模具钢为什么分为热加工模具钢和冷加工模具钢？

冷作模具钢注重硬度和耐磨性。 碳含量高，合金元素主要增加淬透性和耐磨性。 热作模具钢有适当的硬度要求，重点是红硬性、导热性、耐磨性。 因此碳含量较低，合金元素主要用来提高淬透性、耐磨性和红硬性。 1、冷作模具钢 冷作模具钢包括冲裁模具（毛坯冲裁模、切边模、冲头、剪刀）、冷镦模和冷挤压模、弯曲模和拉丝模等。 1、工作条件和性能冷作模具钢的要求 冷作模具钢在工作时。 由于被加工材料的变形抗力较大，模具工作部分受到很大的压力、弯曲力、冲击力和摩擦力。 因此，冷作模具报废的正常原因一般是磨损。 还存在由于过度断裂、塌陷力和变形而过早失效的情况。 冷作模具钢与切削工具钢的比较。 有很多共同点，模具要求有高...全部

冷作模具钢注重硬度和耐磨性。 碳含量高，合金元素主要增加淬透性和耐磨性。 热作模具钢有适当的硬度要求，重点是红硬性、导热性、耐磨性。 因此碳含量较低，合金元素主要用来提高淬透性、耐磨性和红硬性。

1、冷作模具钢 冷作模具钢包括冲裁模具（毛坯冲裁模、切边模、冲头、剪刀）、冷镦模和冷挤压模、弯曲模和拉丝模等。 1、工作条件和性能冷作模具钢的要求 冷作模具钢在工作时。 由于被加工材料的变形抗力较大，模具工作部分受到很大的压力、弯曲力、冲击力和摩擦力。

因此，冷作模具报废的正常原因一般是磨损。 还存在由于过度断裂、塌陷力和变形而过早失效的情况。 冷作模具钢与切削工具钢的比较。 有很多共同点。 要求模具具有较高的硬度和耐磨性、较高的弯曲强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行。 区别在于模具形状和加工工艺的复杂程度。 而且摩擦面积大。 磨损的可能性很高。 所以很难磨锐。

因此，要求具有较高的耐磨性。 模具工作时能承受较大的冲压力。 并且由于形状复杂，容易产生应力集中，因此要求韧性较高； 模具尺寸大，形状复杂。 因此要求有较高的淬透性、较小的变形和开裂倾向。 总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性和韧性方面比切削工具钢有更高的要求。 就红硬性而言，要求较低或基本不存在（因为是冷成型），因此相应地形成了一些适合冷作模具的钢种。 例如，已开发出高耐磨、微变形冷成型。 模具用钢、高韧性冷作模具用钢等

下面结合相关钢种的选择进一步说明。 2、钢种的选择通常与冷作模具的使用条件有关。 钢种的选择可分为以下四种情况：（1）尺寸小、形状简单、载荷轻的冷作模具。 例如。 小型冲头、切断钢板的剪刀等可用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。

这类钢的优点是：加工性能好、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，它只适合制造尺寸小、形状简单、载荷轻的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模具。 (2)尺寸大、形状复杂、载荷轻的冷作模具。

常用的钢种包括9SiCr、CrWMn、GCr15和9Mn2V等低合金切削工具钢。 这些钢在油中淬透直径一般可达40mm以上。 其中9Mn2V钢是我国近年来开发的无铬冷作模具钢。 可代替或部分代替含铬钢。

9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向比CrWMn钢小，脱碳倾向比9SiCr钢小，淬透性比碳素工具钢大。 其价格仅比后者高30%左右，是值得推广的钢种。 但9Mn2V钢也存在一些缺点，如冲击韧性较低，在生产和使用过程中已发现开裂现象。 另外，回火稳定性差，回火温度一般不超过180℃。 当在 200°C 回火时，弯曲强度和韧性开始表现出较低的值。

9Mn2V钢可在硝酸盐、热油等具有温和冷却能力的淬火介质中淬火。 对于一些变形要求严格但硬度要求不是很高的模具，可以采用奥氏体等温淬火。 (3)尺寸大、形状复杂、负荷重的冷作模具。 必须使用中合金钢或高合金钢。 如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WV​​Cr4W2MoV等，也有采用高速钢的。

