冷作模具钢
主要用于制造在冷状态（室温）条件下进行压制成形的模具，如冷冲压模具、冷拉伸模具、冷镦模具、冷挤压模具、压印模具、辊压模具等。冷作模具品种多、应用范围广，其产值占模具总产值的30%~40%。采用的钢号很多，一般采用高碳过共析钢和莱氏钢体，如碳素工具钢、低合金油淬冷作模具钢、空淬冷作模具钢、高碳高铬型冷作模具钢、高速钢、低碳高速钢和基本钢及用粉末冶金工艺生产的高合金模具材料等。常用钢号及化学成分见表1-1-1。
表1-1-1 常用冷作模具钢化学成分w/%
热作模具钢
主要用于制造对高温状态的金属进行热成形的模具。如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热剪切模具等。这类钢含碳量一般为0.3%~0.5%，添加提高高温性能的钨、钼、铬、钒等合金元素，又分为锻造模块用钢、铬钼系热作模具钢、铬钨系热作模具钢、奥氏体型高温热作模具钢等。特殊要求的热作模具有时
采用高温合金和难熔合金制造。常用热作模具钢化学成分见表1-1-2。
表1-1-2 常用热作模具钢化学成分w/%
塑料模具用钢
近40年来，随着石油化工工业的发展，塑料已成为重要的工业原材料；因此，塑料制品成形用的模具需要量迅速增长，不少工业发达国家塑料模具的产值已经超过冷作模具的产值，在模具制造业中居首位。由于不同类型的塑料制品对模具钢的性能要求有差异，因此在不少国家已经形成包括范围很广的专用塑料模具用钢系列，包括碳素结构钢，渗碳型塑料模具钢，预硬型塑料模具钢，时效硬化型、耐蚀型、易切削型、马氏体时效型塑料模具钢以及适应低表面粗糙
塑料制品模具用的镜面抛光型塑料模具用钢。常用塑料模具钢的化学成分见表1-1-3。
表1-1-3 常用塑料成型模具用钢化学成分w/%
常用冲压材料简介：
选择冲压用材料时，首先应满足冲压件的使用要求。一般来说，对于机器上的主要冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度；电机电器上的某些冲压件，要求有较高的导电性和导磁性；汽车、飞机上的冲压件，要求有足够的强度，并尽可能减轻质量；化工容
器要求耐腐蚀等。同时，还应满足冲压工艺对材料的要求，以保证冲压过程顺利完成。即：应具有良好的塑性和表面质量，以及板料厚度公差应符合标准规定等。冷冲压用钢大多为板材，它与易切削钢一样，都是着重要求工艺性能的钢类。由于冲压工艺使材料利用率高，工艺流程简便，便于组织流水作业，能冲制出形状复杂﹑互换性好的零件。冲压生产中常用的材料有金属板料和非金属板料。金属板料又分黑色金属板料和有色金属板料两种。
A 强度性能
（1）硬度硬度是模具钢的主要技术指标，模具在高应力的作用下欲保持其形状尺寸不变，必须具有足够高的硬度。冷作模具钢在室温条件下一般硬度保持在HRC60左右，热作模具钢根据其工作条件，一般要求保持在HRC40~55范围。对于同一钢种而言，在一定的硬度值范围内，硬度与变形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及组织不同的钢种之
间，其塑性变形抗力可能有明显的差别，如图1-2-1所示不能充分反应模具钢的变形抗力。
（2）红硬性在高温状态下工作的热作模具，要求保持其组织和性能的稳定，从而保持足够高的硬度，这种性能称为红硬性。碳素工具钢、低合金工具钢通常能在180~250℃的温度范围内保持这种性能，铬钼热作模具钢一般在550~600℃的温度范围内保持这种性能。钢的红硬性主要取决于钢的化学成分和热处理工艺。
（3）抗压屈服强度和抗压弯曲强度模具在使用过程中经常受到强度较高的压力和弯曲的作用，因此要求模具材料应具有一定的抗压强度和抗弯强度。在很多情况下，进行抗压试验和抗弯试验的条件接近于模具的实际工作条件（例如，所测得的模具钢的抗压屈服强度与冲头工作时所表现出来的变形抗力较为吻合）。抗弯试验的另一个优点是应变量的绝对值大，能较灵敏地反映出不同钢种之间以及在不同热处理和组织状态下变形抗力的差别。
B 韧性
在工作过程中，模具承受着冲击载荷，为了减少在使用过程中的折断、崩刃等形式的损坏，要求模具钢具有一定的韧性。
模具钢的化学成分，晶粒度，纯净度，碳化物和夹杂物等的数量、形貌、尺寸大小及分布情况，以及模具钢的热处理制度和热处理后得到的金相组织等因素都对钢的韧性带来很大的影响。特别是钢的纯净度和热加工变形情况对于其横向韧性的影响更为明显。钢的韧性、强度和耐磨性往往是相互矛盾的。因此，要合理地选择钢的化学成分并且采用合理的精炼、热加工和热处理工艺，以使模具材料的耐磨性、强度和韧性达到最佳的配合。
冲击韧性系表特征材料在一次冲击过程中试样在整个断裂过程中吸收的总能量。但是很多工具是在不同工作条件下疲劳断裂的，因此，常规的冲击韧性不能全面地反映模具钢的断裂性能。小能量多次冲击断裂功或多次断裂寿命和疲劳寿命等试验技术正在被采用。
C 耐磨性
决定模具使用寿命最重要的因素往往是模具材料的耐磨性。模具在工作中承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在强烈摩擦下仍保持其尺寸精度。模具的磨损主要是机械磨损、氧化磨损和熔融磨损三种类型。为了改善模具钢的耐磨性，就要既保持模具钢具有高的硬度，又要保证钢中碳化物或其他硬化相的组成、形貌和分布比较合理。对于重载、高速磨损条件下服役的模具，要求模具钢表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜，保持润滑作用，减少模具和工件之间产生粘咬、焊合等熔融磨损，又能减少模具表面进行氧化造成氧化磨损。所以模具的工作条件对钢的磨损有较大的影响。
耐磨性可用模拟的试验方法，测出相对的耐磨指数?，作为表征不同化学成分及组织状态下的耐磨性水平的参数。图1-2-2为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行冲孔的试验结果，以呈现规定毛刺高度前的寿命，反映各种钢种的耐磨水平；试验是以Cr12MoV钢为基准（?=1）进行对比。图1-2-3是标准磨具进行耐磨性试验的结果，较好地反映工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性水平。
D 抗热疲劳能力
热作模具钢在服役条件下除了承受载荷的周期性变化之外，还受到高温及周期性的急冷急热的作用，因此，评价热作模具钢的断裂抗力应重视材料的热机械疲劳断裂性能。热机械疲劳是一种综合性能的指标，它包括热疲劳性能、机械疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性三个方面。
热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹萌生之前的工作寿命，抗热疲劳性能高的材料，萌生热疲劳裂纹的热循环次数较多；机械疲劳裂纹扩展速率反映材料在热疲劳裂纹萌生之后，在锻压力的作用下裂纹向内部扩展时，每一应力循环的扩展量；断裂韧性反映材料对已存在的裂纹发生失稳扩展的抗力。断裂韧性高的材料，其中的裂纹如要发生失稳扩展，必须在裂纹尖端具有足够高的应力强度因子，也就是必须有较大的裂纹长度。在应力恒定的前提下，在一种模具中已经存在一条疲劳裂纹，如
果模具材料的断裂韧性值较高，则裂纹必须扩展得更深，才能发生失稳扩展。
