性可以稍微犧牲，故含碳量較低，多數在1.0%以下，SKS3使用量較多。【 8-06 】沖壓模具材料8-1【 8-21 】冷作合金工具鋼：冷作合金工具鋼：包含SKS類及SKD類
11、。SKS類成份屬於高錳-低鉻-低鎢，以求淬火後變形小，減少內部應力發生，增加耐磨性；SKD類以成份組成皆以含鉻量甚高為其特點，而具耐磨性及強韌性，淬火後變形少是相當優良鋼種，SKD11最著名。冷作合金工具鋼，SKD類淬火性都比SKS類有改善，空氣淬火硬化。【 8-07 】沖壓模具材料8-1熱作合金工具鋼：熱作合金工具鋼：包含SKD類材質及SKT類材質。熱作模具不能因溫度上升而軟化變形，在紅熱狀態仍須具有高強度及高耐磨性，同時為了防止淬裂，故含碳量所有工具鋼中最低者，約在0.30%左右，加入鉻、鉬、鎢、釩改善。SKD類則加鎳以加強韌性。熱作合金工具鋼中以SKD61使用量最多，其次為SKT4。【
12、8-07 】沖壓模具材料8-1【 8-21 】一般以所含之合金元素量超過8%者稱為高合金工具鋼。低於8%者稱為低合金工具鋼。SKS合金鋼為低合金工具鋼。SKD與SKT兩類為高合金工具鋼。【 8-08 】沖壓模具材料8-1鑄鐵系材料：鑄鐵系材料：灰鑄鐵(FCO)具高抗壓強度，經濟且鑄造容易，適於模座、配合件、大型成型模具及引伸模。延性鑄鐵：延性鑄鐵：除保有一般鑄鐵鑄造優點外，其韌性及強度因其球狀游離石墨存在而不亞於鋼料。【 8-08 】沖壓模具材料8-1第一類：用於沖頭承板、滑塊、爆發成形用模具。第二類：用於沖頭、刀口、鑲塊、坯料壓板、導料件、滑塊、引伸模、精密下料模具壓板及其他需高強度，優越耐
13、磨性之材料。第三類：同第二類，惟要求等級更高者。【 8-09 】沖壓模具材料8-1其他合金鋼：其他合金鋼：鉻鉬鋼(SCM-)鎳鉻鉬鋼(SNCM)鋁鉻鉬鋼(SACM)軸承用鋼(SUJ-)超硬合金鋼等【 8-09 】沖壓模具材料8-1軸承用高碳鉻鋼軸承用高碳鉻鋼(SUJ)(SUJ)：軸承用高碳鉻鋼SUJ2為軸承用的鋼材，耐磨耗性及淬火性均良好，硬度為5560，用於滑動部分，需高硬度及耐磨耗性零件。【 8-09 】沖壓模具材料8-1不銹鋼不銹鋼(SUS)(SUS)：不銹鋼含鉻量高，含碳量極低，耐蝕性良好，主要應用於高溫具腐蝕性塑料，如PVC模具。【 8-09 】沖壓模具材料8-1鈹銅合金：鈹銅合金：
14、含鈹2.5%，銅97.5%鈹銅合金，常用在型腔中需高熱傳導部位，或形狀特別複雜的部位，通常是嵌入在模板內，構成型腔一部分。以機械切削，或壓力鑄造成形。【 8-09 】沖壓模具材料8-1非金屬材料、非金屬材料：非金屬材料、非金屬材料：燒結合金、鑄鋁青銅、鈹銅合金、鉍銅合金、硬體夾板、橡膠、軟木、塑膠材料等。將各種模具經熱處理後再以鍍鉻、氮化等表面處理，則可得到良好耐磨性及硬度。【 8-09 】沖壓模具材料8-1隨模具種類的不同，其構成零件亦不相同。通常典型模具除了模座、螺絲、螺柱、彈簧、定位銷以及部份特定形狀沖頭已有標準規格件外，其他零件均因模具種類而有所不同，均需由設計者決定。【 8-09 】
15、沖壓模具材料8-1模座：模座：市售模具有雙柱式、四柱式、滾珠導柱式及QDC快速換模模座等。模板為鑄鐵、鑄鋼或碳鋼製造。導柱及襯套為SK3或SKS2經淬火或表面鍍鉻製成，另有滾珠式導柱。上、下模座因係固定模具必須承受合模時撞擊力，需有較大韌性防止因使用過久後變形成本低易於加工設計者均採用機械構造用鋼S10CS55C或鑄鐵鑄造。【 8-09 】沖壓模具材料8-1導柱及襯套為引導合上、下模用，在高速沖壓下，須要有高耐磨性才能防止磨耗。須具適當韌姓，以防止因上、下模未能精密配合所導致合模時輕微衝擊而生破裂危險。常用材料S45C、SK3、SK5、SK7、SKS2，施以淬火或表面硬化處理。【 8-10 】
