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冷作模具钢热处理的目的是什么？模具热处理实际上是指模具零件的热处理。
冷作模具种类较多，主要有冷冲裁模、冷镦模、冷挤压模具、冷拉深拉丝模等，由于形状结构差异性较大，工作条件和性能要求不一，除了要选用合适的材料外，还应选择最佳热处理工艺，用以满足模具服役性能要求，提高模具的使用寿命。
一、冷作模具基本热处理工艺冷作模具一般要求具有高的耐磨性、一定的硬度和硬化层深度，足够的强度和韧性。
因此冷作模具的基本热处理工艺如下1．预备热处理冷作模具在锻后必须进行球退火，以消除锻坯的锻造应力，改善组织和降低硬度，以便机械加工并为最终热处理作发组织准备。
2．高温回火或去应力退火为消除机械加工中产生的应力，减少最终热处理变形，常在机械加工之后安排去应力退火或调质处理。
为使线切割后应及时进行再回火，回火温度不应高于淬火后的回火温度，在高温回火时为防止模具氧化脱碳，应采用保护气氛或防氧化脱碳措施。
3．冷作模具的淬火淬火是冷作模具最终热处理中的重要操作，它对模具的使用性能影响极大，应特别给予重视。
主要要注意以下几点：1）应对模具材料进行确认并检查模具表面有无擦伤、裂纹等缺陷。
2）根据模具的形状，估计模具的文治武功趋势，作各种堵塞、捆绑或包扎，使能均匀地进行加热与冷却。
3）合理选择淬火加热温度。
既要使奥氏体固溶一定的合金元素和碳，以保证模具的淬透性、淬硬性、强度和热硬性，又要有适当的过剩碳化物，以细化晶粒，提高模具的耐磨性和保证模具具有一定的韧性。
同时要考虑模具的温度高低对变形的影响，及加热过程中的预热。
4）合理选择淬火加热保温时间。
一般模具淬火加热可根据加热设备采取经验公式计算保温时间。
但实际热处理操作时，应考虑模具零件的具体情况。
特别是复杂模具要综合考虑各种影响因素，并通过试验来确定最佳淬火保温时间。
5）合理选择淬火冷却介质。
高合金冷作模具钢其淬透性好，并为了减少热处理变形和开裂，在满足模具技术要求的情况下尽可能选择较缓慢的冷却介质淬火，如气冷、油冷、盐浴、分级淬火和等温淬火等。
冷作模具钢及其热处理的措施_模具钢热处理工艺（1）高的硬度和耐磨性，工作时保持锋利的刃口；（2）较高的强度和韧性，工作时刃部不易崩裂或塌陷；（3）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；（4）较好的加工工艺性能，热处理变形小，在复杂断面上不易淬裂。
1、2冷作模具钢的化学成分特点（1）高碳：碳的质量分数一般在1%左右，个别达2、0%，以保证高硬度和高耐磨性。
（2）高合金：常用的合金元素有Cr、Mn、Mo、W、V等。
Mn、Cr等能提高淬透性，碳化物形成元素能形成难溶碳化物，细化晶粒、提高耐磨性。
1、3常用冷作模具钢的种类冷作模具钢使用的钢材分为：碳素工具钢、低合金工具钢、高铬及中铬模具钢、基体钢、高速钢等。
（1）碳素工具钢和低合金工具钢：碳素钢一般选用高级优质碳素工具钢，以改善模具的韧性。
对耐磨性要求较高、不受或受冲击较小的可选用T13A、T12A；对受较大冲击的模具则应选择T7A、T8A；而对耐磨性和韧性均有一定要求的模具（如冷镦模）可选择T10A。
优点是加工性能好、成本低；缺点是淬透性低、耐磨性欠佳、淬火变形大、使用寿命低。
故一般只适合制造尺寸小、形状简单、精度低的轻负荷模具。
（3）低合金工具钢常用的钢号有9Mn2V、9SiCr、CrWMn和滚动轴承钢GCrl5。
优点是低合金工具钢具有较高的淬透性、较好的回火稳定性、较好的耐磨性和较小的淬火变形，综合力学性能较好。
