Acciai per stampi e matrici

Gli acciai per stampi e matrici sono leghe per utensili appositamente selezionate per bilanciare tenacità, resistenza all'usura, stabilità dimensionale e resistenza alla fatica termica per applicazioni di stampaggio e matrici. Per la maggior parte delle basi per stampaggio a iniezione e stampaggio di materie plastiche, il P20 / 1.2311 (pre-indurito) rimane il cavallo di battaglia economico e lavorabile; per la lavorazione a caldo o per la pressofusione e l'estrusione ad alta temperatura, l'H13 / 1.2344 (cromo-molibdeno per lavorazione a caldo) è la scelta standard; per le lunghe tirature, i materiali abrasivi o i requisiti di durezza estremi, si utilizzano i gradi per lavorazione a freddo (serie D, serie A) o gli acciai per utensili ad alto tenore di cromo e vanadio. La scelta della qualità giusta dipende dal materiale del pezzo, dalla durata del ciclo, dalla finitura, dalle dimensioni e dal budget, e la selezione determina i costi, i tempi di consegna e la lavorazione a valle.

Che cos'è l'acciaio per stampi?

Uno stampo o una matrice è un bene strumentale la cui durata è determinata dall'acciaio scelto, dal trattamento termico e dalle modalità di lavorazione e manutenzione. Le priorità chiave per cui la maggior parte degli ingegneri ottimizza sono:

• Stabilità dimensionale (in modo che le caratteristiche rimangano in tolleranza dopo la tempra e in servizio)

• Durezza e resistenza alle cricche (per condizioni di ciclo elevato o shock termico)

• Resistenza all'usura e all'abrasione (per resine abrasive, plastiche caricate a vetro o grammature elevate)

• Lucidabilità e finitura superficiale (parti ottiche, medicali, beni di consumo)

• Resistenza alla fatica termica / al controllo a caldo (per la pressofusione/estrusione ad alta temperatura)

• Lavorabilità e caratteristiche di elettroerosione (influisce sui tempi di consegna e sul costo totale)

I compromessi sono reali: una maggiore durezza migliora la resistenza all'usura, ma riduce la tenacità e aumenta le difficoltà di lavorazione; una maggiore lega migliora la durezza rossa e la resistenza termica, ma aumenta il prezzo. La scelta va fatta in base alla dominante modalità di guasto prevista per l'utensile.

gradi di acciaio per stampi

• Acciai per stampi in plastica pre-induriti - pronto per la lavorazione, buona lavorabilità e lucidatura, utilizzato per stampi di produzione di media durata o prototipi.

• Acciai da utensili temprati (lavorazione a freddo) - maggiore resistenza all'usura per stampi di lunga durata, richiedono un trattamento termico (tempra + rinvenimento).

• Acciai da utensili per la lavorazione a caldo - per la pressofusione, lo stampaggio a caldo e gli stampi che funzionano a temperature elevate della cavità (elevata resistenza agli shock termici e alla tempra).

• Acciai per stampi inossidabili / resistenti alla corrosione - per plastiche corrosive, lunga durata della lucidatura o parti trasparenti/ottiche.

• Acciai nitruribili/indurenti in superficie - migliorare l'usura superficiale senza rendere l'intero blocco estremamente duro (ottimo quando è necessaria la tenacità del nucleo).

• Acciai da utensili per metallurgia delle polveri - resistenza all'usura e tenacità molto elevate per lunghezze di corsa estreme e tolleranze ristrette.

P20 (precompresso, uso generale)

• Tipo: Acciaio per stampi precompresso a bassa lega per stampi per iniezione plastica.

• Durezza tipica: ~28-32 HRC (precompresso).

• Pro: Eccellente lavorabilità, buona stabilità dimensionale dopo la lavorazione, economicità.

• Contro: Moderata resistenza all'usura - non è ideale per le corse molto lunghe o per le materie plastiche piene di abrasivi.

• Utilizzo: Stampi a iniezione per medie tirature, anime e cavità di grandi dimensioni, dove la facilità di lavorazione e il costo sono importanti.

Serie NAK (ad es. NAK80) / altri acciai per stampi precompressi

• Tipo: Pre-indurito, progettato per una buona lucidabilità e stabilità.

• Durezza tipica: ~30-36 HRC.

• Pro: Migliore lucidabilità e finitura superficiale rispetto al P20 standard; spesso scelto per parti ottiche/visibili.

• Utilizzo: Stampi in plastica ad alta superficie, inserti per prototipi e produzione.

H13 (acciaio per utensili per lavorazione a caldo)

• Tipo: Acciaio da lavorazione a caldo al cromo-molibdeno-vanadio.

