国内外模具用钢发展概况
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国内外模具用钢发展概况
崔昆（华中科技大学塑性成形模拟及模具技术国家重点实验室，湖北摘要：我国模具工业近年来以每年巧％左右的速度快速发展，２００５年模具销售额６１０亿元，武汉４３００７４）
模具净进口，总量为１３．３亿美元。目前，我国的模具技术及模具寿命与一些工业发达国家相比，仍存在较大差距。正确的模具用材及其热处理在提高模具寿命中有重要作用。本文介绍了国内外冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢的发展概况、最新进展及我国模具钢发展中存在的问题和对策。关键词：模具用钢发展；冷作模具钢；热作模具钢；塑料模具钢中图分类号：ＴＧ１４２．４５文献标识码：Ａ文章编号：０２５４石０５１（２００７）０１刁０（）１・１１ ＤｅｖｅｌｏＰｍｅｎｔｏｆＤｉｅａｎｄＭｏｕｌｄＳｔｅｅｌｓａｔＨｏｍｅａｎｄＡｂｒｏａｄ ＣＵＩＫｕｎ （ＳｔａｔｅＫｅｙＵｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｅｓＴｅｃ１１ｎｏｆｏｇｙ泪队出上。ｎｇＵｌ１ｉＶｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａＩｉｄＴｅｃ１１Ｉｌｏｆｏｇｙ，ＷｕｈａｎＨｕｈｅｉ４３０价４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｅａｎｄｍｏｕｌｄｉｎｄｕｓｔ叮ｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｖｅ仃ｆａｓｔｉｎＣｈｉｎａｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓｗｉｔｈａｎａｎｎｕａｌｉｎｃｒｅａｓｅｒａｔｅａｂｏｕｔ１５％．Ｉｎ２００５，ｔｈｅｔｏｔａｌｓａｌｅｓｏｆｄｉｅａｎｄｍｏｕｌｄｉｎｄｕｓｔ叮ｉｎＣｈｉｎａｒｅａｃｈｅｄ６ｌｂｉｌｌｉｏｎＲＭＢ，ｎｅｔｉ卿ｏｒｔｓｏｆｄｉｅｓａｎｄｍｏｕｌｄｓｔｏｔａｌｅｄｌ．３３ｂｉｌｉｏｎＵＳ￥．Ａｔｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅｄｉｅａｎｄｍｏｕｌｄｔｅｃｈｎｏｌｏ罗ａｎｄｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｄｉｅｓａｎｄｍｏｕｌｄｓｉｎＣｈｉ－ｎａｓｔｉｌｌｈａｖｅａｌａｒｓｅｇ即ｃｏ呷ａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｄｕｓｔ叮ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ．Ｔｏｈａｖｅｒｉｇｈｔｄｉｅａｎｄｍｏｕｌｄｍａｔｅｒｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｎｄｐｒｏｐｅｒｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｌａｙｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｓｉｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｌｉｆｅｏｆｄｉｅｓａｎｄｍｏｕｌｄｓ．Ｔｈｅｇｅｎｅｒ－ａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏＰｍｅｎｔａｎｄｔｈｅｌａｔｅｓｔｐｒｏｓｒｅｓｓｏｆｃｏｌｄｗｏｒｋｄｉｅｓｔｅｅｌｓ，ｈｏｔｗｏｒｋｄｉｅｓｔｅｅｌｓ，ａｎｄｐｌａｓｔｉｃｍｏｕｌｄｓｔｅｅｌｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄ，ａｎｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｄｉｅａｎｄｍｏｕｌｄｓｔｅｅｌｓｉｎＣｈｉｎａａｎｄｔｈｅｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｕｓａｇｅｏｆｄｉｅａｎｄｍｏｕｌｄｓｔｅｅｌｓ；ｃｏｌｄｗｏｒｋｄｉｅｓｔｅｅｌｓ；ｈｏｔｗｏｒｋｄｉｅｓｔｅｅｌｓ；Ｐｌａｓｔｉｃｍｏｕｌｄｓｔｅｅｌｓ