也就是说，抗热疲劳性能决定了疲劳裂纹萌生前的那部分寿命；而裂纹扩展速率和断裂韧性，可以决定当裂纹萌生后发生亚临界扩展的那部分寿命。因此，热作模具如要获得高的寿命，模具材料应具备高的抗热疲劳性能、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值。
抗热疲劳性能的指标可以用萌生热疲劳裂纹的热循环数，也可以用经过一定的热循环后所出现的疲劳裂纹的条数及平均的深度或长度来衡量。
E 咬合抗力
咬合抗力实际就是发生“冷焊”时的抵抗力。该性能对于模具材料较为重要。试验时通常在干摩擦条件下，把被试验的工具钢试样与具有咬合倾向的材料（如奥氏体钢）进行恒速对偶摩擦运动，以一定的速度逐渐增大载荷，此时，转矩也相应增大，该载荷称为“咬合临界载荷”，临界载荷愈高，标志着咬合抗力愈强。表1-1-4列出了几种工模具材料及其表面强化工艺的咬合临界载荷。
表1-1-4 几种工模具钢及其表面强化工艺的咬合临界载荷
工艺性能
在模具生产成本中，材料费用一般占10%~20%，而机械加工、热处理、装配和管理费用占80%以上，所以模具的工艺性能是影响模具的生产成本和制造难易的主要因素之一。
A 可加工性
——热加工性能，指热塑性、加工温度范围等；
——冷加工性能，指切削、磨削、抛光、冷拔等加工性能。
冷作模具钢大多属于过共析钢和莱氏体钢，热加工和冷加工性能都不太好，因此必须严格控制热加工和冷加工的工艺参数，以避免产生缺陷和废品。另一方面，通过提高钢的纯净度，减少有害杂质的含量，改
善钢的组织状态，以改善钢的热加工和冷加工性能，
从而降低模具的生产成本。
为改善模具钢的冷加工性能，自20世纪30年代
开始，研究向模具钢中加入S、Pb、Ca、Te等易切削
加工元素或导致模具钢中碳的石墨化的元素，发展了
各种易切削模具钢，以进一步改善其切削性能和磨削
性能，减少刀具磨料消耗、降低成本。B 淬透性
和淬硬性
淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火前的原始组织状态；淬硬性则主要取决于钢中的含碳量。对于大部分的冷作模具钢，淬硬性往往是主要的考虑因素之一。对于热作模具钢和塑料模具钢，一般模具尺寸较大，尤其是制造大型模具，其淬透性更为重要。另外，对于形状复杂容易产生热处理变形的各种模具，为了减少淬火变形，往往尽可能采用冷却能力较弱的淬火介质，如空冷、油冷或盐浴冷却，为了得到要求的硬度和淬硬层深度，就需要采用淬透性较好的模具钢。
C 淬火温度和热处理变形
为了便于生产，要求模具钢淬火温度范围尽可能放
宽一些，特别是当模具采用火焰加热局部淬火时，由
于难于准确地测量和控制温度，就要求模具钢有更宽
的淬火温度范围。
模具在热处理时，尤其是在淬火过程中，要产生
体积变化、形状翘曲、畸变等，为保证模具质量，要
求模具钢的热处理变形小，特别是对于形状复杂的精
密模具，淬火后难以修整，对于热处理变形程度的要
求更为苛刻，应该选用微变形模具钢制造。
D 氧化、脱碳敏感性
模具在加热过程中，如果发生氧化、脱碳现象，就会使其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低；因此，要求模具钢的氧化、脱碳敏感性好。对于含钼量较高的模具钢，由于氧化、脱碳敏感性强，需采用特种热处理，如真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等。
其他因素
在选择模具钢时，除了必须考虑使用性能和工艺性
能之外，还必须考虑模具钢的通用性和钢材的价格。
模具钢一般用量不大，为了便于备料，应尽可能地考
虑钢的通用性，尽量利用大量生产的通用型模具钢，
以便于采购、备料和材料管理。另外还必须从经济上
进行综合分析，考虑模具的制造费用、工件的生产批
量和分摊到每一个工件上的模具费用。从技术、经济方面全面分析，以最终选定合理的模具材料。
坎德乐（H.E.Chandler）对几种通用型模具钢的6项主要性能指标进行了评分和对比（见表1-1-5），可供选材时参考。
表1-1-5 几种常用模具钢主要性能对比①
①以100为最佳；
②（）中为我国钢号，（）外为ASTM钢号。
A 下料冲孔模具用钢
主要用于制造对金属或非金属板材进行下料、冲孔用的凸模和凹模。当薄板放在凸模、凹模之间进行冲裁时，薄板在最初阶段产生变形，随着变形量的增加，薄板的下侧表面因受到大的拉应力而产生开裂。在使用过程中，随着凹模和凸模的磨损量的增加，其刃部的尖角逐步变为
常用热作模具钢的钢号、特点与应用 序号类 别 钢号 特点与应用中国钢号外国近似钢号 9 高 耐 热 性 热 作 模 具 钢3Cr2W8V（GB/T 1299-2000） 30WCrV9(ISO) SKD5(JIS) STD5(KS) H21(ASTM) T20831(UNS) X30WCrV9-3(EN) X30WCrV9-3(DIN ) BH21(BS) X30WCrV9(NF) 3X2B8Φ(ΓOCT) 2730(SS) X30WCrV9-3KU(U NI) 3Cr2W8V钢含有较多的易形成碳化物 的铬、钨元素，因此在高温下有较高的强 度和硬度，在650℃时硬度近达300HBS，但 其韧性和塑性较差。钢材断面在,’DD以下 时可以淬透。这对表面层需要有高硬度、 高耐磨性的大型顶锻模、热压模、平锻机 模已是 足够了。这种钢的相变温度较高，抵抗冷 热交变的耐热疲劳性良好 这种钢可用来制作工作温度较高（≥ 550℃）、承受静载荷较高但冲击载荷较低 的锻造压力机模具（镶块），如平锻机上 用的凸凹模、镶块、铜合金挤压模、压铸 用模具；也可供作同时承受较大压应力、 弯应力、拉应力的模具，如反挤压的模具； 还可供作高温下受力的热金属切刀等 10 3Cr3Mo3W2V(GB /T1299-2000) 30CrMo3(ISO) BH10(BS) 3Cr3Mo3W2V简称HM-1，北京机电研究 所、首钢特种钢公司研制。是高强韧性热 作模具钢，其冷加工、热加工性能良好， 淬回火温度范围较宽；具有较高的热强性、 热疲劳性能，又有良好的耐磨性和抗回火 稳定性等特点。该钢适宜制造镦锻、压力 机锻造等热作模具，也可用于铜合金、轻 金属的热挤压模、压铸模等。模具使用寿 命较高 11 5Cr4Mo2W2VSi 5Cr4Mo2W2VSi 钢是一种新型热作模 具钢。此钢是基体钢类型的热作模具钢， 经适当的热处理后具有高的硬度、强度、 好的耐磨性，高的高温强度以及好的回火 稳定性等综合性能，此外也具有一定的韧 性和抗冷热疲劳性能。该钢的热加工性能 也较好，加工温度范围较宽。适于制造热 挤压模、热锻压模、温锻模以及要求韧性 较好的冷镦用模具