• Durezza tipica: ~44-52 HRC (dopo la tempra e il rinvenimento).

• Pro: Eccellente resistenza alla fatica termica, buona tenacità e resistenza a caldo.

• Contro: Più difficile da lavorare allo stato indurito; più costoso del P20.

• Utilizzo: Anime/inserti di pressofusione, stampaggio a caldo, stampi con cicli termici elevati.

D2 (acciaio per utensili ad alto tenore di carbonio e alto tenore di cromo per la lavorazione a freddo)

• Tipo: Acciaio per lavorazione a freddo ad alta usura (alto tenore di cromo).

• Durezza tipica: ~56-62 HRC (temprato).

• Pro: Eccellente resistenza all'usura e mantenimento dei bordi.

• Contro: Tenacità inferiore (può essere fragile), più difficile da lucidare a finitura ottica rispetto ad alcuni gradi inossidabili.

• Utilizzo: Utensili di lunga durata in cui dominano l'abrasione e l'usura (ma attenzione agli impatti e agli urti).

S7 (acciaio per utensili resistente agli urti)

• Tipo: Acciaio per utensili ad alta durezza e tempra ad aria.

• Durezza tipica: ~46-56 HRC (a seconda del trattamento termico).

• Pro: Ottima tenacità e resistenza agli urti e alle scheggiature.

• Contro: Non è resistente all'usura come il D2.

• Utilizzo: Utensili/stampi soggetti a urti o a forti forze di espulsione.

O1 (acciaio per utensili a freddo indurito dall'olio)

• Tipo: Acciaio per utensili di uso generale per lavorazioni a freddo.

• Durezza tipica: ~58-62 HRC (temprato).

• Pro: Buona stabilità dimensionale dopo il trattamento termico, discreta resistenza all'usura per molte applicazioni di lavorazione a freddo.

• Utilizzo: Stampi, punzoni, componenti di stampi semplici per tirature moderate.

Acciai inossidabili per stampi (ad es. 420, 440C, S136)

• Tipo: Acciai inossidabili martensitici e gradi inossidabili dedicati agli stampi.

• Durezza tipica: 420 / 440C: ~48-56 HRC; S136 e gradi inossidabili speciali per stampi spesso ~48-52 HRC.

• Pro: Resistenza alla corrosione, eccellente lucidabilità (in particolare per gli acciai inossidabili per stampaggio), lunga durata estetica per parti trasparenti/medicali.

• Contro: Più costosi, alcuni tipi di acciaio inossidabile sono meno resistenti o più difficili da sottoporre a elettroerosione. Il 440C è molto resistente all'usura, ma può essere fragile e meno lucidabile rispetto agli acciai per stampi inossidabili dedicati.

• Utilizzo: Stampi per resine corrosive, parti trasparenti/ottiche, superfici cosmetiche di lunga durata.

Acciai da metallurgia delle polveri (ad esempio, qualità PM, alta lega)

• Tipo: Acciai per utensili PM costruiti per un'elevata resistenza all'usura e tenacità.

• Pro: Eccezionale resistenza all'usura e migliore tenacità rispetto agli acciai convenzionali.

• Contro: Il costo del materiale è più elevato e talvolta è più difficile da lavorare (ma la finitura è molto buona una volta trattata termicamente).

• Utilizzo: Corse estremamente lunghe, plastiche abrasive, stampi di precisione.

Veloce selezione lista di controllo

1. Materiale in parte: abrasivo (vetroresina) → scegliere acciai ad alta usura (D2, acciai PM); corrosivo/resina con agenti distaccanti → inossidabile.

2. Finitura superficiale richiesta: ottico/brillante → scegliere acciai inossidabili (S136) o NAK80/altri acciai preinduriti lucidabili.

3. Conteggio dei colpi / durata della produzione: prototipi / piccole tirature → P20/NAK80; lunghe tirature → D2 temprato, acciai PM o inserti inossidabili temprati.

4. Cicli termici / lavoro a caldo: pressofusione o stampaggio a caldo → H13 o acciai equivalenti per la lavorazione a caldo.

5. Geometria complessa ed elettroerosione: se è necessaria un'elettroerosione pesante, selezionare acciai che si stabilizzano bene e che si elettroderivano; considerare la possibilità di un trattamento termico successivo all'elettroerosione.

6. Budget e tempi di realizzazione: Gli acciai preinduriti abbreviano i tempi di produzione (senza tempra post-lavorazione), ma possono avere come contropartita la durata.

