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1、冷作模具钢

冷作模具钢包括冲裁模具（落料冲裁模、切边模、冲头、剪刀）、冷镦模和冷挤压模、弯曲模和拉丝模等。

1、冷作模具钢的工作条件及性能要求

冷作模具钢在工作中。 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，磨损可能性大，修复难度大。 因此，需要更高的耐磨性。 模具工作时承受较大的冲压压力，且由于形状复杂易产生应力集中，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），因此相应形成了一些适合冷作模具的钢种，如开发高耐磨、微变形冷成型等。加工模具钢和高韧性冷作模具钢等

2、钢种选择

一般来说，根据冷作模具的使用条件，钢级选择可分为以下四种情况：

(1)冷作模具尺寸小、形状简单、载荷轻。 例如，用于切割钢板的小型冲头和剪刀可以采用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，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作模具。

(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。

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，高速钢特有的红硬性已不再被利用。 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。

冷作模具选用高速钢时，应采用低温淬火，以提高韧性。 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，为此多采用高碳过共析钢甚至莱氏体钢。 但一些带有切边底板、冲裁模等的冷作模具，其对应件较薄，在使用过程中承受冲击载荷，因此应主要要求较高的冲击韧性。 为了解决这个矛盾。 可采取以下措施。

4.1降低碳含量。 采用亚共析钢，避免一次、二次碳化物引起的钢韧性下降；

4.2添加Si、Cr等合金元素。 提高钢的回火稳定性和回火温度（240-270℃回火），有利于充分消除淬火应力，在不降低硬度的情况下提高性能；

4.3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。

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。 用于制造硅钢片冲裁模具等，使用寿命比Cr12MoV钢可提高1～3倍以上。 但该钢的锻造温度范围较窄，锻造时容易产生裂纹。 应严格控制锻造温度和操作规范。

Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低，淬火变形小，淬透性高。 又称空心淬火微变形模具钢。

7W7Cr4MoV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。

2.热作模具钢

1、热作模具的工作条件

热作模具包括锤锻模具、热挤压模具和压铸模具。 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：

(1)加热模具型腔表面的金属。 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，使其在使用过程中容易出现折叠现象。 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，影响钢的热疲劳性能的主要因素有：

①钢的导热性。 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。 一般来说，钢的临界点（Acl）越高，钢的热疲劳倾向越低。 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)锤锻模具用钢。 总体来说，锤锻模具用钢存在两个突出问题。 一是工作时要承受冲击载荷。 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。

常用的锤锻模具钢有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。 照常使用4CrW2Si和3Cr2W8V等钢。 但有所不同，如熔点较低的锌合金压铸模具。 可选用40Cr、30CrMnSi、40CrMo； 对于铝、镁合金压铸模具，可选用4CrW2Si、4Cr5MoSiV等； 铜合金压铸模具多采用3Cr2W8V钢。

近年来，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。