冷作模具钢 冷作模具钢包括制造冲截用的模具（落料冲孔模、修边模、冲头、剪刀）、冷镦模和冷挤压模、压弯模及拉丝模等 1.冷作模具钢的工作条件及性能要求 冷作模具钢在工作时．由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损．也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。冷作模具钢与刃具钢相比．有许多共同点。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加I工艺复杂．而且摩擦面积大．磨损可能性大．所以修磨起来困难。因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大．又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂．所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些．而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求（因为是冷态成形），所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。下面结合有关钢种选用进一步说明。 2.钢种选择 通常接冷作模具的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况： （1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如．小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。 （2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国近年来发展的一种不含Cr的冷作模具用钢．可代替或部分代替含Cr的钢。 9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小，而淬透性比碳素工具钢大．其价格只比后者高约30％因此是一个值得推广使用的钢种。 但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高，在生产使用中发现有碎裂现象．另外回火稳定性较差，回火温度一般不超过180℃在200℃回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。 9Mn2V钢可在硝盐、热油等冷却能力较为缓和的淬火介质中淬火。对于一些变形要求严格而硬度要求又不很高的模具，可采用奥氏体等温淬火。 （3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢．如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WV Cr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的。 近年来用高速钢做冷作模具的倾向巴日趋增大、但应指出，此时已不再是利用高速钢所特有的红硬性长处．而用它的高淬透性和高耐磨性。为此．在热处理工艺上也应有所区别。 选用高速钢做冷模具时．应采用低温淬火．以提高韧性。例如W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290℃。而做冷作模具时，则应采用1190℃的低温淬火。又如W6Mo5Cr4V2钢．采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。 〔4)受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述．前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加切边楼、冲裁模等．其对口单薄．使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亚共折钢．以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高钢的回火稳定性和回火温度（240一270℃回火）这样有利于充分消除淬火应力使叽提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。 3.充分发挥冷作模具钢性能潜力的途径
模具材料及热处理试题库 一、判断 1、60钢以上的优质碳素结构钢属高碳钢，经适当的热处理后具有高的强度、韧性和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件。（×） 2、40Cr钢是最常用的合金调质钢。（√） 3、60Si2Mn钢的最终热处理方法是淬火后进行高温回火。（×） 4、高合金钢的完全退火的冷却速度是每小时100～150℃。（×） 5、等温淬火与普通淬火比较，可以获得相同情况下的高硬度和更好的韧度。（√） 6、一些形状复杂、截面不大、变形要求严的工件，用分级淬火比双液淬火能更有效的减少工件的变形开裂。（√） 7、渗碳时采用低碳合金钢，主要是为提高工件的表面淬火硬度。（×） 8、均匀化退火主要应用于消除大型铸钢、合金钢锭在铸造过程中所产生的化学成分不均及材料偏析，并使其均匀化。（√） 9、高合金钢及形状复杂的零件可以随炉升温，不用控制加热速度。（×） 10、铬钼钢是本质粗晶粒钢、其淬透性和回火稳定性高，高温强度也高。（×） 11、铬锰硅钢可以代替镍铬钢用于制造高速、高负荷、高强度的零件。（√） 12、铬轴承钢加热温度高，保温时间略长，主要使奥氏体中溶入足够的合金碳化物。（√）13、低合金渗碳钢二次重新加热淬火，对于本质细晶粒钢的零件，主要使心部、表层都达到高性能要求。（×） 14、铸铁的等温淬火将获得贝氏体和马氏体组织。（√） 15、高速钢是制造多种工具的主要材料，它除含碳量高外，还有大量的多种合金元素（W、Cr、Mo、V、Co），属高碳高合金钢。（×）16、钢在相同成分和组织条件下，细晶粒不仅强度高，更重要的是韧性好，因此严格控制奥氏体的晶粒大小，在热处理生产中是一个重要环节。（√）17、有些中碳钢，为了适应冷挤压成型，要求钢材具有较高的塑性和较低的硬度，也常进行球化退火。（√）18、低碳钢正火，为了提高硬度易于切削，提高正火温度，增大冷却速度，以获得较细的珠光体和比较分散的自由铁素体。（√）19、过共析钢正火加热时必须保证网状碳化物完全融入奥氏体中，为了抑制自由碳化物的析出，使其获得伪共析组织，必须采用较大的冷却速度冷却。（√）20、含碳量相同的碳钢与合金钢淬火后，硬度相差很小，但碳钢的强度显著高于合金钢。（×）21、中高碳钢的等温淬火效果很好，不仅减少了变形，而且还获得了高的综合力学性能。（√）22、淬火钢组织中，马氏体处于碳的过饱和状态，残余奥氏体处于过热状态，所以组织不稳定，需要回火处理。（×）23、低碳钢淬火时的比容变化较小，特别是淬透性较差，故要急冷淬火，因此常是以组织应力为主引起的变形。（×）24、工件淬火后不要在室温下放置，要立即进行回火，会显著提高马氏体的强度和塑性，防止开裂。（√）