16、沖壓模具材料8-1承板、剝料板及壓板：承板、剝料板及壓板：承板大多為固定沖頭或嵌入物，要求以易於加工及低成本為原則，均採低碳鋼S10CS30C甚或一般構造用滾軋鋼材SS41。厚度限制或複雜引伸、彎曲模、精密下料模採用S45CS55C或鑄鐵。剝料板及壓板二者作用大同小異，材質與上同。【 8-10 】沖壓模具材料8-1導料板、定位銷：導料板、定位銷：導料板是導引胚料進入模具用，一般用低碳鋼製成，但在高產量或快速送料時，為避免磨耗而引起送料偏料，可採用中碳鋼經熱處理，此處所指定位銷是用於連續模具中固定料片行程。【 8-10 】沖壓模具材料8-1滑塊、導塊：滑塊、導塊：通常運用到滑塊模具甚多，如滑塊沖
17、模，因與導塊同屬於利用摩擦來作導向運動，如側向沖頭，配合接觸面須有極高耐磨性及韌性，以因應決速沖壓工作。一般SK3、SK5、SKS2、SKS3製成，特殊者另以表面硬化處理。【 8-10 】沖壓模具材料8-1【 8-10 】沖頭、刀口、崁入件：沖頭、刀口、崁入件：沖頭、刀口二者實為模具精髓，崁入件則用於形狀複雜或大型模具，其中若加工料件為軟金屬、紙、塑膠、木材則可酌情降級選用。【 8-11 】沖壓模具材料8-1生產塑膠成形品品質好壞，模具是極重要因素，而模具從設計、製作至上機生產，均須有妥善的規劃才能克盡其功。在設計塑膠模具時，必須先對各種塑膠模具材料有基本認識，其中使用最多是鋼鐵類，對於鋼鐵材
18、料加工與熱處理的瞭解更顯重要。【 8-11 】塑膠模具材料8-2生產塑膠成形品模具，包含許多零件，各零件功能不同，需求性質亦不同；同時塑膠材料種類很多，性質差異頗大。製作塑膠模具材料，除了要能滿足模具需求外，也必須要能符合塑膠材料特性。【 8-11 】塑膠模具材料8-2塑膠材料特性差異頗大，成品形狀變化多端，欲生產合乎要求產品，除模具設計、製作及生產條件控制外，模具材料選用也是重要因素。模具材料選用是否適當，對模具壽命、精密度、加工性、價值等有很大影響【 8-11 】塑膠模具材料8-2選用模具材料原則：選用模具材料原則：機械加工性良好。材料組織均勻，沒有缺陷。機械性質良好，強度、韌性、耐磨耗性
19、良好。表面加工性良好。熱處理容易，熱變形少。銲接性良好。耐熱性好，熱膨脹係數低。疲勞強度大。容易取得。【 8-11 】塑膠模具材料8-2通常塑膠模具選用材料原則，較注重其一般性，但在眾多塑膠材料種類及千變萬化成形品型態中，常會有些較特殊狀況，需要選用具備特殊性能材料來製作模具，才能獲得理想結果。 【 8-12 】塑膠模具材料8-2【 8-12 】耐磨耗材料：耐磨耗材料：耐磨耗性是模具材料應具備條件，也是維持模具壽命要素。塑料混合有玻璃纖維、金屬粉末等補強物時，對模具的磨耗會增加，應使用硬度更高材料。SKS2、SKS3、SKD11常被使用，其中SKD11因其熱處理變形量小，為適合高速鋼(SKH)
20、耐磨耗性更佳，因價格高，不常被採用。【 8-13 】塑膠模具材料8-2耐蝕性材料：耐蝕性材料：塑膠材料加工會產生腐蝕性氣體，如聚氯乙烯、氟素樹脂、家電製品使用難燃樹脂、發泡性樹脂等。腐蝕性氣體會對模具造成腐蝕，特別是構成流道、型腔的零件，解決最好對策便是採用不銹鋼材料來製作模具。【 8-13 】塑膠模具材料8-2鏡面加工材料：鏡面加工材料：塑膠成形品表面是由模具型腔表面粗糙度決定，成形品表面都會要求光滑，但因模具材料材質影響，型腔表面加工粗糙度會受到限制。特別要求光滑的成形品，如光學用塑膠鏡片、光碟片、影碟片、大型透明護罩等，必須選用容易加工成鏡面材料來製作模具。【 8-13 】塑膠模具材料8
