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常用热作模具钢的钢种、特点及用途

顺序

数字

种类

不

钢级

特点和应用

中国钢材牌号与国外钢材牌号相似

高的

反抗

热的

性别

热的

做

模具

工具

钢

3Cr2W8V（国标

1299-2000）

30WCrV9（国际标准）

SKD5(日标)

STD5（堪萨斯州）

H21（美国材料试验协会）

T20831(联合国编号)

X30WCrV9-3（欧洲标准）

X30WCrV9-3（德标）

)BH21(BS)

X30WCrV9（NF）

3X2B8φ(ΓOCT)

2730（不锈钢）

X30WCrV9-3KU(U

你）

3Cr2W8V钢中碳化物含量较多，易形成

铬和钨元素，因此在高温下具有更高的强度

该钢在650℃时的硬度和硬度接近300HBS。

其韧性和塑性较差，钢材截面在‘DD以下

这就要求表面层具有较高的硬度，

大型顶锻模具、热压模具、高耐磨平锻机

该模型是

这种钢具有较高的相变温度，耐寒

热循环下具有良好的抗热疲劳性能

该钢可用于制造高工作温度（≥

550℃），高静载荷，低冲击载荷

锻压模具（刀片），如平锻机

凹凸模、镶件、铜合金挤压模、压铸

模具；它还可以承受较大的压应力，

弯曲应力和拉伸应力模具，例如反向挤压模具；

也可作为高温下的热金属切割机使用。

103Cr3Mo3W2V（国标

/T1299-2000)

30CrMo3(国际标准)

BH10(标准)

3Cr3Mo3W2V简称HM-1，北京机电研究院

由钢铁研究院和首钢特钢公司研制。

作为模具钢，它具有良好的冷加工性能和热加工性能。

淬火、回火温度范围宽，热强度高，

抗热疲劳、耐磨、抗回火性能良好

稳定性等特点。该钢适用于制造镦粗、压力

锻压机等热加工模具也可用于铜合金、轻

金属热挤压模具、压铸模具等。

更高级的生活

115Cr4Mo2W2VSi5Cr4Mo2W2VSi钢是一种新型热作模具钢

工具钢。该钢是基础钢类型的热作模具钢。

经过适当的热处理，具有较高的硬度、强度、

耐磨性好，高温强度高，回火性好

稳定性等综合性能，此外还具有一定的韧性

该钢的热加工性能

还有更好的是，加工温度范围很广。适合制作热

挤压模具、热锻模具、温锻模具及要求韧性的模具

更好的冷镦模具

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125Cr4Mo3SiMnVA

（国标/T1299-20

00）

5Cr4Mo3SiMnVAl 简称012Al，贵阳钢厂

这种钢是一种可用于热应用和冷应用的基础钢类型。

一种新型工具钢，作为冷作模具钢，它和

碳素工具钢、低合金工具钢、Cr12钢

它比其他钢材具有更高的韧性；作为热作模具钢，它

3Cr2W8V，-钢具有较高的高温强度和

优异的热疲劳性能

该钢用于标准件行业的冷镦模具和轴类

轴承行业热挤压模具使用寿命比原钢种长

有很大的改进；也可用于更高的工作温度，高

磨蚀条件下的热作模具

135Cr4W5Mo2V（国标

/T1299-2000)