冷作模具钢有哪些_冷作模具钢分类 本文档由深圳机械展SIMM整理，详细介绍冷作模具钢。 冷作模具钢是应用最为广泛的一类模具钢，它的产量占据了模具钢产量的大半江山，包括各种碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、基体钢、硬质合金、钢结硬质合金、粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢，另外结构钢、锌合金、增强塑料也被用来制作冷作模具。 冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐磨性、足够的强度和韧性、高的疲劳寿命、良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。 我们将常用的冷作模具钢做一个基本的分类： 碳素工具钢、高碳低合金钢 模具钢切削、热处理 碳素工具钢：常见的包括7种，分别是T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13。碳素工具钢中的碳的含量在0.7%-1.3%范围内，原料来源普遍，因此价格便宜。另外它的加工性能良好，淬火温度低，而且热处理后具有较高的表面硬度和较好的耐磨性。（碳元素能增强钢的硬度）
高碳低合金钢：常见的包括21种，分别是9SiCr、9Mn2V、9CrWMn、CrWMn、DS、GCr15、Gr2、60Si2Mn、8Cr2MnWMoV5、GD、Cr2Mn2SiWMoV、W、4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si、8MnSi、6SiMnV、CH-1、6CrMnSi2MoV、5Cr3Mn1SiMo1V、Cr06。高碳低合金钢种碳的含量一般都较高（≥0.6%），它在碳素工具钢的基础上加入适量的Cr、Ni、Mo、Ti、W、V、Si、Mn等合金元素冶炼而成，合金元素的总质量分数在5%以下。这些合金元素的加入提高了钢的过冷奥氏体的稳定性，钢的淬透性也大幅提升；另外一些合金元素也使得淬火冷却的速度提高，减少了淬火热应力和组织应力，防止淬火变形和淬火开裂倾向。 高耐磨冷作模具钢：高耐磨冷作模具钢一般是高碳高铬钢，是一种高合金冷作模具钢，应用最为广泛，包括有LD-1、LD-2、Cr12、 Cr12Mo1V1、Cr12MoV、Cr12Mo、Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr12V、ER5、GM、Cr5Mo1V、Cr12W等常见的13种。这类钢大部分是莱氏体钢、组织中有大量共晶碳化物，淬火后有大量共晶碳化物存在，同事含有大量残留奥氏体，因此热处理后有变形小，耐磨性高，承载力大的优势。 冷作模具用高速钢：常见的有W18Cr4V（即W18）、W6Mo5Cr4V2（即M2）、W9Mo3Cr4V（即W9）、W12Mo3Cr4V3N（即V3N）、
冷作模具钢的选材与热处理 刘望道 （武汉轻工大学机械工程学院材料成型及控制工程专业）【摘要】在模具制造中，模具材料作为制造模具的基础,它的性能和热处理工艺对模具寿命有着决定性的影响。本文分析了冷作模具钢的工作条件及失 效形式，提出能满足冷作模具钢工作条件的性能要求，再选择适用的材 料并进行相应的热处理，以保证其性能要求。冷作模具性能要求包括耐 磨性、韧性、强度、抗疲劳性能和杭咬合性。冷作模具材料热处理工艺 性能主要包括:淬透性,淬硬性,耐回火性,过热敏感性,氧化脱碳倾向, 淬火变形和开裂倾向等。 关键词：冷作模具钢；选材；热处理 冷作模具是在常温下对材料进行压力加工或其他加工所使用的模具。冷作模具种类繁多、结构复杂，模具在使用中受到压缩、拉伸、弯曲、冲击、摩擦等机械力的作用。冷作模具正常失效形式主要是磨损、脆断、折弯、咬合、塌陷、啃伤、软化等，因此要求冷作模具用钢在相变热处理后，具有高的变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、抗咬合等能力，以保证模具具有一定的耐用度【1】。1.冷作模具的性能要求 根据冷作模具的工作条件及失效形式，冷作模具钢应具有如下基本性能【2-3】：a．高硬度和高耐磨性，工作时保持锋利的刃口 b．较高的强度和韧性及～定的热硬性，工作时刃部不易崩裂或塌陷。 c．较好的淬透性，保证淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度。 d．较好的加工工艺性和成形性，较好的淬火安全性，热处理变形小，在复杂断面上不易淬裂。 1．1模具的耐磨性 冷作模具在工作时，表面与坯料之间产生许多次摩擦，模具必须在这种情况下仍能保持较低的表面粗糙值和较高的的尺寸精度，以防早期失效。为提高冷作模具的抗耐磨性能，通常要求模具硬度高于加工件硬度(30～50)％，材料的组织为回火马氏体或下贝氏体，其上分布均匀、细小的粒状碳化物。因此钢中的碳的质量
上海大学2010 ～2011学年冬季学期研究生课程考试 小论文格式 课程名称：现代模具材料及其表面处理技术课程编号：101101921论文题目: 热作模具钢中几个知识点的浅谈 研究生姓名: 尹学号: 10721 论文评语: 成绩: 任课教师: 评阅日期:
热作模具钢中几个知识点的浅谈 尹学炜 上海大学材料科学与工程学院，上海 摘要：通过这门文献课，在自己动手翻译文献、做PPT和演讲，以及同学的演讲，课堂上的讨论，特别是老师的点评，使得作者对模具钢材料的各方面，如成分的影响机制、热处理、表面处理等有了更为深入的了解，对一些研究方法、测试手段有了一定的认识。本文中，作者主要侧重热作模具钢方面，介绍了合金元素对热作模具钢的影响，以及热作模具钢中碳化物的影响、热疲劳性能和热稳定性性能的相关研究。 关键词：H13钢；热作模具钢；热疲劳；热稳定性 The description of several knowledge points on hot die steel Yin Xuewei （School of Material Science and Engineering, Shanghai University, Shanghai）Abstract：Through this literature course, by translated literature my own, prepare PPT and give lectures, and after listen to other students presentations, class discussions, especially after the teacher's comments ,I have a more in-depth understanding on the hot die steel, such as composition, heat treatment, surface treatment as well as some research methods, testing methods. In this paper, the authors focus on hot die steel, make the introduction of alloy elements on the impact of hot work die steel, and the impact of carbide, thermal fatigue properties and thermal stability properties of the related research on hot die steel. Keywords：H13 steel；hot die steel；thermal fatigue；Thermal-stability 一、引言 1.1热作模具钢 热作模具是指对加热到再结晶温度以上的金属材料进行压力加工的模具。 根据工作条件，热作模具可分为热锻模、热挤压模、压铸模和热冲裁模等。 按所含合金元素总量，可分为低合金热作模具钢、中合金热作模具钢及高合金热作模具钢。 根据模具钢的性能特点，又可分为以下几类。 （1）高韧度热作模具钢。有5CrMnMo、5CrNiMo及H11钢等，适宜制作一般的锻造模具，如锤锻模。 （2）高热强性热作模具钢。有3Cr2W8V、GR、Y4、HM1钢等。适宜制作热挤压模、压铸模。 （3）强韧性兼备的热作模具钢。有H13、HM3、4Cr5W2SiV及基体钢012Al、ER8钢等，适宜制作热锻模、热挤压模、热冲压模等。 此外，按照合金元素还可以分为钨系热作模具钢、铬系热作模具钢、铬钼系