21、-2材料易加工成鏡面，應具備條件為結晶顆粒細微、氣孔少、硬度高、含矽酸鹽、鋁、硫化錳等雜質少。鋼料應用真空熔解方式製造，可減少氣孔及雜質產生；含錳、鎳、鉻鉬等可使鋼料結晶顆粒細微，硬度提高，都有利於鏡面加工。【 8-13 】塑膠模具材料8-2預硬化型材料：預硬化型材料：為防止模具在熱處理時變形，及節省熱處理工時，預硬化型鋼料普遍被採用，特點為硬度約在3045，材質均勻，添加有快削性成分，加工後不需再做熱處理。最具代表性者為FDAC，是以SKD61為基材，添加快削性成分而成。【 8-13 】塑膠模具材料8-2非磁性材料：非磁性材料：影印機、磁碟機、感測器等內部會應用到塑膠磁鐵，是將磁粉混合於尼龍
22、等材料中，再以模具製成所需形狀。塑製塑膠磁鐵模具，為非磁性材料並應能具備模具材料特性，常用者為不銹鋼SUS304或高速鋼。【 8-13 】塑膠模具材料8-2蝕紋加工材料：蝕紋加工材料：蝕紋俗稱咬花，在汽車、家電及各種塑膠用品上廣泛被使用，在模具加工是利用化學藥品侵蝕，形成花紋飾樣。蝕紋加工用鋼料應特別要求均質，鋼料若淬火硬化層明顯、偏析、結晶顆粒大、含快削性成分等都不適合做蝕紋處理。【 8-14 】塑膠模具材料8-2壓鑄模所使用材料主要以合金鋼為主，如高速工具綱、熱模合金工具鋼等。壓鑄模材料可分為模穴部、構造部滑動部等用材料。構造部材料要有足夠強度，滑動部的材料要能耐磨，模穴部的材料不僅要能耐
23、熱還要耐磨，如此才能發揮模具功能和提高模具壽命。【 8-14 】壓鑄模具材料8-3條件：條件：能抗熱裂隙發生。能抗高壓力所致變形。在壓鑄作業溫度下具耐磨耗性與耐酸化性。熱處理變形少尺寸安定，脫碳少。具高熱傳導係數與低膨脹係數。良好被削性、研削性。內部質地均勻缺陷少。價格合理。熱處理簡單。【 8-14 】壓鑄模具材料8-3壓鑄成品由手錶零件到汽車引擎，變速箱外殼皆有，大小，當然所用到模具材料更廣泛了，從機械構造用鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、熱作合金鋼、高速工具鋼、非鐵金屬合金。【 8-15 】壓鑄模具材料8-3機械構造用鋼機械構造用鋼(SC)(SC)：碳鋼價格低廉，易於加工。適合構造部份零件如上
24、下固定模板、上下模塊、平行墊塊、止塊、冷卻水套、頂出板。【 8-15 】壓鑄模具材料8-3碳素工具鋼碳素工具鋼(SK)(SK)：壓鑄模構造部及滑動部可選用碳素工具鋼。導銷導套，因加工方便，易於熱處理、價格也較低，頗受採用，但高溫下硬度低。含碳0.9%以上，如SK3、SK5較常用於模具。【 8-15 】壓鑄模具材料8-3合金工具鋼：合金工具鋼：在鋼中添加W、V、Mn、Cr、Mo、Si、Ni等合金元素，可增加其硬度、耐磨性、韌性等特性。SKS類，耐磨佳、淬火變形小：導銷、導套、頂出銷常用(SKS3)。【 8-15 】壓鑄模具材料8-3熱作合金鋼：熱作合金鋼：熱作合金工具鋼有AISI的P-2O、H-
25、13、H-20、H-21等。P-20鋼為美國新開發出鋼，含碳在0.37%，鉻1.502.00%、矽0.30%、錳1.0%、鉬0.35%，和極少量的硼(B)成份，這種鋼具有很好的韌性、可防熱裂隙及機械性。硬度在BHN 300325，機械加工性良好，不需經硬化熱處理及應力消除即可使用。【 8-15 】壓鑄模具材料8-3材料在加工後不做硬化處理，模穴塊不需知道其經硬化處理後的尺寸變化。模具製作可以簡化許多，材料對於高溫度的金屬則無法控制其高熱應力，這是它僅能用在鋅壓鑄模的原因。當P-20的鋼作熱處理時，其表面硬度相當均勻，在100mm以上厚度材料，其硬度將隨著深度增加減低。【 8-15 】壓鑄模具材
