目录：

1.模具钢简介…1

2.模具钢的分类…1

3.模具钢的性能要求…1

3.1 强度特性...1

3.11 强度 1

3.12 红硬性...1

3.13 抗压屈服强度和抗压弯曲强度 1

3.2 韧性1

3.3 耐磨性...2

3.4 抗热疲劳性...2

3.5 咬合阻力...2

4.模具钢的开发及应用…2

4.1冷作模具钢的发展...2

4.11高强韧耐磨钢...2

4.12高速钢基体钢……3

4.13低合金冷作模具钢...3

4.14无磁高强度模具钢...3

4.2热作模具钢的发展... 3

4.21大断面热锻模具钢...4

4.22中小型热锻模具钢...4

4.23压铸模具钢...4

4.24铜铝型材热挤压模具钢…4

4.3 塑料模具钢的发展...5

4.31预硬塑料模具钢...5

4.32时效硬化塑料模具钢...5

4.33耐腐蚀塑料模具钢...6

4.34非调质塑料模具钢...6

1.模具钢材简介

模具钢是用来制造冷冲压模、热锻模、压铸模和其他模具的一类钢。

无线电仪表、电机、电器等工业部门制造零件的主要加工工具。模具的质量直接影响到

它直接影响压力加工工艺的质量、产品的精度及生产成本，模具的质量与产品的使用密切相关。

影响使用寿命的因素除了合理的结构设计和加工精度外，模具材料和热处理也是影响使用寿命的主要因素。

2、模具钢的分类

模具钢大致可分为三类：冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。

成型、冲压、切割、压铸等。

冷作模具包括冷冲模、拉丝模、拉拔模、压花模、搓丝模、搓丝板、

冷镦模具、冷挤压模具等。冷作模具钢，用于此类用途的合金工具钢一般属于

高碳合金钢是指碳的质量分数在0.80%以上的钢，铬是该类钢中重要的合金元素。

质量分数通常不大于5%。但对于一些耐磨性要求高、淬火后变形较小的模具，

工具钢中铬的质量分数最高可达13%，为了形成大量的碳化物，钢中的碳质量

冷作模具钢含碳量较高，其组织多为

它们属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢种有高碳低合金钢、高碳高铬钢、

铬钼钢、中碳铬钨钢等。

热作模具主要分为锤锻、模锻、挤压和压铸等几种类型，其中热锻模具，

压锻模具、冲压模具、热挤压模具及金属压铸模具等。该类钢一般为中碳合金。

金钢，含碳质量分数为0.30%～0.60%，属亚共析钢。有的钢中还添加

加入更多合金元素（如钨、钼、钒等）则成为共析钢或过共析钢。常用钢种

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。

3、模具钢的性能要求

3.1 强度特性

3.11硬度：硬度是模具钢的主要技术指标。

为了保持其形状和尺寸不变，它必须具有足够高的硬度。

硬度一般保持在HRC60左右，热作模具钢根据其工作条件，一般要求保持在HRC60左右。

HRC40~55范围。

3.12红硬性：在高温下工作的热作模具，要求能保持其组织和性能。

稳定，从而保持足够高的硬度，这种性质称为红硬性。

金工具钢通常在180~250℃的温度范围内能保持这种性能，铬钼热作模具钢

一般在550~600℃温度范围内保持此性能，钢的红硬性主要取决于

化学成分和热处理工艺。

3.13抗压屈服强度、抗压弯曲强度：模具在使用过程中经常要承受强度。

模具材料应具有一定的抗压强度和抗高压、抗弯曲能力。

弯曲强度。

3.2 韧性

模具在工作过程中，要承受冲击载荷，为了减少使用过程中的破损，

崩裂形式的损坏需要模具钢具有一定的韧性。

模具钢中的化学成分、晶粒大小、纯度、碳化物和夹杂物的数量和形状。

模具钢的外观、尺寸、分布，以及模具钢的热处理制度和热处理后得到的金属。

相结构等因素对钢的韧性有很大影响。特别是钢的纯净度和热加工

变形条件对其横向韧性的影响更为明显。

3.3 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。

模具在运行过程中要承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能保持其

尺寸精度。模具的磨损主要分为三种：机械磨损、氧化磨损和熔融磨损。

为了提高模具钢的耐磨性，必须保持模具钢较高的硬度，保证钢的

碳化物或其他硬化相的成分、形貌和分布比较合理。

3.4 抗热疲劳性能

热作模具钢除了要承受周期性变化的载荷外，还要承受较高的

温度和周期性的快速冷却和加热，因此，在评价热作模具钢的抗断裂性能时，应注意

材料的热机械疲劳断裂性能。热机械疲劳是材料的一项综合性能指标，包括

三个方面：热疲劳性能、机械疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性。

热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹产生之前的工作寿命。

对于能量较高的材料，引发热疲劳裂纹所需的热循环次数较多；机械疲劳裂纹扩展速率

反映材料热疲劳裂纹萌生后，在锻造压力作用下，裂纹向内扩展。

每个应力循环的扩张量；断裂韧性反映材料引起现有裂纹不稳定扩张的能力。

对于具有高断裂韧性的材料，要经历不稳定的裂纹扩展，必须

尖端具有足够高的应力强度因子，即裂纹长度必须很大。

在恒定的前提下，模具中已经存在疲劳裂纹。如果模具材料断裂

裂纹韧性值越高，裂纹在发生不稳定扩展之前必须延伸得越深。

3.5 咬合阻力

抗咬合力其实就是在“冷焊”发生时抵抗力，这个性能对于模具材料来说更为重要。

测试通常在干摩擦条件下进行，将要测试的工具钢样品放在

材料（如奥氏体钢）受到恒速双重摩擦运动，以一定的速度逐渐增加。

载荷，此时扭矩也相应增大，这种载荷称为“咬合临界载荷”，临界载荷

值越高，抗咬能力越强。

4、模具钢的开发与应用

4.1冷作模具钢的发展

对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

疲劳寿命长、抗擦伤、抗卡死性能好、工艺性能优良。

常用的冷作模具钢有：碳素工具钢T1OA，合金工具钢9SiCr、9Mn2V、CrWMn，

Cr6WV​​、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si；高速工具钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2；轴承钢