下料冲孔模具用钢 主要用于制造对金属或非金属板材进行下料、冲孔用的凸模和凹模。当薄板放在凸模、凹模之间进行冲裁时，薄板在最初阶段产生变形，随着变形量的增加，薄板的下侧表面因受到大的拉应力而产生开裂。在使用过程中，随着凹模和凸模的磨损量的增加，其刃部的尖角逐步变为圆角，导致薄板下侧产生的拉应力降低，薄板厚度方向受到压缩，增加了被冲裁板料的加工硬化和变形、延迟了板料产生裂纹的时间，坯料切断后，其断口周围产生毛刺，随着模具磨损量的增加，工件的毛刺高度增加，当毛刺高度超过规定要求时，模具就需要更换或返修。 下料冲孔模具用钢，一般根据被加工工件的材料种类、厚度、生产工件的批量和模具的尺寸精度、形状复杂程度等因素选择钢材。 当冲压低硬度的纸板，塑料板，铝、镁合金板，铜合金板时，如果冲裁产品批量不大，可选用碳素工具钢；批量较多时，可选用CrWMn、9CrWMn、7CrSiMnMoV等低合金钢，淬回火硬度为HRC62~64；生产批量达到100万件，可选用 Cr12、Cr12MoV、Cr5Mo1V、Cr5Mo1V、7Cr7Mo2V2Si等钢号，淬回火硬度为HRC61~63；当生产批量超过100万件时，可选用高速钢、超硬高速或硬质合金制造模具。
当冲压强度高、变形抗力大的碳素钢板、硅钢钢板、不锈钢板时， 要根据材料的强度、厚度、变形抗力，选择合金含量更高、耐磨性更 好的高一档模具钢。 对截面尺寸较大的模具，要选用合金元素含量较高、淬透性好的 模具钢。 当被加工材料厚度增加时，也需要考虑选择高一档的模具钢。推 荐的冲压模具用钢见表1-1-6。 表1-1-6 薄板下料冲孔模具用钢的选择 生产批量/件被加工材料 103104105106107铝、镁及 铜合金 CrWMn CrWMn ,Cr5Mo1V CrWMn ,Cr5Mo1V , Cr12MoV Cr12MoV , Cr12Mo1V1, 高速钢 硬质合金 碳钢、合金 结构钢 CrWMn CrWMn CrWMn Cr12MoV1硬质合金铁素体不锈钢 Cr5Mo1V Cr5Mo1V ,Cr12,Cr12MoV Cr12Mo1V1,高速钢 奥氏体不锈钢 CrWMn , Cr5Mo1V CrWMn ,Cr5Mo1V , Cr12 Cr12,Cr12MoV , Cr12Mo1V1Cr12Mo1V1, 高速钢 硬质合金 淬回火弹簧钢(≤HRC52) Cr5Mo1V Cr5Mo1V , Cr12, Cr12MoV Cr12Mo1V1, Cr12MoV , 高速钢Cr12Mo1V1, 高速钢， 粉末高速钢硬质合金 变压器硅钢 Cr5Mo1V CrWMn , Cr2, Cr12Mo1V1, 硬质合金 、管路敷设技术通过管线不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题，而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中，要加强看护关于管路高中资料试卷连接管口处理高中资料试卷弯扁度固定盒位置保护层防腐跨接地线弯曲半径标等，要求技术交底。管线敷设技术中包含线槽、管架等多项方式，为解决高中语文电气课件中管壁薄、接口不严等问题，合理利用管线敷设技术。线缆敷设原则：在分线盒处，当不同电压回路交叉时，应采用、电气课件中调试对全部高中资料试卷电气设备，在安装过程中以及安装结束后进行 高中资料试卷调整试验；通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系，根据生产工艺高中资料试卷要求，对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验；对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工作；对于继电保护进行整核对定值，审核与校对图纸，编写复杂设备与装置高中资料试卷调试方案，编写重要设备高中资料试卷试验方案以及系统启动方案；对整套启动过程中高中资料试卷电气设备进行调试工作并且进行过关运行高中资料试卷技术指导。对于调试过程中高中资料试卷技术问题，作为调、电气设备调试高中资料试卷技术电力保护装置调试技术，电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时，需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全，并且尽可能地缩小故障高中资料试卷破坏范围，或者对某些异常高中资料试卷工况进行自动处理，尤其要避免错误高中资料试卷保护装置动作，并且拒绝动作，来避免不必要高中资料试卷突然停机。因此，电力高中资料试卷保护装置调试技术，要求电力保护装置做到准确灵活。对于差动保护装置高中资料试卷调试技术是指
常用冷作模具钢化学成分表 钢号 C Mn Si Cr W V Mo 其他 高碳工具钢 T7 O.65～ 0.74 ≤0.40≤0.35 T8 0.75～ 0.84 ≤0.40≤0.35 T9 0.85～ 0.94 ≤0.40≤0.35 T10 0.95～ 1.04 ≤0.40≤0.35 T11 1.05～ 1.14 ≤0.40≤0.35 T12 1.15～ 1.24 ≤0.40 ≤0.35 高碳低合金钢 9Mn2V 0.85～ O.95 1.70～ 2.00 ≤0.40 0.10～ 0.25 CrWMn 0.90～ 1.05 0.80～ 1.10 ≤0.40 0.90～ 1.20 1.20～ 1.60 MnCrWV 0.95～ 1.05 1.00～ 1.30 ≤0.40 0.40～ 0.70 0.40～ 0.70 0.15～ 0.30 9SiCr 0.85～ O.95 O.30～ 0.60 1.20～ 1.60 0.95～ 1.25 Cr2(GCr15) 0.95～ 1.10 ≤0.40≤0.40 1.30～ 1.65 7CrSiMnMoV O.65～ O.75 O.65～ 1.05 0.85～ 1.15 0.90～ 1.20 0.15～ 0.30 Cr2Mn2SiWMoV 0.95～ 1.05 1.80～ 2.30 0.60～ 0.90 2.30～ 2.60 0.70～ 1.10 0.10～ O.25 0.55～ O.80 高耐磨钢 Cr6WV 1.00～ 1.15 ≤0.400.4n 5.50～ 7.00 1.10～ 1.50 0.50～ 0.70 Cr4W2MoV 1.12～ 1.25 ≤0.40 0.40～ O.70 3.50～ 4.00 1.90～ 2.60 0.80～ 1.10 0.80～ 1.20 Cr5MoV 0.95～ 1.05 ≤1.00≤0.50 4.75～ 5.50 O.15～ O.50 0.90～ 1.40 6Cr4W3M02VNb 0.60～ 0.70 ≤0.40≤0.40 3.80～4.4 2.5～3.5 O.80～ 1.20 2.5～ 3.5 Nb0.2～ 0.35 Crl2 2.00～≤0.40≤0.4011.50～