26、料8-3AISI H-13AISI H-13熱模合金工具鋼：熱模合金工具鋼：H-13熱模合金工具鋼最適用於做鋁及鎂合金壓鑄模材料。H-13含鉻5.05.5%，1.21.6%的銅，和1.0%左右的釩，特殊而優良，組織微細均勻，在退火狀態下加工，待最後加工完成後再硬化。H-13有很好熱傳導及強韌性，能抗熱龜裂性和熱磨耗，在高溫時仍能保持它的強度及硬度，所以能延長模子壽命，對於大型模具以採組合模穴方式製作較有利。【 8-16 】壓鑄模具材料8-3AISI H-21AISI H-21熱模合金工具鋼：熱模合金工具鋼：H-21適用於銅合金壓鑄模。H-21是以鎢基為主熱模合金工具鋼，含鎢(W)9-10%，鉻
27、(Cr)2-3%，其他合金在0.30.4%範圍。硬度在紅熱狀態仍能保持，在高溫時，熱傳導率和韌性亦非常優良，適合較高溫壓鑄合金使用。H-2l和H-13一樣經退火後方可加工，加工完成後才能做硬化處理。【 8-16 】壓鑄模具材料8-3AISI H-20AISI H-20熱模合金工具鋼：熱模合金工具鋼：含碳(C)0.250.35%，矽(Si)0.150.35%，錳(Mn)0.30.6%，鎢(W)5.06.0%(Cr)2.03%，釩(V)0.30.5%，磷(P)及硫(S)的含量均在0.03%以下。H-20具耐抗熱磨及熱龜裂的優點，適合用在生產不含鐵質壓鑄合金，用於銅、鋁、鋅合金壓鑄模。【 8-16
28、】壓鑄模具材料8-3高速工具鋼：高速工具鋼：具有紅熱硬化能，工業界以SKH9最廣為使用。優點相當多，相對價格也相當貴，具有抗熱磨耗，在高溫仍具有相當硬度。【 8-16 】壓鑄模具材料8-3非鐵金屬合金：非鐵金屬合金：非鐵金屬合金被用來製作壓鑄模模穴材料。鈦基合金含鋁(A1)6%及釩(V)4%、鎢基合金含錳(Mn)4%和銅(Mo)4%銅基合金含鋯(Zr)0.12%和釩(V)0.5%。鈦基合金有非常低熱傳導度，被用來控制模內熱流。【 8-16 】壓鑄模具材料8-3鎢基材料有很高的熱傳導度，和非常好抗熱衝擊性，可用於銅或鋁壓鑄合金。鉬基材料Mo-T2M熱傳導度比Anviloyll50更高，適用於心型
29、、銷及其他模穴內小組合塊等較小組件。【 8-16 】壓鑄模具材料8-3構造部：構造部：機械構造用鋼(SAEl020,S45C)碳素工具鋼(SK3,SK5,SAE4130,4135)【 8-16 】壓鑄模具材料8-3滑動部：滑動部：碳素工具鋼(SK3、SK5)冷作合金工具鋼(SKS3)鋁鉻鉬鋼(SACM645)高速工具鋼(SKH9)【 8-16 】壓鑄模具材料8-3耐熱部：耐熱部：熱作合金工具鋼(SKD6l,H-l3,H-0,SKT2,SKT3,SKD6)鉻鉬鋼(SCM3,SCM4)AISI的H-l3(JIS SKD61)熱模合金工具鋼，最適合壓鑄鋁合金及鎂合金用模具的模心及模穴，因為組織微細均
30、勻，性能優越。在退火狀態下加工，加工完成後須再淬火硬化，才能發揮特性。【 8-17 】壓鑄模具材料8-3鎂合金壓鑄模具主模材料：鎂合金壓鑄模具主模材料：鋁合金及鎂合金有許多性質相似，壓鑄鋁合金，鎂合金，大都以冷室壓鑄法。壓鑄鎂合金用模具主模材料仍以熱模合金工具鋼H-l3為主。其他構造、滑動部亦同。【 8-17 】壓鑄模具材料8-3鋅合金壓鑄溫度低、流動性好、可壓鑄形狀複雜及薄斷面的鑄件，所以可用在冷室及熱室壓鑄兩法。壓鑄鋅合金用模具主模材料，常用有鉻鉬鋼(SCM3、SCM4)。熱模合金工具鋼(SKT2,SKT3,SKD6,SKD6l,H-20,P-20)，冷室用H-13，熱式用P-20(JIS