近年来，冷作模具使用高速钢的趋势日益增强。 但需要指出的是，此时已不再使用高速钢特有的红硬性。 并利用其高淬透性和高耐磨性。 为此。 热处理工艺也应该存在差异。 选择高速钢制作冷作模具时。 应采用低温淬火。 以提高复原力。

例如，W18Cr4V钢制作切削刀具时常用的淬火温度为1280-1290℃。 制作冷作模具时，应采用1190℃低温淬火。 另一个例子是W6Mo5Cr4V2钢。 采用低温淬火可以大大提高使用寿命，特别是显着降低破损率。

[4] 承受冲击载荷且刀片空间较薄的冷作模具。 正如刚才提到的。 前三类冷作模具钢的性能要求主要是高耐磨性。 为此，使用高碳过共析钢甚至纯铁钢。 对于一些冷作模具，还增加修边底板、冲裁模等。 它的对手很弱。 使用并承受冲击载荷时，应以高冲击韧性为主要要求。

为了解决这个矛盾。 可采取以下措施。 ①降低含碳量。 使用子合折钢。 以避免因一次、二次碳化物而导致钢的韧性下降； ②添加Si。 、Cr等合金元素。 为了提高钢的回火稳定性和回火温度（240-270℃回火），这有利于充分消除淬火应力，改善回火。 不降低硬度； ②添加W等形成难熔碳化物的元素，细化晶粒，提高韧性。

常用的高韧性冷作模具钢有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。 3、充分发挥冷作模具钢性能潜力的途径。 使用Cr12钢或高速钢制造冷作模具时，一个非常突出的问题是钢的脆性。 使用过程中容易破裂。

为此，必须通过充分的锻造来细化碳化物。 此外，还应开发新的钢种。 开发新钢种的重点应是降低钢的碳含量和碳化物形成元素的量。 近年来，国内开发和推广的新钢种如下表4.11所示。 Cr4W2MoV钢具有高硬度、高耐磨性和良好的淬透性等优点。 并具有良好的回火稳定性和综合力学性能。 用它制作硅钢片冲裁模具等，使用寿命比Cr12MoV钢可提高1～3倍。 但该钢的锻造温度范围较窄，锻造过程中会产生裂纹。 应严格控制锻造温度和操作规程，保证Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低、淬火变形小、淬透性高。 7W7Cr4MoV钢又称淬火微变形模具钢，可替代W18Cr4V和Cr12MoV钢。 其特点是使钢的碳化物不均匀性和韧性得到很大改善。

二、热作模具钢 1、热作模具的工作条件 热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模。 正如之前所提。 热作模具工况的主要特点是与铁水接触，这是与冷作模具工况的主要区别。

这会带来以下两个问题： (l)模腔表面的金属被加热。 通常在锤锻模工作时。 模腔表面温度可达300-400℃以上，热挤压模具可达500-800℃以上； 压铸模具的型腔温度与压铸材料的种类和浇注温度有关。

例如，压铸黑色金属时，模腔温度可达1000℃以上。 如此高的工作温度会显着降低模具型腔的表面硬度和强度，使使用过程中容易出现堆料现象。 为此。 热模具钢的基本性能要求是高的热塑性变形抗力，包括高温硬度和高温强度，高的热塑性变形抗力实际上反映了钢的高回火稳定性。

由此，我们可以找到第一种合金化热作模具钢的方法，即添加Cr、W、Si。 等合金元素可提高钢的回火稳定性。 (2)模具型腔表面金属发生热疲劳(裂纹)。 热模的工作特点是间歇性的。 每次铁水成型时，必须用水、油、空气等介质冷却模具型腔表面。

所以。 热模具的工作状态是反复加热和冷却，使模具型腔表面的金属反复进行热胀冷缩，即反复承受拉应力和压应力。 其结果是模具型腔表面出现裂纹，称为热疲劳。 因此，对热作模具钢提出了第二项基本性能要求。 即，具有高的耐热疲劳性。

一般来说，影响钢材抗热疲劳性能的主要因素有：①钢材的导热系数。 钢材的高导热性可以降低模具表面金属的受热程度，从而降低钢材的热疲劳倾向。 一般认为，钢的导热系数与碳含量有关。 当碳含量高时，导热系数低，因此高碳钢不宜用作热作模具钢。

生产中通常采用含碳量过低的中碳钢（C0.3%5~0.6%）。 会导致钢材的硬度和强度下降。 这也是不利的。 ②钢材临界点的影响。 通常钢的临界点（Acl）越高。 该钢具有较低的热疲劳倾向。 所以。 一般通过添加合金元素Cr、W、Si、Ni来提高钢的临界点。