模具钢的处理 模具钢材的热处理方式与加工工序安排密切相关。在模具制造时，应当根据材料和加工工艺路线来选择热处理方法，制定相应得热处理工艺。 （1）一般冷作模具钢工作零件的热处理工序安排：筹造——退火——机械加工成型——淬火与回火—工修整。 （2）冷作模具钢采用成型磨削及电加工工艺：锻造——退火——机械粗加工——淬火或回火——精加工（磨削、电加工）。 （3）冷作模具钢复杂冲模的加工：锻造——退火——机械粗加工——高温回火或调质——机械加工成型——淬火与回火——磨削与电工加工成型。 大多数冷作模具钢使用状态为淬火与回火，模具硬度通常为60hrc，为了进一步提高模具表面硬度、耐磨性和使用寿命，常进行表面强化处理，如渗碳、渗氮、渗硼氮碳共渗、td 法渗钒铌、化学气相村积（cvd）等作为最终热处理。 模具热处理 模具制造的成本高，特别是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具寿命，有显著的经济效益，我国模具技术工作者十分重视模具热处理技术的发展。 1 真空热处理 模具钢经真空热处理后有良好的表面状态，变形小。与大气下的淬火比较，真空油淬后模具表面硬化比较均匀，而且略高一些，主要原因是真空加热时，模具钢表面呈活性状态，不脱碳，不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热，钢的表面有脱气效果，因而具有较高的力学性能，炉内真空度越高，抗弯强度越高。真空淬火后，钢的断裂韧性有所提高，模具寿命比常规工艺普遍提高40%~400%，甚至更高。冷作模具真空淬火技术已得到较广泛的使用。 2 深冷处理 近年来的研究工作表明，模具钢经深冷处理(-196℃)，可以提高其力学性能，一些模具经深冷处理后显著提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行，也可在淬火回火之后进行深冷处理。如果在淬火、回火后钢中仍保留有残余奥氏体，则在深冷处理后仍需要再进行一次回火。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深冷处理不仅用于冷作模具，也可用于热作模具和硬质合金。深冷处理技术已越来越受到模具热处理工作者的关注，已开发出专用深冷处理设备。不同钢种在深冷过程中的组织变化及其微观机制及其对力学性能的影响，尚需进一步研究。 3 模具的高温淬火和降温淬火 一些热作模具钢，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常规淬火温度加热淬火，可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态和分布，使固溶于奥氏体中碳的分布均匀化，淬火后可在钢中获得更多的板条马氏体，提高其断裂韧性和冷热疲劳抗力，从而延长模具使用寿命。例如3Cr2W8V钢制的一种热挤压模具，常规淬火温度为1080~1120℃，回火温度为560~580℃。当淬火温度提高至1200℃，回火温度为680℃(2次)，模具寿命提高了数倍。 W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速钢和Cr12MoV等高合金冷作模具钢，可适当降低其淬火温度，以改善其塑韧性，减少脆性开裂倾向，从而提高模具寿命。例如W6Mo5Cr4V2的淬火温度可选用1140~1160℃。 4 化学热处理 化学热处理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎
国内常见进口模具钢牌号
进口淬火钢 SMV3W 46～49RC 49～52RC AUBERT＆DUVAL 大灯罩、支架、反射镜镜面钢、高寿命2343ESR 46～49RC 48～52RC 大灯罩、支架、反射镜镜面钢、高寿命 8407 46～49RC 45～54RC 一胜百大灯罩、支架、反射镜镜面钢、高寿命 2344 46～49RC 48～52RC 布德鲁斯滑块、顶块、镶件高寿命 S-136 46～49RC 45～54RC 一胜百大灯罩、支架、反射镜镜面钢、高寿命、耐腐蚀SKD61 46～49RC 滑块、顶块、镶件、杆件高寿命 SKH51 59～61RC 小镶针、小顶针、扁顶针高硬度、韧性较好、高耐磨 SUJ2 58～62RC 高频淬火导柱、导套、复位杆 进口预硬钢 NAK80 37～43RC 大同大灯罩、支架镜面钢、焊接性好、韧性差 MEK4 42～43RC AUBERT＆DUVAL 后灯灯罩抛光性好 NIMAX 40RC 一胜百后灯灯罩抛光性好、皮纹效果好 718HH 35～39RC 一胜百后灯灯罩抛光性好、皮纹效果好 718S 30～35RC 一胜百寿命要求中等的模具抛光性较好、皮纹效果好 718 28～33RC 一胜百寿命要求中等的模具抛光性较好、皮纹效果好 618HH 36～40RC 一胜百后灯灯罩后模抛光性较好、皮纹效果好 2738 28～33RC 布德鲁斯寿命要求高的大型模具抛光性较好、皮纹效果好 738HH 33～38RC 布德鲁斯寿命要求高的大型模具抛光性较好、皮纹效果好 738MOD.TS 31RC 布德鲁斯寿命要求高的大型模具抛光性较好、皮纹效果好 2711 37～40RC 布德鲁斯滑块、顶块、镶件抛光性好、加工性不好 GS-2711 35～38RC 滑块、顶块、镶件抛光性好、加工性不好 P20HH 34～38RC 芬苛乐寿命要求高的大型模具抛光性较好、皮纹效果好 P20LQ 34～38RC 芬苛乐寿命要求高的大型模具抛光性好、皮纹效果好 MOLDMAX30 26～32RC BRUSH WELLMAN 不易冷却的镶件导热性好 MOLDMAX40 36～42RC BRUSH WELLMAN 不易冷却的镶件导热性好 AMPCO18 192HB AMPCO 导套、导向条、耐磨片自润滑性极佳、耐磨 AMPCO21 30RC AMPCO 导套、导向条、耐磨片自润滑性极佳、耐磨