31、G4105) 。【 8-17 】壓鑄模具材料8-3銅合金壓鑄模具主模材料：銅合金壓鑄模具主模材料：壓鑄銅合金用模具主模材料，除了上列材料外，以AISI的H-2l(JIS SKD-5)為模穴、模心板塊。欲得到最完美的鑄件，模具每一組合零件，所使用材料及硬度要求，必須做適當選擇。【 8-17 】壓鑄模具材料8-3【 8-17 】模具材料選擇8-4冷鍛問題通常不是成形負荷太大，就是部分材料發生裂痕。在防止裂痕發生上，使用不純物成份少材料會有相當效果，可以從鋼材製造廠取得減少非金屬介在物，即所謂超清淨鋼的鋼材，利用這些材料有助於冷鍛之成功。【 8-18 】鍛造目的就是利用塑性變形，以得到所需要形狀。為
32、了要使材料容易塑性變形，先把材料加熱再加以鍛造，這就是廣義的熱鍛，自古以來就以生產性佳的加工方法而廣用於許多的金屬材料加工上。【 8-18 】模具材料選擇8-4結構用軋延鋼材，舉凡機械結構用合金鋼到不銹鋼、軸承鋼、工具鋼特殊用鋼為止，都是可適用材料。熱鍛時使用材料並沒有特別限制，但是冷鍛時，比起熱鍛，材料變形已大幅降低，變形抵抗變得很大，適用冷鍛素材就必須加以選擇。在介於冷鍛及熱鍛中間溫度區，兼具兩溫度區特性材料的溫鍛自然受青睞。【 8-18 】模具材料選擇8-4變形阻力：變形阻力：變形阻力：使材料變形所需作用力，應力指材料抵抗變形能力，作用力大也意味很容易引起金屬模磨耗或者模具變形、破壞。材
33、料而言：儘可能選用變形阻力較小者。【 8-19 】模具材料選擇8-4變形能變形能( (延性延性) )：變形能：在不發生破裂原則下，用以表示材料能承受最大變形程度材料性質；以鍛造加工時發生裂紋為止，用加工率或應變大小來評估。對變形能小材料，當然其加工度受到限制，製程中有時還必須施以額外的熱處理或潤滑處理。變形能大材料也是冷、溫鍛非常好的材料。變形阻力小，變形能大的材料也可以說是鍛造性佳的材料。【 8-19 】模具材料選擇8-4潤滑處理性：潤滑處理性：降低與金屬模摩擦，防止燒著，多使用潤滑劑。對加工度大冷鍛來說，在材料表面上塗上液體或固體潤滑劑是不夠，可利用化學反應，使碳鋼材料表面生成磷酸鹽皮膜，
34、使不銹鋼材形成草酸鹽皮膜等，以便能充份吸附潤滑劑而當做下層表皮來使用。【 8-19 】模具材料選擇8-4表面及內部缺陷：表面及內部缺陷：在材料表面或表皮下層缺陷會對變形能產生很大影響。假定有縱向缺陷，當鍛粗時，就會以此缺陷為起點，在初期就產品裂紋。材料內部介在物的密集或過度偏析也會降低材料變形能。按加工種類或程度，必須利用磁粉探傷或超音波探傷等檢查手段，以選取有品質保證的材料。【 8-19 】模具材料選擇8-4【 8-19 】尺寸精密度：尺寸精密度：素材直徑或厚度不相同的話，就會造成鍛造材重量的不一致，產品尺寸不一致，或者形成餘料或缺口情況，嚴重的話，可能使模具破損。冷鍛用線材，通常是做引伸加
35、工較沒問題，而棒材有時就將軋延後尺寸直接運用，應注意尺寸許可差。精密軋延技術進步，軋延後就可以得到抽拉或精鑄一樣尺寸精密度。【 8-20 】模具材料選擇8-4淬火性：淬火性：為了要滿足最終產品之要求特性，這是必要的特性，淬火性佳的化學成分：例如C、Mn、Cr、Mo等元素，會使冷、溫鍛之鍛造性下降。在鋼材方面，加入硼可以改善此一關係，所以，在不造成鍛造性降低之情形下，多使用可提昇淬火性之元素。【 8-20 】模具材料選擇8-4切削性：切削性：加工成冷、溫鍛製品所規定形狀或尺寸，一部分或全面要再加以切削加工的情形很多。加工硬化會使鍛造件硬度變高，過度冷加工會降低切削工具的壽命。同時其切屑也變薄而不