GCr15；弹簧钢60Si2Mn、渗碳钢20Cr、12CrNi3A；不锈钢3Crl3等。

最大的是Cr12，Cr12MoV，T10A，CrWMn，9SiCr，9Mn2V，GCr15，60Si2Mn和

W18Cr4V。为满足生产要求，我国相继研究开发了一系列新型冷作模具钢。

4.11高强韧耐磨钢

Cr12系列冷作模具钢是应用较为广泛的钢种，具有良好的淬硬性和耐磨性。

但共晶碳化物偏析严重，韧性差，淬火后异常变形较大。

为了克服该钢的性能缺陷，我国开发了一些高强耐磨钢，如7Cr7Mo2V2Si（代号LD）、

Cr8WmoV3Si（代号ER5）、9Cr6W3Mo2V2（代号GM）、Cr8MoV2Ti、80Cr7Mo3W2V

该类钢与Cr12、Cr12MoV相比，碳、铬含量较低，改善了碳化物的不均匀性。

提高韧性；适当增加W、Mo、V等合金元素的含量，从而提高二次硬度。

化学能力强，耐磨性提高。

Cr8MoWV3Si，代号ER5，兼具较高的强度和韧性，且具有突出的耐磨性。

钢中在回火过程中弥散析出的特殊碳化物使ER5比Crl2系列钢具有更高的强度和韧性。

ER5钢适合制造能承受大冲击力和高冲击速度的精密零件。

冷冲、重载冷冲等要求高耐磨性的冷作模具。

4.12高速钢基体钢

高速钢基体钢具有与普通淬火高速工具钢相当的基本成分。

碳化物过量5%左右，再适当增加或减少某些元素的含量。

高速钢的基体钢有：65Cr4W3Mo2VNb（简称65Nb）、60Cr4Mo3Ni2WV（代号CG-2）、

5Cr4Mo3SiMnVA1（代号O12A1）、65W8Cr4VTi（代号LMI）、65Cr5Mo3W2VSiTi（代号

LMZ号）等

4.13低合金冷作模具钢

国内开发的低合金冷作模具钢主要有7CrSiMnMoV(代号CH)、6CrMnNiMoVSi

（代号GD）、6CrMnNiMoVWSi（DS）、CrNiWMoV等。该类钢淬透性好，淬火温度为

温度低，热处理变形小，价格低廉，强度和韧性结合好，适合制造精密

复杂的模具。

6CrMnNiMoVSi，代号为 GD，镍含量比 CH 钢高出约 0.85%，可进一步增强强度和韧性

该钢淬火温度范围较宽，淬透性好，也可采用火焰加热、空气冷却淬火。

韧性好。用于制作易崩损、断裂的冷冲模时，模具寿命较长。

4.14 无磁高强度模具钢

电子行业有些磁性元件需要用无磁模具生产，7Mnl5Cr2A13V2WMo钢

磁导率很低，强度和耐磨性也很好，但切削加工困难。

模具钢有18Mn12Cr18NiN(代号A18)、8Mnl5Cr18(代号WCG)、50Mnl8Cr4WN(代号

50Mn磁导率较低（μ<1.1H/m），强度较高，加工性能良好。

经1020-1070℃固溶处理（水冷）后硬度达HRC30左右。

经10℃时效后，硬度升高至HRC35左右。

4.2热作模具钢的发展

热作模具一般分为热锻模、热挤压模、压铸模和落料模。

3Cr2W8V、3Cr2W8V仍是热作模具钢中应用最广泛的钢种，5CrNiMo主要用于厚度300～

400mm大中型锻模，5CrMnMo适用于厚度250mm以下的小型锻模。

在较大的横截面或较高的温度下，这两种钢具有不同的淬硬性、热稳定性、热疲劳和耐磨性。

3Cr2W8V具有较高的高温强度，但该钢抗热疲劳性能差，韧性较低。

压铸模具和铝、铜合金热挤压模具的使用寿命较低。

目前已开发出几十种钢材。

4.21大断面热锻模具钢

为了补偿热稳定性、热疲劳和

为了克服淬硬性不足的缺陷，45Cr2NiMoVSi(简称45Cr2)和5Cr2NiMoVSi(简称

5Cr2)、3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi（代号B2）等大截面热锻模具钢。

45Cr2与45Cr2、5Cr2相比，含有较高的Cr、Mo，并添加了少量的V，使得CCT曲线

钢上高温转变区向上移动，低温转变区明显右移，提高了钢的淬硬性。

500*500mm以下模具可达到