缺点是网状碳化物倾向较大，因韧性不足而可能导致模具的崩刃或折断等早期失效。
常用于制造尺寸较大、形状较复杂、精度较高的低中负荷模具。
（4）高铬和中铬冷作模具钢：是一种专用的冷作模具钢，具有更高的淬透性、耐磨性和承载强度，且淬火变形小，广泛用于尺寸大、形状复杂、精度高的重载冷作模具。
高铬模具钢Crl2型常用的有三个牌号：Crl2和Crl2MoV、Crl2Mo1V1。
Crl2钢的ωC高达2、0%～2、3%，属莱氏体钢。
它具有优良的淬透性和耐磨性，但韧性较差，多用于小动载条件又要求高耐磨或形状简单的拉伸模和冲裁模，在正确设计的情况下可以冲压厚度小于6mm的钢板。
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。
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
分数一般都在0．60％以上。
1．2模具的韧性
模具材料的韧性，要根据模具t作条件来决定，对于受强烈冲击载荷的模具，如冷作模具的冲裁模、冷镦模具等，困受冲击载荷较大，需要高的韧性；对于一般工作条件下的冷作模具的失效形式是疲劳断裂，因此模具不必具有过高的冲击韧度值。
1．3模具的强度
模具的强度即模具零件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。
强度指标是冷作模具设计和材料选择的重要依据，主要包括：拉伸屈服点、压缩屈服点等。
屈服是衡量模具零件塑性变形抗力的指标，也是最常用的强度指标。
为了获得高的强度，模具制造过程中，要选择合适的模具材料，并通过适当的热处理工艺来达到其要求。
1．4模具的抗疲劳性能
冷作模具通常是在交变载荷的作用下发生疲劳破坏的，因此为了提高模具的使用寿命，需要有较高的抗疲劳性能。
导致模具疲劳的因素有：钢中带状和网状碳化物、粗大晶粒；模具表面有微小刀痕、p1槽及截面尺寸变化过大和表面脱碳等。
1．5模具的抗咬合性
当冲压R材料与模具表面接触时，在高压摩擦下润滑油膜被破坏，此时被冲压金属“冷焊”在模具型腔表面形成金属瘤，从而在工件表面划出痕迹。
咬合抗力就是对发生“冷焊”的抵抗力。
2.模具的工艺性能要求
2. 1可锻性
锻造不仅减少了模具材料的棚械加工余量，节约钢材，而且改善模具材料的内部缺陷，如碳化物偏析、减少有害物质、改善钢的组织状态等。
为了获得良好的锻造质鼍，对可锻造的要求是：热锻变形抗力低、翅性好、锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及网状碳化物的倾向性小。
2．2可加工性
对可加工性的要求是：切削力小，切削量大，刃磨损小以及加工后模具表面光洁。
冷作模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢，大多数切削加工比较困难，为
了获得良好的切削加工性，需要进行热处理，对于表面质量要求高的模具可选用含S，Ca等元素的易切削模具钢。
2．3可磨削性
为了保证模具具有较好的表面粗糙度和尺寸精度，大部分模具都必须经过磨削加工。
对可磨削性的要求是：对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤和磨裂，如加强模具钢的磨削性，可以通过在炼钢过程中加变剂(如蛳，ca，稀土元素等)。
2．4热处理工艺性
热处理工艺性能主要包括：淬透性，淬硬性，耐回火性，过热敏感性化脱碳倾向，淬火变形和开裂倾向等。
2．4．1淬透性和淬硬性
淬透性主要取决于钢的化学成分、合金元素含量和淬火前的组织状态。
淬透性好的模具钢淬火时采用较温和的冷却介质，就可以获得较深的硬化层。