36、容易斷落。適度冷加工由於會降低切削抵抗，可提昇工具壽命，並能改善加工表面粗度。【 8-20 】模具材料選擇8-4熱鍛時所有金屬材料都可使用。用於鑄造材料外，都可考慮當做鍛造用材料。冷鍛很難任何材料均可當素材。【 8-20 】模具材料選擇8-4冷鍛用材料：冷鍛用材料：冷鍛與切削或熱鍛等其他加工法相比，有生產性高，製程容易自動化優點，就合理的加工法來說，近年來冷鍛需求急速增加中。金屬材料中，冷鍛應用最多的是鋼鐵材料。在非鐵材料方面，有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦合金等，主要以聯結件類為主，採用冷鍛。【 8-20 】模具材料選擇8-4溫鍛用材料：溫鍛用材料：溫鍛可以得到與熱鍛相同鍛造性，及冷鍛相同尺寸
37、精密度，是對製程合理化有相當貢獻的有效加工法，因此非常受到歡迎。溫鍛用鋼特性要求，基本上與冷鍛用鋼相同。碳鋼會依鍛造溫度區選定，而使變形能下降。盡量避開250300附近脆化區及700750附近變態脆性區。【 8-20 】模具材料選擇8-4這些還受到鍛造應變速度、或鋼中硫化物或氧化物系介在物之影響。通常產品功能，概略形狀和尺寸決定了，就可選用材質及熱處理法，適用的鍛造法及可用設備，就集中在幾個可能的候選方案中了。再從這些候選材料，熱處理法及鍛造法中，選出包含機械加工在內之總成本最低的方法。依製品的需要量，要用什麼精密度來製作鍛造件也就決定了。【 8-21 】模具材料選擇8-4冷鍛用工具材料選用：
38、冷鍛用工具材料選用：最重要工具零件中，模具和沖頭工具材料選用，就基準工具材料可選用SKD11。鍛造後可依據影響工具壽命原因，進行如下材料選用及改善。【 8-21 】模具材料選擇8-4破裂對策：破裂對策：工具裂開或破裂事故頻傳時，研判可以降低目前使用硬度時，可把現有SKD11做高溫回火，硬度調整到5658HRC，再觀察使用結果，若還不能防止破裂發生，則要變更鋼種為韌性更高的SKH51。若還是不能改善，就要改用耐高衝擊工具鋼。【 8-21 】模具材料選擇8-4磨耗對策：磨耗對策：工具磨耗量大時，把SKD11改為韌性值高SKH51，硬度亦由現用硬度提升12度，再觀察結果。需要進一步改善時，就要改用可
39、維持高硬度及高韌性粉末高速工具鋼，或超硬合金。【 8-21 】模具材料選擇8-4關於熱(溫)鍛工具材料之特性，高溫強度或熱(溫)間之耐磨耗特性與韌性關係。關於熱(溫)鍛用工具材料選擇法概念，舉汽車零件量產模鍛造機中，最普遍使用鍛造沖床為例，取工具基準材料之SKD61的改善順序：【 8-21 】模具材料選擇8-4破裂對策：破裂對策：SKD61實用硬度平均為HRC45，但針對破裂之初期對策是：將硬度降為HRC40左右。不可能將硬度降低時，將材料改為韌性值很高析出硬化型工具材料。【 8-21 】模具材料選擇8-4【 8-22 】【 8-22 】磨耗對策：磨耗對策：研判工具材料鍛造作業中溫升不大時，把
40、SKD61硬度提升到HRC50。變更材料為高耐沖擊用高速度工具鋼或SKH51。研判溫升激烈時，試用SKD7、SKD8等，再無法改善時，再檢討改用高耐衝擊用高速度工具鋼，粉末高速鋼。【 8-23 】模具材料選擇8-4模具熱處理8-5延長模具壽命，提升品質，除選用適當模具材料外，材料正確的熱處理及表面硬化處理。熱處理：是對材料施以適當的加熱或冷卻步驟，以獲得所需機械性質或物理性質處理。鋼料經適當的熱處理後，內部組織產生變化，可使其硬度、強度、韌性、耐磨耗性等機械性質改變。對某些鋼料施以表面硬化處理，可增加鋼料表面硬度，提高耐磨耗性增進表面光滑度等。【 8-23 】退火退火(Annealing)退火