Composizione chimica (tabella di confronto)

La tabella seguente fornisce intervalli di composizione nominale rappresentativi per i tre gradi più utilizzati per lo stampaggio e la lavorazione degli stampi (P20, H13 e un tipico grado D per la lavorazione a freddo come il D2). Questi sono tipico gamme; confermare sempre i certificati di mulino/collaudo per l'approvvigionamento.

Fonti e note: Le composizioni di tipo P sono comunemente pubblicate dai fornitori di acciaio per utensili; le gamme H13 sono documentate nella letteratura AISI/ASM e negli equivalenti europei (1.2344 / SKD61). Controllare sempre il rapporto di prova del materiale (MTR) e le eventuali etichette ESR/VD/PM per gli acciai di qualità superiore.

Cosa fa ogni elemento di lega (riassunto pratico)

• Carbonio (C): controlla la durezza di base e la resistenza all'usura; un C elevato aumenta l'usura ma riduce la tenacità.

• Cromo (Cr): migliora la temprabilità, la resistenza all'usura e alla corrosione; è fondamentale per la durezza rossa nelle gradazioni H.

• Molibdeno (Mo): aumenta la resistenza alla tempra e la tenacità alle alte temperature; aiuta a prevenire il rammollimento.

• Vanadio (V): forma carburi duri - migliora la resistenza all'usura e affina la dimensione dei grani (migliora la tenacità).

• Silicio (Si) e manganese (Mn): migliorano la resistenza e la temprabilità, ma una quantità eccessiva può compromettere la tenacità e la lavorabilità.

Questa mappatura funzionale aiuta i team di progettazione a decidere a quale proprietà dare priorità in base alle modalità di guasto previste.

Proprietà del materiale (campi di lavoro tipici)

Per dati meccanici accurati (trazione, snervamento, tenacità all'urto, fatica) consultare le schede tecniche dei fornitori e gli MTR; le prestazioni di fatica termica e il comportamento a caldo dell'H13 sono ampiamente documentati nella letteratura ASM/industriale.

Specifiche, standard e controlli sugli acquisti

Importanti standard e specifiche internazionali a cui si fa comunemente riferimento quando si specificano gli acciai per stampi:

• ASTM A681 - Specifiche standard per acciai legati per utensili (requisiti chimico-meccanici e condizioni di fornitura).

• ISO 4957 - Acciai per utensili - designazione e requisiti generali (ampiamente utilizzati in Europa / catene di fornitura globali).

• Schede tecniche AISI / ASM - fornisce composizioni tipiche, pratiche di trattamento termico e intervalli di proprietà per gradi denominati (ad esempio, H13).

• Equivalenti DIN / EN - ad esempio, 1.2311 (P20), 1.2344 (H13) - utilizzati negli appalti europei e nelle certificazioni delle cartiere.

Note sull'approvvigionamento: Richiedere sempre: certificato di fresatura (EN 10204 3.1 o equivalente), intervallo di durezza nell'ordine, inclusione dell'etichettatura ESR/VD/PM ove applicabile e criteri di accettazione chiari per difetti, inclusioni e trattamento termico. Per gli utensili critici, richiedere una cedola campione per i test distruttivi o un piano di ispezione non distruttiva certificato.

Processi di stampaggio dei metalli e matrice di selezione dell'acciaio

• Stampaggio a iniezione (termoplastica): Plastiche tipiche (ABS, PP) → P20 / acciai precompressi per cavità e basi. Per le resine vetrose abrasive o per le lunghe tirature, aggiornare gli inserti per cavità con acciai di durezza superiore o con varianti P nitrurate.

• Stampaggio a compressione / stampaggio a trasferimento: Può essere utilizzato H11/H13 per la resistenza al calore e agli shock termici per le resine a temperatura più elevata.

• Pressofusione (alluminio, magnesio, zinco): H13 e i suoi equivalenti sono standard per le cavità di lavorazione a caldo e gli inserti d'anima, grazie all'eccellente durezza rossa e alla resistenza alla fatica termica.

• Stampi per estrusione e stampi per forgiatura: H13 o gradi PM premium per lavorazione a caldo; progettazione per cicli di raffreddamento e rinvenimento.

• Stampaggio a freddo e tranciatura: Tipo D / Tipo A acciai per la lavorazione a freddo per un'elevata resistenza all'abrasione.

La scelta del grado corretto riduce direttamente i tempi di fermo e la frequenza delle riparazioni; molti stampi di alto valore si affidano a una combinazione (base P20 + inserti temprati).