对于形状复杂的小型模具，采用淬透性的模具钢制造以减少模具的变形和开裂；对于大截面，深型腔模具，选用高淬透性钢制造，淬火后心部也台匕得到良好的组织和硬度。
淬硬性主要取决于钢的含碳量，所以对要求耐磨性高的冷作模具，一般选用高碳合金钢制造。
2．4．2耐回火性
耐回火性是在回火过程中随着温度的升高，钢抵硬度下降的能力。
回火温度相同，硬度下降少的钢耐回火性好。
耐回火性越高，钢的热硬性越高，在相同的硬度下，其韧性也较好。
—般对于受到强烈挤压和摩擦的冷作模具，也要求模具材料具有较好的耐回火性。
2．4．3过热敏感性
模具在加热过程中，过热现象会得到粗大的马氏体，降低模具的韧性，增加模具早断裂的危险，所以冷作模具钢有过热倾向要求。
2．4．4氧化脱碳倾向
模具在加热过程中如果发生现氧化脱碳现象，就会改变模具的形状和性能，严蕈降低模具的硬度、耐磨性和使用寿命，使模具早期失效，所以要求冷作模具的氧化脱碳倾向小。
对于容易发生氧化脱碳的含钼量较高的模具钢。
宜采用真空
热处理、可控氛热处理、盐浴热处理等，以避免模具钢氧化脱碳。
2．4．5淬火变形和开裂倾向
模具钢淬火变形、开裂倾向与材料成分及原始组织状态，工件几何形状，热理工艺方法及参数等都有很大关系，模具设计选材时必须加以考虑。
特别是—些形状复杂的精密模具，淬火后难以修整，这就要求材料淬火、回火后的变形程度小，—般应选择微变形钢。
3.冷作模具材料的选用
合理地选用模具材料并进行精确的成形加工和适当的热处理，能够有效的提高模具使用寿命。
例如，对于形状简单，不易变形，截面不大，承受载荷较轻的冷作模具，常选用碳素工具钢鸭，1"9，T10，T11等和高碳低合金钢9Mn2V，CrWMn，Cr2等制造；对于形状复杂，容易变形，截面较大，承受载荷较大的冷作模具，宜选用高耐磨模具钢Crl2，Crl2MoV，Cr4W2V，Cr2Mn2SiWMoV等制造；对于承受大冲击载荷的冷作模具，常选用冲击韧性较高的模具钢4Cr4MoSiVACr5MoSiVl,SCrNiM04CrMnSiMoV,7CrSiMnMoV等制造。
要求使用寿命较长的硅钢片冷冲模，无论承受轻载荷或重载荷，一般都选用Crl2，Crl2MoV，c 讲w2MoV，Cr2Mn2SiwMoV钢制造。
在选用模具材料时，往往需要考虑生产批量。
生产批量小或中等的，常选用碳素工具钢或高碳低合金模具钢；而生产批量
大的则宜选用高耐磨模具钢。
鉴于冲头与凹模的工作条件和使用性能要求存在着差别，所选用的钢材也有所不同。
例如，冷挤压钢件和硬铝件时，凹模常选用Crl2，Crl2MoV钢；为了延长冲头的使用寿命，则可选用高速工具钢W18Cr4V，W6MoSCr4V2，W12M03Cr4V3N 钢。
如果冲头同样选用Crl2，Crl2MoV钢，则其使用寿命低，一般仅为凹模的一半或更低【4】。
表2常用冷作模具钢的牌号、热处理、性能和用途
4．结束语
模具材料的选择要考虑优点和制约的平衡，需要和可能的平衡，结果产生有各种不同的结果。
在现实生产中，根据模具的工作条件和失效形式来考虑材料使用性能，根据工厂的设备来考虑材料的工艺性能，根据市场的需求和反映，并综合考虑材料的价格等非技术方面因素。
合理选取模具材料及实施正确的热处理工艺是保证模具寿命的关键。
影响冷作模具的使用寿命是一个综合的因素；原材料选择的合理性、原材料内部的冶金质量、设计和制造工艺的合理性、使用条件和操作工人的技术水平等。
但其中模具材料的选用和相应的热处理工艺是重要因素。
据调查，在所有的模具失效因素中，模具的材料和热处理约占70%的比例，成为影响模具寿命的主要因素。
因此，在模具的整个设计制造过程中，模具材料的选用和热处理工艺是否适当显得尤为重要。