制作热锻模最好用什么材料 近几年来，我国在研制开发新型模具钢方面做了大量工作，并对部分国外优良热作模具钢进行了国产化研究，为市场提供了优质价廉的模具钢。下面简单介绍热作模具钢的种类和应用进展概况。 1．已纳入国家标准热作模具钢 热作模具钢系列已纳入国家标准《GB/T1299-2000合金工具钢》，按主要化学成分可分为W系，Cr-Mo系，Cr-W-Mo系等类型。 3Cr2W8V（H21）钢，具有高热强性、高热稳定性、良好的耐磨性和工艺性能，工作温度达到650℃。缺点：碳化物偏析严重，塑性、韧性、导热性、抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能较差。我国20世纪50年代从前苏联引进，使用寿命不长，且合金度高，成本高，目前国外已基本淘汰。我国由于受钢种和技术上的限制，目前，仍在大批生产和使用。 4Cr5MoSiV（H11）及4Cr5MoSiV1（H13）钢高淬透性和淬硬性、高韧性、高热强性和耐磨性，使用温度590钢中碳化物细小分布均匀，抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能好，冷热加工性能好。H13钢（H11钢的改进型）是目前国内热镦锻钢、冷镦模套的主要材料，也是通用性强的热作模具钢，是代替3Cr2W8V钢的理想钢材，寿命可提高2-3倍。 4Cr3Mo3SiV（H10）钢具有高韧性，高的抗高温软化性能和中等水平的抗磨性能。可代替3Cr2W8V钢制作热挤压模。4Cr5W2VSi钢其热稳定性高于H13、H21钢，韧性介于H13、H21之间。适当高速镦锻模，使用寿命比H21钢高倍。 3Cr3Mo3W2V（HM1）钢具有优良的强韧性，较高热强性、耐磨性、回火稳定性，抗冷热疲劳性能、冷热加工性能好，工作温度700℃以上。该钢通用性强，适合于制作在高温、高速、高负荷、急冷急热条件下工作的模具，其性能优于 4Cr5W2VSi和3Cr2W8V钢，模具寿命比3Cr2W8V钢提高标准2—3倍。
本文档于模具钢材网https://www.doczj.com/doc/5510415602.html,编辑分享 新型冷作模具钢 为适应冷镦模和厚板冲剪模的工作要求，既要有良好的耐磨性，又有较高的韧性.先后发展了一系列高韧性、高耐磨性的冷作模具钢。代表性的钢有8Cr8Mo2V2Si、Cr8Mo2V2WSi 等。我国常用的是7Cr7Mo2V2Si钢，其主要成分为:ω(C) =0.75%,ω(Si)=1. 0%, ω(Cr)=7.0%，ω(Mo)=2.5%,w(V)=2.0%.这类钢的总合金元素质量分数为12%左右，有较好的淬透性，热处理变形小。在退火状态，钢中碳化物以VC为主，还有少量M23C6和M6C6随悴火温度升高，碳化物逐渐溶于奥氏体。当温度超过1180℃，奥氏体晶粒明显长大，故淬火温度应在1100-11501℃。此时剩余碳化物量为3%VC，由于VC的硬度高达HV2093，提高了钢的耐磨性。由于剩余碳化物总量不高，钢的韧性较好。经1150℃淬火，奥氏休晶较度为8级，并含有不超过15%(体积分数)的残余奥氏体。淬火回火时在500-550℃间出现二次硬化峰，这是由于VC析出和残余奥氏体分解产生的。对要求强韧性好的模具，采用低淬火温度1100℃加热，550℃回火2-3次。若耍求高耐磨性和冲击负荷下工作的模具，用高温1150℃淬火，560℃回火2-3次。这类钢用来制造冷镦模、冷冲模及冲头、冲剪模、冷挤压模等。 粉末冶金冷作模具钢是另一种新型冷作模具钢，采用粉末冶金法，用水雾化法将钢水雾化成细小钢粉末，通过快速凝固，每颗粉末中的高合金莱氏体得到细化，显著改善烧结后钢的韧性。同时这种方法还可以生产用传统冶金方法难以生产的高碳高合金冷作模具钢。使钢中含有更多的硬质碳化物VC,_如ω(V)为10%的高碳高钒粉末冷作摸具钢CPM1OV，ω(C)=2.45%，ω(V)=10%，ω(Cr)=5%，ω(Mo)=1.3%，具有更高的耐磨性
H13热作模具钢的化学成分 及其改进和发展的研究 潘晓华朱祖昌 (艾福表面处理技术（上海）有限公司，上海工程技术大学) 摘要: 应用钢的强韧化设计和金属学原理的相关理论,本文相当详尽地分析了H13钢的化学成分及其对钢的组织结构和性能的影响,同时阐明了近年来国内外对H13钢成分的改进和发展方面的工作,旨在促进人们能更进一步开展开发、制造和处理H13钢的研究。 关键词:H13钢,化学成分,显微组织,工具钢设计 On the Chemical Composition of H13 Hot Work Tool Steel and It’s Development PAN Xiaohua, ZHU Zuchang Astract: In this paper the authors apply relative theories of alloy steel design for strengthening and toughening and principles of physical metallurgy to the analyses in some detail of the chemical compositions of H13 hot work tool steel and the effects of the ones upon the microstructures and properties. In the next place we explain the improvement and development on the chemical
composition in recent years. The purpose is in order to better prompt an investigation into the development, manufacture as well as heat treatment of H13 steel. Keyword: h13 steel, chemical composition, microstructure, tool steel design 1．前言 热作模具钢要求材料具有高的淬透性、高的高温强度、高的耐磨性、高的韧度、高的抗热裂能力和高的耐熔损性能等。在美国,热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢,都冠以H字母,分别表示为H10~H19、H21~H26和H42、H43等。其中前两种钢的含碳量在(0.30~0.50)﹪范围,后种钢的含碳量在 (0.50~0.70)﹪范围内,三种钢的Cr、W、Mo和V合金元素的总含量在(6~25)﹪范围。 H13钢是使用最广泛和最具代表性的热作模具钢种,它的主要特性是[1]：（1）具有高的淬透性和高的韧性；（2）优良的抗热裂能力，在工作场合可予以水冷；（3）具有中等耐磨损能力，还可以采用渗碳或渗氮工艺来提高其表面硬度，但要略为降低抗热裂能力；（4）因其含碳量较低，回火中二次硬化能力较差；（5）在较高温度下具有抗软化能力，但使用温度高于540℃（1000℉）硬度出现迅速下降（即能耐的工作温度为540℃）；（6）热处理的变形小；（7）中等和高的切削加工性；（8）中等抗脱碳能力。更为令人注意的是,它还可用于制作航空工业上的重要构件。