一之一育
世纪８０年代以来，我国模具工业发展迅速，近
年以每年巧％左右的速度快速发展。２００５年我国模具销售额６１０亿元，比２００４年增长２５％。模具净进口总量为１３．３亿美元，进口模具主要是高档模具，其中塑料模具占４６％、冲压模具占４４％。目前，我国的模具技术及模具寿命与一些工业发达国家相比，仍存在较大差距。提高我国模具使用寿命有很大的潜力，并将带来巨大的经济效益。 影响模具使用寿命的因素主要有设计结构、成形及制造工艺、模具材料的选用、热处理工艺及表面强化、润滑及使用维护等。据调查统计，在模具失效的诸多因素中，由于模具用材和热处理不当而引起的失效约占７０％。由此可见，正确的模具用材及其热处理在提高模具寿命中的重要作用。 ２０世纪６０年代以来，在国家有关部委的支持下，作者简介：崔昆（１９２５．０７一），男，山东济南人，教授，中国工程院院士，主要从事高性能新型模具钢的开发与应用、夹杂物工程、高性能Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）基金属陶瓷、激光熔覆基础理论等方面的研究，获得省、部委级以上奖励巧项，其中国家发明奖二、三、四等奖各１项，在国内外学术刊物上发表论文２５０余篇。联系电话：０２７一７５４２４１０收稿日期：２００６刁８一０我国科技工作者和模具钢生产企业结合国情，开发出不少新模具钢，一些使用性能优异、工艺性能也比较好的新钢种受到模具制造和使用单位的欢迎。在此期间也引进了一些国外通用钢号，有些钢号通过生产试用，取得良好的效果「‘１。对一些使用效果较好的冷作模具钢和热作模具钢，有关部门还分别组织了性能对比试验研究，提出了选择和应用的建议仁２“〕。可以认为，我国已建立了较完整的模具钢钢种系列，其中一些钢的性能优异，达到国际先进水平。１冷作模具钢 目前，我国常用的冷作模具钢仍是ＣｒＷＭｎ低合金工具钢和ＣｒｌＺＭｏＶ、Ｃｒ１２高碳高铬工具钢等钢材。ＣｒＷＭｎ钢具有适当的淬透性和耐磨性，热处理畸变小，但锻后需较严格地控制冷速，否则易形成网状碳化物，导致模具在使用中崩刃和开裂。高碳高铬工具钢具有高的耐磨性，但其碳化物偏析较严重，特别在规格尺寸较大时，反复墩拔收效不大，导致变形的方向性和强韧性的降低。１９８１年，我国引人国际通用的ＤＺ（Ｃｒ１２Ｍｏ１ＶＩ）高碳高铬工具钢，与ＣｒｌＺＭｏＶ钢相比，ＤＺ钢的碳化物偏析略有改善，强度与韧性稍有提高，模具的使用寿命亦有不同程度的提高［４〕。高速钢有更高的耐磨性和强度，常用于制作模具，但其韧性不能满足复杂、大型和受冲击负荷大的模具的需要。为了
引２００
《金属热处理》２００７年第犯卷第１期改善这类钢的强韧性，国内外开发了一些新的冷作模具钢。１．１低合金冷作模具钢
低合金冷作模具钢的主要特点是工艺性好，淬火温度低，热处理畸变小，强韧性好，并具有适当的耐磨性。表１为低合金冷作模具钢的化学成分，其中０１为国际通用的低合金冷作模具钢。在钢中加铬或锰可提高淬透性，并使钢在淬火和低温回火后保留一定量的残留奥氏体，减少畸变；加人硅或镍可使基体强韧化，并提高回火抗力，在相同硬度下，比其他同类钢有更高的强韧性；加人钥或钒可细化晶粒。表２为高韧性低合金冷作模具钢和其他冷作模具钢的强韧性结果对比。ＧＤ钢（６ＣｒＭｎＮＩＭｏＶＳｉ钢）经９００℃淬火和２００℃回火后仍保持适量（二１４％）的稳定的残留奥氏体，未溶碳化物均匀细小，有利于减少畸变和提高钢的强韧性，而且ＧＤ钢热处理后畸变小于ＣｒＷＭｎ钢的，用于制作易崩刃断裂的冷冲模具有高的使用寿命［’〕。
ＤＳ钢是一种高韧性耐冲击冷作模具钢，主要用于制作耐冲击的剪切、冲压、冲孔等模具，有高的使用寿命困。Ｄｓ钢经９０℃淬火和２０℃回火后有高的强