从而提高钢的抗热疲劳性能。 2、常用热作模具钢 (1)锤锻模具钢。 总体来说，锤锻模具用钢存在两个突出问题。 一是运行时的冲击载荷。 因此，对钢材的力学性能要求较高，特别是塑性变形抗力和韧性。 其次，锤锻模具的截面尺寸较大（<400mm），因此要求钢材的淬透性较高，以保证整个模具组织和性能的均匀。

常用的锤锻钢有5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW、5CrNiTi和5CrMnMoSiV等。 不同类型的锤眼模具应采用不同的材料。 对于特大型或大型锤锻模，5CrNiMo较好。 也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。

5CrMnMO钢通常用于中小型锤锻模具。 (2)热挤压模具采用钢材。 热挤压模具的工作特点是加载速度慢。 因此，模腔的加热温度较高，通常可达500-800℃。 对这类钢的性能要求应以高的高温强度（即高的回火稳定性）和高的抗热疲劳性能为基础。

对ak和淬透性的要求可适当降低。 一般热挤压模具尺寸较小，常小于70～90毫米。 常用的热挤压模具有4CrW2Si、3Cr2W8V和5%Cr型热作模具钢。 其化学成分见表4.16。 其中4CrW2Si。 既可用作冷作模具钢，又可用作热作模具钢。 由于用途不同，可采用不同的热处理方法。

制作冷模具时，采用较低的淬火温度（870-900℃）和低温或中温回火处理； 制作热模具时，采用较高的淬火温度（一般为950-1000℃）和高温回火处理。 (3)压铸模具用钢。 一般来说，压铸模具用钢的性能要求与热挤压模具用钢相似，即主要要求高的回火稳定性和高的抗热疲劳性能。

因此，通常选择的钢种与热挤压模具所用钢种大致相同。 像平常一样使用 4CrW2Si。 及3Cr2W8V等钢种。 但有所不同，如熔点较低的锌合金压铸模具。 可选用40Cr、30CrMnSi、40CrMo等； 对于铝、镁合金压铸模，铜合金压铸模可采用4CrW2Si、4Cr5MoSiV等。 多采用3Cr2W8V钢。

最近几年。 随着黑色金属压铸技术的应用，常采用高熔点的铝合金和镍合金。 或对3Cr2W8V钢进行Cr-Al-SI三元共渗，制作黑色金属压铸模具。 近年来，国内外正在尝试使用高强度铜合金作为黑色金属压铸模具材料。

预硬钢模具如5NiSiCa、3Cr2Mo(P20)等钢种。 对于直接使用棒料加工的，由于供货状态已预硬化，成型后可直接加工、抛光、组装。 对于需要锻造成毛坯再加工成型的，其工艺路线为：下料→锻造→球化退火→刨或铣六面→预硬处理（34~42HRC）→机械粗加工→去应力退火→机械精加工→抛光→组装。

预硬钢塑料模具的热处理 1、预硬钢以预硬状态供货，一般不需要热处理，但有时需要重新锻造，重新锻造的模具毛坯必须热处理。 2、预硬钢的预热处理通常采用球化退火，以消除锻造应力，获得均匀的球状珠光体组织，降低硬度，提高塑性，改善模具毛坯的切削性能或冷挤压成形性能。

3、预硬钢的预硬处理工艺简单，大多采用调质处理。 经淬火、回火后，得到回火索氏体组织。 高温回火温度范围宽，可满足模具各种工作硬度要求。 由于该类钢具有良好的淬透性，淬火时可采用油冷、空冷或硝酸盐分级淬火。

表3-27列出了部分预硬钢的预硬处理工艺，供参考。

表 3-27 部分预硬钢预硬处理工艺 钢号 加热温度/℃ 冷却方式 回火温度/℃ 预硬硬度 HRC 3Cr2Mo 830～840 油冷或 160～180℃ 硝酸盐分类 580～650 28～ 36 5NiSCa 880～930 油冷 550～680 30～45 8Cr2MnWMoVS 860～900 油冷或风冷 550～620 42～48 P4410 830～860 油冷或硝酸盐分级 550～650 35～41 SM1 830～850 油冷 620 ～660 36～42.关闭