5Cr4W5Mo2V 简称RM2，北京机电研究院

由该研究所和第一汽车制造厂（集团公司）共同研制。

这是一种新型热作模具钢，具有较高的热硬度。

高温强度高、耐磨性好，可用于一般

热处理或化学热处理可暂时替代3Cr2W8V钢

它还用于制造精密锻造模具，

热冲压模具、冲孔模具等比3Cr2W8V使用寿命长。

增加几倍

146Cr4Mo3Ni2WV6Cr4Mo3Ni2WV简称CG-2，上海钢铁研究总院

由该院研制，由贵阳钢厂试制。

一种新型模具钢，既可用作热作模具，又可用作冷作模具。

该钢具有强度高、红硬性好、韧性好等特点。

与 3CR2W8V 钢相比，该钢的强度更高

与高速钢相比，其韧性更好。

该钢具有较宽的热处理温度范围和灵活性

较大，基本上无淬火开裂。

条件下，热处理工艺可适当调整，如进行冷

模具可进行520-650℃回火，热作模具

模具可进行600-650℃回火。

制造热挤压轴承环冲头、热挤压模具、热冲压

冲模、精锻模，此外，还可用作挤压模、冷镦模

模具等

该钢的热加工工艺难以掌握，锻造裂纹

这种倾向比较严重，热加工时应引起注意。

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154Cr2Mo3SiV（国标

/T1299-2000)

H10（美国材料试验协会）

T20810(联合国编号)

30CrMoV12-11（E

否）

~X32CrMoV3-3（D

BH10(BS)

~32CrMoV12-28（

NF)3X3M3φ(Γ

十月）

30CrMoV12-27KU

(联合新闻社)

4Cr2Mo3SiV 是一种热作模具钢。该钢具有高

优异的热强度、热疲劳性能、良好的耐磨性

该钢适用于制造

热挤压模芯棒、挤压筒套及垫片等。

1.国外钢号前加“～”，表示相应钢号。

2.ISO-国际标准 JIS-日本标准 KS-韩国标准 ASTM-美国标准

UNS-美国标准 EN-欧共体标准 DIN-德国标准 BS-英国标准

NF-法国标准 ΓOCT-俄罗斯标准 SS-瑞典标准 UNI-意大利标准

锻造工艺不当引起的缺陷通常有以下几种

1. 大粒

晶粒粗大一般是由于始锻温度过高，变形不足，或终锻温度过高，或变形程度过小造成的。

铝合金变形程度过大，形成织构；高温合金变形温度过高。

低，形成混合变形组织时也可能造成晶粒粗大

粗大晶粒会降低锻件的塑性和韧性，并显著降低疲劳性能。

2. 颗粒不均

晶粒不均匀是指锻件内部某些部位的晶粒特别粗大，而其他部位的晶粒则较小。

不均匀的主要原因是坯料变形不均匀，造成不同程度的晶粒破碎，或局部区域变形

变形程度落入临界变形区，或高温合金局部硬化，或淬火加热时局部晶粒粗化。

热钢和高温合金对晶粒不均匀性特别敏感。晶粒不均匀性会影响锻件的耐用性和抗疲劳性。

可以明显减少。

3.冷作硬化现象

变形时温度较低或变形速度过快，以及锻造后冷却过快，都可能引起再结晶。

热锻引起的软化赶不上变形引起的强化（硬化），以致热锻后锻件内部仍部分地保留有冷变形。

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这种组织的存在，使锻件的强度和硬度提高，但塑性和韧性降低。

