摘要：通过对汽车模具设计标准的研究，介绍了几种常用模具材料的性能，以及模具材料的成本和使用寿命的比较。结果表明，合理选择模具材料将降低成本、缩短制造周期、方便维修、减轻钳工劳动强度。

模具是冲压生产的关键工艺装备。随着模具工业的不断发展，模具越来越多地应用于兵器工业、机械工业以及日用品的生产中。我国模具工业已进入快速发展期，但模具的制造水平和性能与世界发达国家相比还存在较大差距[1]。现代汽车90%以上的白车身零部件依靠冲压模具实现批量生产。

根据汽车冷冲压模具的使用寿命要求：在正常使用和维护条件下，可生产多批次、小批量合格零件50万件。因此，模具材料的性能和质量对模具的使用寿命影响很大。因此，模具材料的研究与开发历来受到模具钢材生产厂家的重视，并得到迅速发展。

1、模具材料的现状

近年来，我国模具钢生产技术发展迅速。制造冷冲压模具的材料主要分为以下几类：

(1)高碳低合金冷作模具钢，如：9SiCr、7CrSiMnMoV、8Cr2MnWMoVS等。

(2)耐磨冷作模具钢，如：6Cr4W3Mo2VNb、Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1等。

(3)耐冲击冷作模具钢，如：4CrW2Si、5CrW2Si、6CrW2Si等。

(4)冷作模具用高速钢，如：W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W9Mo3Cr4V等。

2、汽车模具材料的性能

(一)冲裁模具材料的使用要求

薄板冲裁模具的材料要求具有较高的耐磨性和硬度，而厚板冲裁模具则要求具有较高的耐磨性和压缩屈服点。为了防止模具破裂或碎裂，还应具有较高的抗断裂性和韧性。

(2)拉深整形模具材料的使用要求

模具工作零件的材料要求具有较高的耐磨性和硬度、一定的韧性、良好的切削加工性能、良好的抗粘连（抗咬合）性能、热处理时变形小。

根据目前汽车厂生产冲压件的模具现状，汽车模具使用的主要材料有：钼铬铸铁、Cr12MoV、铸态空冷钢。

钼铬铸铁：是镍硬白口铸铁系中高铬白口铸铁的一种。由于其共晶组织由M7C3型碳化物和奥氏体的其他转变组成，因此其基体可以退火成马氏体。它表现出高耐磨性。同时，其所含的铬能显着提高强度、硬度和耐磨性，锰能显着提高韧性，钼能细化钢的晶粒，提高淬透性。热处理方式为表面淬火，节省了大量的热处理时间。淬火后硬度为HRC 50以上，热处理后变形小。由于其铸造性能好，铸造成本低，可实现整体铸造，减轻钳工的工作强度，缩短模具制造周期。同时，由于其硬度比空冷钢低，加工时对刀具造成的磨损较小，切削性能良好，加工成本低。模具工作时，由于钼铬铸铁的散热性能比其他模具材料要好，特别是模具在机械压力机上工作时，其良好的抗粘（防卡）性能可以最大限度地发挥其散热性能。保护模具，延长模具使用寿命。维修时可直接对表面进行冷焊，节省大量维修时间。但由于钼铬铸铁淬火后硬度较低，耐磨性较差，因此不用于生产高强度板材的模具。

Cr12MoV：是一种高碳、高铬钢，含有大量碳化物和高合金马氏体。该钢具有高硬度和高耐磨性，其硬度和耐磨性均高于钼铬铸铁。所含的钒可以细化晶粒，增加韧性，并能形成高硬度的VC，进一步增加钢的耐磨性；铬还使钢具有较高的淬透性和回火稳定性。整体淬火后，需回火1～2次，热处理时间较长。火后硬度可达HRC 60-62。但热处理后变形量比空冷钢大，消除了变形难度，容易降低模具精度。生产Cr12MoV模具钢的方法是锻造，生产成本较高。同时，由于锻造工艺的限制，Cr12MoV钢只能进行件锻件。制造模具时，需要装配镶件，增加了钳工的劳动强度，延长了模具寿命。制造周期和成本也增加。同时，由于其硬度比空冷钢高，加工时刀具磨损较大，增加了切削时间和成本。另外，由于Cr含量较多，钢水结晶过程中析出大量共晶碳化物，形成带状或网状碳化物脆性区，塑性、韧性较差，极易萌生裂纹。并在这里扩展，常常变成裂缝。主要原因是其使用寿命降低。修复时，由于焊接性能较差，不能直接对表面进行冷焊。在焊接表面之前需要加热并保温一段时间，浪费了大量的维护时间。

铸态空冷钢：是一种以铸造代替锻造的高碳低合金钢。其所含的锰使钢具有较高的强度和硬度，并提高钢的淬透性。热处理方法也是表面淬火，然后空冷达到淬火的目的，节省了大量的时间和成本。火后硬度可达HRC 55以上，无需其他加工，因此变形很小，且随着淬火温度的升高，变形量逐渐减小[2]。空冷钢经过表面淬火后，淬火层下面有高韧性基体作为衬里。韧性比Cr12MoV高，工作时不易产生裂纹、崩角。但由于铸态空冷钢无法整体铸造，因此在加工模具之前，需要钳工将镶件拼接起来，然后进行机械加工。这就增加了钳工的劳动强度，延长了制造周期，增加了制造成本。但由于可以利用泡沫片材制成闭模形状，因此可以节省铸造成本和部分加工成本，还可以降低部分成本。其硬度比钼铬铸铁高，加工时对刀具造成较大磨损，增加切削时间和加工成本。另外，风冷钢具有良好的焊接性能，因此模具具有较高的使用寿命。当出现制造偏差时，可以直接进行补焊，通过打磨修整即可达到理想的效果，从而节省大量的维修时间。

综合以上性能介绍，适合拉深冲头、凹模、压环的材料为钼铬铸铁和Cr12MoV；适合成型模具的材料有钼铬铸铁、Cr12MoV、铸态空冷钢等；适用于修复冲裁模具的材料 材料为Cr12MoV，铸态空冷钢。

三、结论

因此，经过上述材料性能比较和生产状况经验的积累，对于普通钢板（如DC01、DC04、DC06、B170P1等），当材料厚度小于1.2时，自屈服强度为钢板小于260MPa[3]，硬度比较低的钢板，可采用钼铬铸铁作为拉丝模具的材料；冲裁模具的材料可采用铸态空冷钢；对于翻边成型模具工作部分的包容面等韧性要求较高的地方，镶件材料应选择铸态空冷钢就足够了。对于工作部件包容面等耐磨性要求较高的地方，刀片材质可选用钼铬铸铁。

对于高强度钢板（车身常用材料，如B280VK、B340/590DP、B400/780DP、SAPH440等），且当材料厚度在1.2以上时，由于板材的屈服强度在以上260MPa及590MPa以下[3]，硬度相对较高。钢板和拉丝模材质可选用Cr12MoV；切边模具的材料可以是Cr12MoV；翻边成型模工作部分的包容镶件和包容镶件材质可选用Cr12MoV。 （内容来自）

51模具材料点评：目前，从51模具材料网得到的数据来看，汽车模具一般使用的材料主要是（火焰钢）HMD5、7CrSiMnmo等，其次是718、S136、P20、DC53（汽车灯）材料）等。