41、的目的主要在降低材料硬度，增加延性、韌性及切削性，調整結晶組織，消除內部應力。工業上應用退火處理，依其目的不同有完全退火、製程退火、球化退火、弛力退火、恒溫退火、均質退火等多種。常用於塑膠模具材料處理方式有：常用於塑膠模具材料處理方式有：【 8-23 】模具熱處理8-5完全退火：完全退火：完全退火是將鋼料加熱到Ac3或Ac1變態點以上3050，保持適當時間後，在爐中或灰中冷卻。緩慢冷卻速度，有足夠時間進行變態，可獲得較軟肥粒鐵與波來鐵混合組織。經完全退火鋼料會變軟，容易切削，並可消除殘留應力。【 8-23 】模具熱處理8-5弛力退火：弛力退火：弛力退火目的在消除切削、銲接加工所產生內部應力。處
42、理方式為以50100/小時加熱速度，加熱至Ac1變態點以下(約650)，保溫時間約60分鐘25mm後在爐中冷卻。應力消除狀況，受加熱溫度影響較大，較不受保溫時間影響。【 8-23 】模具熱處理8-5球化退火：球化退火能使鋼料中碳化物變成球狀，改善切削性及韌性。其處理方式為將鋼料加熱在Ac1變態點以上或以下溫度，保持一段時間後，再以適當方式冷卻。由於加熱溫度與冷卻方式不同，球化退火有多種不同處理法， 其獲得結果略有差異。【 8-24 】模具熱處理8-5正常化(Normalizing)將鋼料加熱到Ac3或Acm以上3050溫度，保持適當時間後，在靜止的空氣中冷卻的處理方法，稱為正常化。經正常化處理
43、的鋼料，組織細微化且能消除內部應力與偏析，強度與硬度較退火鋼料優良，延性較差。適用於經鑄造、鍛造、輥軋等高溫高壓加工的材料。【 8-24 】【 8-24 】【 8-24 】淬火(Quenching)淬火的目的是為了使鋼料硬化、提高強度。模具零件淬火方法：【 8-25 】模具熱處理8-5普通淬火：將鋼料加熱到Ac1或Ac3變態點以上3050溫度，保持適當時間後，使其急速冷卻，而成為麻田散鐵組織的硬化鋼料。碳鋼淬火時，通常是放入水中急冷冷卻速度夠快時，高溫時沃斯田鐵組織不會形成波來鐵，而成為高硬度的麻田散鐵。【 8-25 】模具熱處理8-5淬火時因急速冷卻，會使鋼料表面與內部冷卻速度不同而產生應力
44、；也會因內部殘留沃斯田鐵變態為麻田散鐵，體積膨脹，發生淬裂。模具為維持高精密度，避免淬火變形及內應力，常需選用油冷或空冷合金鋼來製作。淬火時鋼料加熱溫度過高，時間過久，會產生氧化、脫碳現象；採用鹽浴爐加熱，溫度較易控制準確，加熱較均勻，也不會發生氧化。【 8-25 】模具熱處理8-5麻淬火：將鋼料加熱到淬火溫度後，放入溫度比Ms略高的鹽浴中，保持一段時間，使材料內外溫度均勻後，取出在空氣中冷卻，再依所需性質進行回火處理。鋼料經麻淬火處理，可提高硬度，但不會發生應力及淬裂。【 8-25 】模具熱處理8-5麻回火：麻回火：將鋼料加熱到淬火溫度後，放入溫度在Ms與Mf間的鹽浴中，保持較長時間恒溫，使
45、變態完成，再取出空冷。鋼料經麻回火處理，在變態時因溫度均勻且冷卻速度慢，不產生應力不易變形、破裂，不需再回火，但可獲得良好韌性及耐衝擊性，適合用於含鉻、鎢、釩合金鋼。【 8-26 】模具熱處理8-5回火回火(Tempering)(Tempering)鋼料經淬火後硬度高但很脆，其組織主要為麻田散鐵及少量殘留沃斯田鐵，這種組織在常溫時是不安定的，須經過長時間才會趨於安定。若實施回火處理，可使不安定的組織快速趨於安定，調整鋼料硬度，獲得適當的韌性，並可消除淬火產生的內部應力。【 8-26 】模具熱處理8-5低溫回火：低溫回火：將已淬火硬化的鋼料，加熱至150200溫度，再徐冷於空氣中。主要目的為消除