冷硬化可能造成锻造裂纹。

4. 破解

裂纹通常是由于锻造过程中较大的拉应力、剪应力或附加拉应力引起的。

应力最大而厚度最薄的位置，通常就是毛坯应力最大的地方。

或毛坯中存在组织缺陷，或热加工温度不当，使材料塑性降低，或变形速度太快，

若变形程度过大，超过材料允许的塑性指针等，则需进行拉毛、拉深、冲孔、扩孔、弯曲等加工。

在挤压等过程中可能会出现裂纹。

5.裂缝

开裂是锻件表面产生的浅龟形裂纹。锻造过程中受拉应力作用的表面（如

未填充的突起或弯曲部分）最容易导致这种缺陷。开裂的内部原因可能是

多方面： ①原材料中含有过多的Cu、Sn等易熔元素； ②长时间高温加热时，

铜析出、表面晶粒粗大、脱碳或表面经过多次加热。③燃料含硫量过高。

渗透到钢材表面，

6.Flash破解

飞边裂纹是在模锻和切边过程中在分型面处产生的裂纹。 产生飞边裂纹的原因可能为：

①模锻过程中，金属受到较大的冲击，产生强烈的流动，导致肋骨穿破。 ②镁合金模锻件的切削温度

太低；铜合金模锻件刃口温度太高。

7.分型面裂纹

分型面裂纹是指沿锻件分型面产生的裂纹。

模具表面上的流动和集中或缩管的残留在模锻时被挤进飞边中，常常会在分型面上形成裂纹。

8.折叠

折叠是在金属变形过程中氧化的表面金属融合在一起时形成的。它可能是由于

它是由两股（或多股）金属对流汇合而形成的；也可以是由一根金属的快速大流动而形成的

部分表层金属流动，二者融合；也可由变形金属弯曲而成。

也可以通过使金属的一部分发生局部变形，并压入金属的另一部分而形成。

原材料和毛坯的形状、模具的设计、成形工序的安排、润滑条件以及锻造的实际操作

ETC。

折叠不仅减少了零件的承载面积，而且在运转过程中常常会因应力集中而产生疲劳。

老袁

9. 流通

横流是流线分布不合理的一种形式，在横流区域，原本以一定角度分布的流线会汇聚在一起。

它们共同形成通流，可能造成通流区内外晶粒尺寸差异较大。

与折叠类似，是由两种金属或一种金属与另一种金属汇合而成，但通流部分

金属仍是整体

流动使锻件的力学性能降低，特别是当流动区两侧晶粒尺寸差别很大时。

更加明显。

10.锻件流线分布不顺畅

锻件流线分布不规则是指锻件在加工过程中产生的流线切割、回流、涡流等流线紊乱现象。

如果模具设计不当或锻造方法不合理，造成预制毛坯流水线紊乱；如果工人操作不当

模具磨损引起金属流动不均匀，会造成锻造流线不均匀。

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各种力学性能降低，对重要锻件有流线分布的要求。

11. 铸造组织残留物

铸造组织残留物主要出现在由钢锭制成的锻件中。

变形区困难。锻造比不足、锻造方法不当是造成残留铸件组织的主要原因。

残留铸造组织会降低锻件的性能，特别是冲击韧度和疲劳性能。

12.碳化物偏析程度不符合要求

碳化物偏析程度不符合要求主要出现在莱氏体工具钢中，锻件中主要是碳化物。

物料分布不均匀，集中成大块或呈网状分布。这种缺陷的主要原因是原料

材料碳化物偏析程度较差，锻造过程中锻造比不够或锻造方法不当。

存在此种缺陷的锻件在热处理和淬火时，容易产生局部过热和淬火裂纹。

刀片在使用过程中可能很容易断裂。

13. 带状组织

带状组织为铁素体和珠光体、铁素体和奥氏体、铁素体和贝氏体、铁素体和

马氏体是锻件中呈带状分布的一种组织，多出现在亚共晶钢、奥氏体钢和半马氏体中。

该组织是在两相共存下锻造变形时产生的带状组织，可以降低材料

材料的横向塑性指标，特别是冲击韧性。在锻造或加工零件时，经常容易沿铁素体带或两相移动。

连接处已破裂。

14.局部填充不足

局部填充不足主要出现在筋条、凸角、转角、圆角处，尺寸不符合图样要求。

其原因可能为：①锻造温度低，金属流动性差；②设备吨位不够或锤击力不够；

③制坯模具设计不合理，坯料体积或截面尺寸不合格；④模腔内堆积氧化皮或产生焊接变形。

异形金属。

15. 欠压

欠压是指垂直于分模面的尺寸普遍增大。可能的原因是：①锻造温度低。

②设备吨位不够，锤击力不够或锤击次数不够

16. 错位

错位是锻件上半部分相对于下半部分沿分型面的位移。产生的原因可能为： ①

滑块（锤头）与导轨间隙过大； ②锻模设计不合理，缺少锁模以消除位移力

或导柱；③模具安装不良

17. 轴弯曲

锻件轴线弯曲，平面几何位置有误差。其原因可能为： ①锻件从模具中顶出时

不注意；②切边时用力不均匀；③锻件不同部位冷却速度不同；④清理与热处理

不当

热锻模具的主要失效形式有：变形、热疲劳、热磨损和断裂。

（1）变形：是指毛坯与模具在高温下长时间接触后，模具发生软化现象。

发生塑性变形。特征是崩塌。工作载荷大、工作温度高的挤压模具

此类缺陷容易出现在锻模凸起部位。

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（2）热疲劳：指模具表面在环境温度周期性变化的条件下工作。