Dimensioni, peso e forme di fornitura tipiche

Forme di fornitura comuni: lamiere, blocchi, barre e tondi forgiati, lamiere pre-indurite e grezzi prodotti da PM. Conversioni tipiche dello spessore e del peso delle lamiere utilizzate per l'approvvigionamento:

• Densità della piastra ~7,85 g/cm³ (7,85 t/m³) - quindi una piastra di 1.000 × 2.000 mm × 100 mm ≈ 1,57 tonnellate metriche.

• Peso della barra tonda (kg/m) ≈ (π/4) × D²(mm) × 7,85 × 10-⁶ - regola rapida per stimare la spedizione e i FOB.

• Gamme di dimensioni: Le piastre P20 sono spesso disponibili da 16 mm a 800 mm di spessore (a seconda della cartiera), il tondo forgiato H13 spesso in lunghezze da Ø50-800 mm a 4-6 m a seconda della cartiera e della capacità di forgiatura.

Lavorazione ed elettroerosione: I materiali pre-induriti accelerano le prime lavorazioni, ma possono richiedere l'indurimento finale o la nitrurazione; gli inserti temprati richiedono pratiche di elettroerosione attente per evitare cricche (utilizzare una sgrossatura lenta, un lavaggio adeguato, cicli di rinvenimento).

Istantanea dei prezzi nel 2025 (USA / Europa / Cina)

Importante: I prezzi dell'acciaio sono volatili: gli intervalli riportati di seguito sono budget a livello di mercato raccolti dagli attuali listini dei fornitori, dai mercati industriali e dai punti di prezzo dei distributori tra la metà del 2024 e la metà del 2025. Utilizzateli solo per una pianificazione approssimativa; per l'approvvigionamento procuratevi le quotazioni attuali. Gli intervalli sono FOB/EXW per tonnellata metrica per le forme commerciali tipiche (lamiere, tondi) e si riferiscono a non includono la lavorazione, il trattamento termico o il trasporto.

Intervalli di budget rappresentativi per il 2025 (USD / tonnellata metrica):

Note e provenienza: Le piattaforme di vendita all'ingrosso in Cina (Made-in-China / Alibaba / elenchi di produttori) mostrano offerte di P20 di fascia bassa che partono da meno di 700 USD/t per i FOB high-MOQ; H13 e barre premium remelt/ESR sono più alte. I distributori statunitensi al dettaglio (OnlineMetals, Xometry) mostrano prezzi unitari più elevati per le barre tagliate e le piccole quantità. Anche le informazioni di mercato e le tendenze regionali dei prodotti siderurgici influenzano i prezzi dei gradi per utensili. Richiedete sempre MTR certificate e confermate se i prezzi indicati si riferiscono a materiale grezzo forgiato/ laminato o se includono lavorazioni a valore aggiunto (planarità, lavorazione, trattamento termico, ESR/VD).

Trattamento termico, opzioni di superficie e post-trattamento

Processi termici e di finitura comuni per stampi e matrici:

• Pre-indurimento + indurimento finale: Il P20 viene comunemente fornito già temprato; le cavità possono essere temprate localmente o gli inserti temprati a HRC più elevati.

• Nitrurazione / nitrurazione ionica: Migliora l'usura superficiale e riduce la formazione di galla, preservando la tenacità del nucleo, comune alle varianti P20.

• VES / VIM / PM rifusione: La rifusione premium riduce le inclusioni, migliora la tenacità ed è consigliata per stampi di pressofusione ad alta resistenza.

• Tempra criogenica e trattamenti sottozero: Per una stabilità dimensionale estremamente ridotta o per ridurre l'austenite trattenuta in alcuni acciai PM.

• Lucidatura e rivestimento: I rivestimenti PVD o DLC sono di nicchia per i perni di espulsione e i punti di contatto ad alto attrito.

Specificare il programma di trattamento termico e la durezza target nell'ordine di acquisto e richiedere la prova del trattamento (mappe di durezza, microstruttura se richiesta).

Lista di controllo per la selezione delle squadre di acquisto

1. Definire la modalità di guasto dominante (usura, shock termico, impatto, corrosione, requisiti di lucidatura).

2. Scegliere la famiglia di gradi (P20 per lo stampaggio a iniezione generale; H13 per la lavorazione a caldo; D/A per la lavorazione a freddo ad alta abrasione).

3. Specificare la forma (piastra, barra forgiata, tondo, grezzo PM) e lo stato di fornitura (precotto, ricotto).

4. Requisiti EN 10204 / MTR, livello di rifusione (VES/VD/PM) e criteri di accettazione della durezza.

5. Chiedete dei tagliandi campione per gli stampi critici o richiedete un test distruttivo per il primo articolo.

6. Confermare i tempi di consegna, la disponibilità di magazzino e se il fornitore offre servizi di taglio rapido (MWalloys offre opzioni di magazzino e consegna rapida; vedere sotto).