HRC36-44。45Cr2、5Cr2还具有二次硬化能力，其高温强度高于5CrNiMo钢。

50%以上，热稳定性高100-150℃，冲击韧性相当。此外，耐热磨损性，

抗热疲劳性能和抗热裂纹扩展性能也比5CrNiMo强，这两种钢用于12000t以下的机器。

16t以下的机械压力机模具、模锻模具的使用寿命与5CrNiMo钢制造的同类模具相同。

寿命延长数倍。

4.22中小型热锻模具钢

中小型热锻模具表面温度可达600℃以上。5CrMnMo、5CrNiMo的高温性能

显然不能满足要求。3Cr2WSV钢具有较高的高温强度，但韧性和热疲劳性能较差。

因此，我国较早开发了3%Cr-3%Mo等2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB（代号ER8）。

3%Cr-2%Mo型中碳铬高强度热作模具钢，其中3Cr3Mo3VNb是以合金形成

通过调整2Cr3Mo3VNb的成分，进一步调整金碳化物所需的碳量。

4Cr3Mo3W4VNb，代号GR，该钢种除Cr、Mo、V、Nb外，还添加了4%W，因此该钢种

高温强度和热稳定性得到进一步提高，是目前高温强度最高的中碳铬热作模具钢。

高的、良好的热稳定性钢。该钢还具有良好的冷、热疲劳性能，该钢适用于制造

适用于工作温度600～700℃的浅腔中小型锻造模具，也可用于铜合金热挤压模具。

4.23压铸模具钢

在有色金属压铸中，3Cr2W8V曾是应用最广泛的模具钢，5CrNiMo、5CrMnMo、

3Cr2Mo等中碳低合金钢也用作铝锌合金压铸模具钢。

性能较差，模具使用寿命不高。为此，国内已开发了几种新型模具钢，如

4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）、4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10）等。

4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10）是专为铝合金压铸模具开发的。

与普通钢相比，该钢具有抗冷热疲劳性能好，热处理变形小，抗铝溶解性能好等优点。

该模具的使用寿命一般比3Cr2W8V钢制成的模具提高一倍以上。

可用于制造工作温度在600℃以下的中小型热锻模具。

4.24铜铝型材热挤压模具钢

铜合金热挤压模具的穿孔针、底模长期与高温铜坯接触，模具的工作状态

苛刻。当此类模具采用3Cr2W8V或4Cr5MoV1Si钢制造时，模具的使用寿命总是较低的。

我国曾尝试采用奥氏体热作模具钢来解决模具寿命低的问题，但由于钢的冷热性能

疲劳性能差，至今尚未得到很好的解决。在此背景下，国内相关高校、科研院所及钢

工厂推出了可提高此类模具使用寿命的钢种，如4Cr3Mo2NiVNbB（代号HD），

4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）等。HD钢含碳量比普通钢高，一般为3%Cr～2%Mo或3%Cr～3%Mo。

该类型热作模具钢添加了1%左右的Ni，进一步提高了钢的韧性和塑性。

硬度为43HRC，其断裂韧性比3Cr2W8V钢高30%。HD钢制成的铜合金管

该材料的挤压底模和穿孔针的使用寿命比3Cr2W8V钢提高一倍左右，在轴承套圈的热挤压中也有使用。

在机头凹模、阀门挤出底模等方面也有成功应用的实例。

该模具的使用寿命比3Cr2W8V钢制造的模具提高一倍以上。

优越的。

铝型材热挤压模具平模、组合模韧性要求较高，4Cr5MoV1Si为首选模具

工具和材料得到广泛的推广和应用。

4.25高温玻璃模具钢

玻璃制品模具要求模具材料具有优良的抗高温氧化性能和抗热疲劳性能。

抗芒硝腐蚀性能好，有足够的强度，抛光性能好，脱模容易。

工具通常采用铸铁、合金铸铁或3Crl3不锈钢制成，钢材的性能远远不能满足实际的需要。

因此，我国研制出代号为GY的高温玻璃模具钢，该钢为Si-Cr-Mo预硬钢，具有