出现网状裂纹。工作温差大、冷却、加热过快的热锻模具容易产生裂纹。

热疲劳裂纹。

（3）断裂：指材料固有承载能力不足以抵抗工作载荷而引起的失稳。

材料在热条件下的开裂有脆性断裂、延性断裂、疲劳断裂和腐蚀断裂。

锻模的断裂（特别是早期断裂）与工作负荷过大、材料处理不当以及

应力集中等

（4）热磨损：由于模具工作部分与加工材料之间有相对运动而引起的磨损。

模具工作温度、模具硬度、合金元素

模具的磨损受润滑条件的影响。

因磨损而发生故障。

3.材料选择和热处理技术要求的一般规则

根据热锻模具的一般失效模式，模具的选择主要考虑热锻模具的热硬度、韧性、

淬硬性、脱碳敏感性、热疲劳性能等。从热处理角度：耐磨性、硬度、

热处理变形、表面脱碳等。这里只介绍其中最重要的几个性能。

1、热硬度又称红硬度，是指模​​具在热或高温条件下保持其组织和性能的能力。

稳定，不易软化，这主要取决于材料的化学成分和热处理制度。

该类钢一般含V、W、Co、Nb、Mo等高熔点元素，易形成多重

碳化物元素。

2、强度和韧性主要根据模具的承载要求、钢的晶粒度、碳化物含量来考虑

残余奥氏体的数量、形状、尺寸、分布及含量影响模具的强度和韧性。

它主要取决于钢的化学成分、冶金质量（如气体含量、

杂质、S、P含量等）、组织状态（合理的球化退火，提高组织均匀性和

应根据碳化物的形貌选择合适的热处理工艺。

3、淬硬性和淬硬性：淬硬性是指材料淬火后所能达到的硬度范围。

主要与材料的碳含量有关，淬硬性是指材料淬火后所呈现的马氏体组织。

钢的能力主要取决于钢的化学成分。

对于要求表面硬度较高的冲孔模，淬硬性就显得更为重要。

对于性能均匀一致的热锻模具来说，淬硬性更为重要。

当然影响热锻模具寿命的因素还有很多，在选择材料的时候要考虑影响热锻模具寿命的因素。

下表为两种主要模具常用的材料：

模具类型推荐材质一般采用硬度范围

热挤压模具3Cr2W8V(SKD5)、4Cr5MoSiV 44~55HRC(48~52HRC)

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工具（H11，SKD6），4Cr5MoSiV1（H13，

SKD61)、4CrMnSiMoV

不同模具材料的具体用途、工作温度范围、建议硬度范围请参考

就拿《机械工程手册》来说吧。

4、加工工艺及其对模具寿命的影响

一般模具制造工艺流程：下料——锻造+球化退火——机加工——淬火，

回火处理——（深冷处理）——精加工（含电脉冲加工）——磨削、抛光——分离

氮化处理。

合理的模具制造工艺：下料—锻造+球化退火处理—机加工—真空

调质处理（减少热处理变形）-（深冷处理）-研磨抛光处理-

离子氮化处理。

2.1下料、锻造+球化退火：钢厂提供的模具材料一般为锻坯或者棒材形式。

内部结构中的碳化物沿晶界呈网状分布。

一步法锻造工艺，使用时裂纹易沿晶界萌生并扩展，降低模具的承载能力。

负荷能力最终会导致模具的早期断裂。

经过锻造和随后的球化退火，形成均匀、细小、弥散的碳化物。

改善模具内部组织，特别是碳化物分布，为最终热处理做好组织准备

避免局部应力集中和热处理开裂的情况，同时有利于增加模具的寿命

下图为几种模具材料的快速球化退火工艺流程（球化

退火工艺的温度范围可参见《热处理手册》或《机械工程手册》。