Domande frequenti

D1: Qual è il modo più semplice per decidere tra P20 e H13?
A: Se lo stampo lavora a temperature inferiori a 120-150°C e necessita di un'eccellente lavorabilità e lucidabilità, il P20 è di solito la prima scelta giusta. Se l'utensile è destinato a ricevere metallo fuso, a essere forgiato a caldo o a subire continui shock termici, la scelta più sicura è l'H13.

D2: Il P20 può essere temprato a HRC molto elevati?
A: Il P20 è inteso come un acciaio pre-temprato e lavorabile; può essere carburato o temprato localmente, ma non viene tipicamente portato ai livelli di HRC elevati degli acciai per la lavorazione a freddo. Per esigenze di elevata durezza, si possono considerare la nitrurazione o i gradi D2/PM temprati.

D3: Cos'è la VES/VD/PM e perché pagare di più?
A: Le tecniche ESR (elettrofusione), VD (degasaggio sotto vuoto) e PM (metallurgia delle polveri) riducono al minimo le inclusioni non metalliche e migliorano la tenacità e la durata a fatica.

D4: Come si calcola il budget per l'acciaio per utensili?
A: Utilizzare gli intervalli per tonnellata della sezione 9 come punto di partenza, quindi aggiungere la lavorazione, il trattamento termico, la spedizione e la dogana. Gli ordini al dettaglio di piccole quantità comportano un premio al kg più elevato rispetto al FOB per prodotti sfusi.

D5: Gli acciai di provenienza cinese sono affidabili?
A: Molte cartiere cinesi affidabili forniscono agli OEM globali MTR complete e opzioni di rifusione. Esaminate la cartiera, richiedete gli MTR e specificate la rifusione/ESR/PM se necessario. MWalloys fornisce stock diretti in fabbrica con certificati e spedizione rapida per i gradi standard.

D6: Come devo specificare la finitura superficiale e la planarità?
A: Prevedere tolleranze esplicite (ad esempio, planarità mm per m, rugosità superficiale Ra per la lucidatura) e richiedere la fresatura e l'ispezione prima del trattamento termico se l'applicazione è stretta.

D7: Quali sono i tempi di consegna tipici?
A: Gli articoli in stock e le piastre pre-indurite sono spesso disponibili in pochi giorni o settimane. I pezzi forgiati, rifusi o personalizzati possono richiedere da settimane a mesi. MWalloys mantiene le scorte per una consegna rapida delle dimensioni più comuni.

D8: È possibile saldare H13 o P20?
A: Entrambi possono essere saldati con procedure appropriate (preriscaldamento, consumabili a basso contenuto di idrogeno, trattamento termico post-saldatura). Consultare le specifiche delle procedure di saldatura e i coupon di prova.

D9: La nitrurazione è consigliata per tutti gli stampi?
A: La nitrurazione è utile per migliorare l'usura superficiale e la resistenza alla galla su cavità e anime, ma non per i pezzi in cui è richiesta una lucidatura elevata, a meno che non sia ottimizzata per la lucidatura.

D10: Come prevenire il controllo termico sugli stampi di pressofusione?
A: Utilizzare gradi di lavorazione a caldo come H13, garantire una buona progettazione del raffreddamento, seguire i cicli di rinvenimento raccomandati, considerare i trattamenti superficiali (nitrurazione/rivestimenti) e programmare la rinvenimento di manutenzione.

Perché acquistare acciaio per stampi da MWleghe

MWalloys produce e fornisce un'ampia gamma di acciai per stampi e matrici, tra cui P20 (1.2311), H13 (1.2344) e varianti premium rifuse. I principali vantaggi per i clienti con cui operiamo:

• 100% prezzo di fabbrica - I rapporti diretti con i mulini riducono gli intermediari e migliorano la competitività dei costi; ciò è particolarmente interessante per gli acquisti di grandi quantità.

• Disponibilità in magazzino e spedizione rapida - Le dimensioni comuni delle lamiere e delle barre sono tenute a magazzino per una consegna rapida, in modo da soddisfare i progetti con tempi di consegna brevi.

• Garanzia di qualità - MTR fornite; opzioni ESR e PM disponibili su richiesta per utensili critici.

• Assistenza tecnica - consulenza metallurgica per la selezione del grado, la guida al trattamento termico e le opzioni di finitura per massimizzare la durata dello stampo.