46、淬火產生的內部應力，使工件尺度安定，而仍可維持高硬度，用於處理淬火後高碳鋼。【 8-26 】模具熱處理8-5【 8-26 】高溫回火：高溫回火：將已淬火硬化的鋼料，加熱至450600之溫度後冷卻。主要目的在做為調質處理，降低鋼料脆性，而提高韌性與延性，並可消除殘留應力。【 8-27 】模具熱處理8-5深冷處理：深冷處理：深冷處理目的在消除鋼料淬火後殘留的沃斯田鐵，其組織穩定，長期使用不會發生變形，保持精密度，常應用於精密的量具、零件等。鋼料的深冷處理溫度應在80100或更低，工業上處理時，是應用乾冰、液態氣體或冷媒以達到低溫。深冷處理是配合淬火處理方式。【 8-27 】模具熱處理8-5熱處理前
47、注意事項：熱處理前注意事項：確認所用材料，防止異材混入。鋼材是否做過球化退火處理？模具形狀是否會引起淬火龜裂？鋼材取材時是否按其纖維方向選取？是否需做應力消除退火？防止熱處理所生的氧化及脫碳現象？加工時是否留有刀痕或尖角？熱處理加熱溫度與時間是否適當？冷卻方法的選用是否恰當？回火是否適當？【 8-27 】在選用了正確的模具材料後，為了使一些零件能如預期地運用到生產上，必須在粗胚加工後施以適切的熱處理。適切：是在綜合料件材質、模具壽命、機械性質、成本等多樣考慮後作的熱處理程序，使其達所需之硬度、強度、耐磨性等。【 8-27 】模具熱處理8-5鋼材不用預熱，直接加熱至所需溫度後淬火。防止從加熱處移
48、至冷卻液的溫度降差，可將加熱溫度酌予提高，但保溫時間相對減少，防止高溫脫碳。回火溫度視所需硬度而異HRC40為370，HRC45為340，HRC50為290。【 8-28 】模具熱處理8-5淬火：淬火： 使用150W/220V箱型電熱爐。不須預熱，厚度11mm以下模具可以實施油淬火。水冷後250提出要領為每3mm浸泡水中1秒鐘。【 8-28 】模具熱處理8-5回火：回火： 須避免210290回火脆性。回火後適用硬度SK3HRC63以上。SK5HRC59以上。【 8-28 】模具熱處理8-5【 8-28 】【 8-28 】淬火：淬火： 防止因升溫產生模具內外部份溫差太大，厚度大者須作二段式加熱。
49、油淬火適於形狀簡單厚度較大者。麻淬火適用於15mm以下(SKS2)。油冷後250提出之要領為每3mm浸泡8秒鐘。【 8-29 】模具熱處理8-5回火：回火： 須避免250300之回火脆性。適用硬度HRC60以上。若第一次回火即達所需求硬度，則第二次回火的溫度可稍降低。【 8-29 】模具熱處理8-5【 8-29 】【 8-29 】淬火：淬火：厚度100mm以上實施油淬火或麻淬火。油冷後250提出之要領為模具在油中變黑時提出。體積小者可省去第一段預熱。須作防止氧化或脫碳保護措施。【 8-30 】模具熱處理8-5回火及深冷處理：回火及深冷處理： 回火溫度150180時，HRC6063，用於磨耗性模
50、具。回火溫度200250時，HRC5760，用於耐磨耗性及韌性並重者。高溫回火550，HRC5557，為偏重韌性及避免伸縮太大。實施深冷處理時，為預防崩裂由室溫冷至7080時，須以緩冷或冷凍30。深冷處理後須進行兩次回火。【 8-30 】模具熱處理8-5【 8-30 】淬火：淬火： 高速鋼須作急速加熱。體積小者，成為防止因預熱而脫碳時，可用700800二段預熱。韌性者淬火溫度為11501170。精密模具採用麻淬火，簡單下料模用油冷，體積小者用強制空冷。【 8-31 】模具熱處理8-5回火：回火： 淬火後冷卻至70以前須裝入回火爐，以防淬裂成時效破裂。回火後適用硬度，SKH2為HRC6265，S