冷作模具钢的选材与热处理 镇江船艇学院黄晓艳刘源 镇江高等专科学校刘波 【摘要】在模具制造中，合理地选材与正确制定热处理工艺是至关重要的，它直接关系到产品的质量及经济效益。本文分析了冷作模具钢的工作条件及失效形式，提出能满足冷作模具钢工作条件的性能要求，再选择适用的材料并进行相应的热处理，以保证其性能要求。 【关键词】冷作模具钢；选材；热处理 冷作模具钢用来制造在冷态下使金属塑性变形的模具，如冲裁模、冷镦模、剪切模、拉丝模等。如何合理的选择冷作模具材料和正确确定热处理方法，以提高模具的使用寿命是生产中最为重要的问题，它直接关系到产品的质量及经济效益。若要正确合理地选择和使用材料，必须了解冷作模具的工况条件及其失效形式，才能较准确地掌握冷作模具材料的主要性能要求，从而选择出合适的材料并制定出合理的冷、热加工工艺路线。本文主要探讨冷作模具钢的选材和热处理工艺。 1 冷作模具钢失效形式与性能要求 冷作模具在工作时，被加工材料的变形抗力较大，模具刃口部位承受很大的压力、冲击力，模具的工作部分与坯料之间产生强烈地摩擦。冷作模具在生产中常见的失效形式有以下几类[1]。 （1）断裂失效。冷作模具承受的载荷大都是以一定冲击速度、一定能量作用下周期性施加的，模具在使用中突然出现大裂纹或发生破损而失效。如冲裁模具崩刃，冷挤压模和冷镦模的凸模断裂，凹模破裂。在冷镦模、冷挤压模工作时，由于成形力大，在金属变形过程中模具表面的瞬时温度很高，造成温度循环，也加速疲劳裂纹产生。 （2）过载失效。材料本身承载能力不足以抵抗工作载荷（包括随机波动载荷）作用引起的失效，包括韧度不足和强度不足两类失效。如凸模的折断、开裂，冷镦、冷挤压凸模中由于材料抗压、弯曲抗力不足，易出现镦头下凹、弯曲变形失效。 （3）磨损失效。模具工作部位与被加工材料之间的摩擦损耗，使工作部位（刃口、凸模）形状和尺寸发生变化引起的失效。如厚板冲裁模刃口、冷镦冷挤模型腔尺寸超差。 根据冷作模具的工作条件及失效形式，冷作模具钢应具有如下基本性能[2～3]： a.高硬度和高耐磨性，工作时保持锋利的刃口，表1列出了对冷作模具硬度的要求。 表1 冷冲模的硬度要求 c.较好的淬透性，保证淬火态有较高的硬度和一定的淬透深度。 d.较好的加工工艺性和成形性，较好的淬火安全性，热处理变形小，在复杂断面上不易淬裂。 2 冷作模具钢的选材及热处理 常用的冷作模具钢有碳素工具钢、低合金工具钢、高铬和中铬冷作模具钢、基体钢和低碳高速钢类冷作模具钢。 2.1 碳素工具钢 碳素工具钢一般选用高级优质碳素工具钢，以改善模具的韧性。根据模具的种类和具体工作条件不
718模具钢 718模具钢，我国牌号3Cr2NiMo是在P20（3Cr2Mo）改进型钢号，品 质上有较大改进，使之填补P20模具钢材的不足，满足P20模具钢材达不到要求的场合。因此除了不能用于有耐腐蚀性要求的塑料模具零件外，目前是应用最广泛的通用型塑料模具钢材的典型钢号。通常被称作“高级”塑料模具钢材，新研制的新钢种往往以它作为对比的典型。出厂状态：ASSAB 718 HB：290-310 交货状态：钢材以退火状态交货。经双方协议，也可以不退火状态交货。 用途 718模具钢用途与P20类型模具钢材相同，但由于淬透性更好，性能更优越，可以制作尺寸大的、高档次的塑料模具成形零件。随着塑料模具的发展，会有更多更好更新的改进型模具钢号出现，我国宝钢的我B30H即为一例。热塑性塑胶注塑模具，挤压模具。热塑性塑料吹塑模具。重载模具主要部件。冷结构制件。常用于制造电视机壳，洗衣机，冰箱内壳，水桶等。 特性 用于大型长寿命塑胶注塑模，如家电制品、电脑外壳等模具。高表面光洁度的塑胶制品模具吹塑模由于硬度高，可用于塑胶模具中的滑块成型工具；视生产需要可施加火焰硬化或氮化处理的模具零件。钢材种类：预硬塑料模具钢材钢材特长：抛光,电蚀,焊补性与切削加工性良好出厂状态：经硬化及回火至HB290-330 真空脱气精炼处理钢质纯净，适合要求抛光或蚀纹加工塑胶模。预硬状态供货，无需在热处理可直接用于模具加工，缩短工期。经锻轧制加工，组织致密，100%超声波检验，无气孔，针眼缺陷。 典型应用举例 a) 大型模具的型板，高表面要求家用电器。b) 适用大型镜面塑料模具，如汽车、家电、音像产品等。c) 可用于镜面抛光度要求的塑胶模具，适合PA、POM、PS、PE、PP、ABS塑料的注塑模、吹塑模。d) 高抛光度及高要求模具型腔。 化学成分 元素 C Si Mn Mo Cr Ni 标准 含量（%） 0.28~0.4 0 0.20~0.8 0.60~1.0 0.30~0.5 5 1.40~ 2.0 0.80~1.2 YB/T127 -1997 加硬处理 为提高模具寿命达到80万模次以上，可对预硬钢实施淬火加低温回火的加硬方式来实现。淬火时先在500-600℃预热2-4小时，然后在850-880℃保温一定时间（至少2小时），放入油中冷却至50-100℃出油空冷，淬火后硬度可达50-52HRC，为防止开裂应立即进行200℃低温回火处理，回火后，硬度可保持48HRC 以上 氮化处理 氮化处理可得到高硬度表层组织，氮化后的表层硬度达到650-700HV （57-60HRC）模具寿命可达到100万次以上，氮化层具有组织致密，光滑特点，模具的脱模性及抗湿空气及碱液腐蚀性能提高。
常用模具钢类别与特点 模具钢大致可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢3类，用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢，按其所制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。由于这类用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢的性能要求也不同。 冷作模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦模和冷挤压模等。冷作模具有钢，按其所制造具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢，碳质量分数在0.80%以上，铬是这类钢的重要合金元素，其质量分数通常不大于5%。但对于一些耐磨性要求很高，淬火后变形很小模具用钢，最高铬质量分数可达13%，并且为了形成大量碳化物，钢中碳质量分数也很高，最高可达2.0%~2.3%。冷作模具钢的碳含量较高，其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢类有高碳低合金钢、高碳高铬钢、铬钼钢、 中碳铬钨钏钢等。 热作模具分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型，包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外，还要承受反复受热和冷却的做用，而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外，还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀性，此外还要求具有较高的淬透性，以保证整个截面具有一致的力学性能。对于压铸模用钢，还应具有表面层经反复受热和冷却不产生裂纹，以及经受液态金属流的冲击和侵蚀的性能。这类钢一般属于中碳合金钢，碳质量分数在0.30%~0.60%，属于亚共析钢，也有一部分钢由于加入较多的合金元素（如钨、钼、钒等）而成为共析或过共析钢。常用的钢类有铬锰钢、铬镍钢、铬钨 钢等。 塑料模具包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有一定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。此外，还要求具有良好的工艺性，如热处理变小、加工性能好、耐蚀性好、研磨和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好和工作条件尺寸