韧性，特别是冲击韧度高，显著优于常用的高韧性刀片 表１一些低合金冷作模具钢的化学成分（质量分数，％） Ｔａｂｌｅ１ＣｈｅＩｕｌｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｏｍｅｌｏｗａｌｏ扣ｎｇ ｃ０ｌｄｗｏｒｋｄｉｅｓｔｅｌｓ（ｗｔ％）
钢号ＣＣｒＭｏＶＳｉ０．竺０．２５０．１８０．２００．７００．６５
Ｍｎ０．８５０．８５０．９５０．８５０．８５０．５０１．４００５０用６ＣｒＷＺＳｉ工具钢。ＧＯ４和ＡＣＤ３７为空冷微变形钢，具有高的淬透性，热处理工艺简便，只需低温加热、空冷淬火和低温回火，可获得６０一６２ＨＲＣ，有较好的耐磨性和韧性。１．２火焰淬火钢 目前国外主要是日本在汽车等生产线上用的模具零件，部分采用火焰表面淬火工艺，并研制出一些主要供火焰表面淬火用的冷作模具钢，如爱知制钢的ＳＸ１０５Ｖ、ＳＸ４、ＳＸＳ，大同特钢的ＧＯＳ，日立金属的ＨＭＤ一１和ＨＭｎ一５［７〕。瑞典开发的ＡｓｓＡＢ６３５也是一种可进行火焰淬火的冷作模具钢。我国研制了一种与日本ＳＸ１０５Ｖ成分相似的火焰淬火钢７ＣｒｓｉＭｎＭＯＶ（简称ｃＨ）［’川。火焰淬火钢应具有较宽的淬火温度范围（１０一２５０℃）、良好的淬透性及强韧性和耐磨性。火焰淬火时应加热模具刃口切料面，淬火前模具一般经１８０￣２００℃预热１一１．ｓｈ，再用喷枪加热至９００－１００℃，可用火焰加热回火。淬火后硬度一般在６０ＨＲＣ以上，可得到厚度在１．ｓｍｍ以上的淬硬层，畸变量一般只有０．０２％一０．０５％，硬化层下又有一个高韧性的基体做衬垫，在工作过程中刃口不易发生开裂、崩刃等现象，表层还有一定的压应力，从而使模具获得较高的使用寿命。表３为一些火焰淬火钢的化学成分。一些火焰淬火钢也可以采用一般的淬火和回火工艺，用作冷作模具。 表３一些火焰淬火钢的化学成分（质皿分数，％） Ｔａｂｌｅ３Ｃｈｅ功ｉｃａｌｃ姗ｐ“ｉＵ朋ｏｆｓｏｍｅｎａｍｅ ｈａｒｄｅ亩ｎｇｄｉｅｓｔｅｅｌｓ（ｗｔ％）钢号ＣＣｒＭｏＶＳＩＭｎ ｎＵＯ忧比绷积１．００１．０娜０８０ ００ｌｏｏｌ．００５０４Ｅ０．４１．ｏｏｌ００．９５０３５２０６５００１０弓．‘．１，｝勺‘ＧＤＤＳＣｒＷＭｎ０ｌ月Ｈ５６（俄）Ｇｏ４（大同）ＡＣＤ３７（日立）０．２００．１５巧巧０５５０３５００１．２０１４Ｏ５０，．１，１‘胜‘ｎ目山且１０．６９０．５９０．９８０．９５０．６６０．８５０。８５ 表２高韧性低合金冷作模具钢和其他一些 冷作模具钢的强韧性对比Ｔａｂｌｅ２Ｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔ０ｕｇｈｎｅｓｓＯｆｓｏｍｅｌ０ｗａＩ０ｙｉｎｇ ｃｏ】ｄｗｏｒｋ山ｅｓｔｅｅｌｓｉｎｃｏｍＰａｒｉｓｏｎ们ｔｈ ｏｔｈｅｒｃｕｌｄｗｏｒｋ山ｅｓｔｅｅｌｓ
ＣＨＳＸ１０５（爱知）ＳＸ４（爱知）ＳＸＳ（爱知）Ｇｏｓ（大同）ＨＭＤ一１旧立）ＨＭＤ一（日立）ＡＳＳＡＢ６３５（瑞典）
０．７００．７０１。３０１．３００．７０１．０５０．７００．６０１．０５１．００７．５０７．５０２．００３．５１．１５４．５００．３５１．０００．５５蕊０．５００．５００．３５ ０．１０．１５蕊０．５００．２０
钢号口ｂｂ／ＭＰａ４２４８４５０２４２５８４０５２３７７７３８３５４５０８５５５７２５８０４４６６氏。／ ａＫ／Ｊ・ｃｍ一２ Ｋｌｃ／ＭＰａ・ｍｌ八硬度ＨＲＣ１上
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《金属热处理》２００７
１．３基体钢 基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体化学成分相同的钢，表４为一些基体钢的化学成分。美国在２０世纪兀年代初研究的ＶａｓｃｏＭＡ、ＶａｓｃｏＭａｔｒｉｘｌ基体钢，相当于ＭＺ和Ｍ３６高速钢的基体。日本近年开发的基体钢有ＭＨ８５（大同）、ＹＸ形３（日立）［’〕。我国也研制了一些基体钢，如６５Ｃ抖Ｗ３ＭｏＺＶＮｂ（简称６５Ｎｂ）钢［８］、砧桃ｃ衅ＶＴｉ（简称ＬＭＩ）钢、６５Ｃ巧Ｍ心ＷＺｖｓｉＴｉ （简称Ｌ姐）钢。我国开发的几种基体钢的主要成分相 当于高速钢淬火组织中的基体，但含碳量稍高于基体年第３２卷第１期
