一、冷作模具鋼 冷作模具鋼包括制造沖截用的模具（落料沖孔模、修邊模、沖頭、剪刀）、冷鐓模和冷擠壓模、壓彎模及拉絲模等 1. 冷作模具鋼的工作條件及性能要求 冷作模具鋼在工作時(shí)．由于被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力及摩擦力。因此，冷作模具的正常報(bào)廢原因一般是磨損．也有因斷裂、崩力和變形超差而提前失效的。 冷作模具鋼與刃具鋼相比．有許多共同點(diǎn)。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強(qiáng)度和足夠的韌性，以保證沖壓過(guò)程的順利進(jìn)行、其不同之處在于模具形狀及加 I 工藝復(fù)雜．而且摩擦面積大．磨損可能性大．所以修磨起來(lái)困難。因此要求具有更高的耐磨化模具工作時(shí)承受沖壓力大．又由于形狀復(fù)雜易于產(chǎn)生應(yīng)力集中，所以要求具有較高的韌性；模具尺寸大、形狀復(fù)雜．所以要求較高的淬透性、較小的變形及開(kāi)裂傾向性。總之，冷作模具鋼在淬透性、耐磨性與韌性等方面的要求要較刃具鋼高一些．而在紅硬性方面卻要求較低或基本上沒(méi)要求（因?yàn)槭抢鋺B(tài)成形），所以也相應(yīng)形成了一些適于做冷作模具用的鋼種，例如，發(fā)展了高耐磨、微變形冷作模具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結(jié)合有關(guān)鋼種選用進(jìn)一步說(shuō)明。 2. 鋼種選擇 通常接冷作模具的使用條件，可以將鋼種選擇分為以下四種情況： （ 1 ）尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、輕負(fù)荷的冷作模具。例如．小沖頭，剪落鋼板的剪刀等可選用 T7A 、 T8A 、 T10A 、 T12A 等碳素工具鋼制造。這類(lèi)鋼的優(yōu)點(diǎn)是；可加工性好、價(jià)格便宜、來(lái)源容易。但其缺點(diǎn)是：淬透性低、耐磨性差、淬火變形大。因此，只適于制造一些尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、輕負(fù)荷的工具以及要求硬化層不深并保持高韌性的冷像模等。 （ 2 ）尺寸大、形狀復(fù)雜、輕負(fù)荷的冷作模具。常用的鋼種有 9SiCr 、 CrWMn 、 GCr15 及 9Mn2V 等低合金刃具鋼。這些鋼在油中的淬透直徑大體上可達(dá) 40mm 以上。其中 9Mn2V 鋼是我國(guó)近年來(lái)發(fā)展的一種不含 Cr 的冷作模具用鋼．可代替或部分代替含 Cr 的鋼。 9Mn2V 鋼的碳化物不均勻性和淬火開(kāi)裂傾向性比 CrWMn 鋼小、脫碳傾向性比 9SiCr 鋼小，而淬透性比碳素工具鋼大．其價(jià)格只比后者高約 30 ％因此是一個(gè)值得推廣使用的鋼種。 但 9Mn2V 鋼也存在一些缺點(diǎn)如沖擊韌性不高，在生產(chǎn)使用中發(fā)現(xiàn)有碎裂現(xiàn)象．另外回火穩(wěn)定性較差，回火溫度一般不超過(guò) 180 ℃在 200 ℃回火時(shí)抗彎強(qiáng)度及韌性開(kāi)始出現(xiàn)低值。 9Mn2V 鋼可在硝鹽、熱油等冷卻能力較為緩和的淬火介質(zhì)中淬火。對(duì)于一些變形要求嚴(yán)格而硬度要求又不很高的模具，可采用奧氏體等溫淬火。 （ 3 ）尺寸大、形狀復(fù)雜重負(fù)荷的冷作模具。須采用中合金或高合金鋼．如 Cr12Mo 、 Crl2MoV 、 Cr6WV Cr4W2MoV 等，另外也有選用高速鋼的。 近年來(lái)用高速鋼做冷作模具的傾向巴日趨增大、但應(yīng)指出，此時(shí)已不再是利用高速鋼所特有的紅硬性長(zhǎng)處．而用它的高淬透性和高耐磨性。為此．在熱處理工藝上也應(yīng)有所區(qū)別。 選用高速鋼做冷模具時(shí)．應(yīng)采用低溫淬火．以提高韌性。例如 W18Cr4V 鋼做刃具時(shí)常用的淬火溫度為 1280-1290 ℃。而做冷作模具時(shí)，則應(yīng)采用 1190 ℃的低溫淬火。又如 W6Mo5Cr4V2 鋼．采用低溫淬火后可使壽命大大提高、特別是顯著減少了折損率。 〔 4) 受沖擊負(fù)荷且刀間單薄的冷作模具。如上所述．前三類(lèi)冷作模具用鋼的使用性能要求均以高耐磨性為主為此均采用高碳過(guò)共析鋼乃至榮氏體鋼。而對(duì)有的冷作模具加切邊樓、沖裁模等．其對(duì)口單薄．使用時(shí)又受沖擊負(fù)荷作用則應(yīng)以要求高的沖擊韌性為主。為了解決這一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亞共折鋼．以避免由于一次及二次碳化物而引起鋼的韌性下降；②加入 Si ．、 Cr 等合金元素．以提高鋼的回火穩(wěn)定性和回火溫度（ 240 一 270 ℃回火）這樣有利于充分消除淬火應(yīng)力使嘰提高．而又不致降低硬度；②加入 W 等形成難熔碳化物的元素以細(xì)化晶粒、提高韌性。常用的高韌性冷作模具用鋼有 6SiCr 、 4CrW2Si ；、 5CrW2Si 等。 3. 充分發(fā)揮冷作模具鋼性能潛力的途徑 在用 Cr12 型鋼或高速鋼做冷作模具時(shí)，一個(gè)很突出的問(wèn)題是鋼的脆性大．使用中易開(kāi)裂。為此，必須用充分鍛打的方法細(xì)化碳化物．除此之外應(yīng)發(fā)展新鋼種。發(fā)展新鋼種的著眼點(diǎn)，應(yīng)是降低鋼的含碳量及碳化物形成元素的數(shù)量。近年來(lái)國(guó)內(nèi)研制并推廣以下幾種新鋼種、如表 4.11 所示。 Cr4W2MoV 鋼具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等優(yōu)點(diǎn)．并具有較好的回火穩(wěn)定性及綜合力學(xué)性能．用干制造硅鋼片沖模等．可使壽命比 Cr12MoV 鋼提高 1~3 倍以上但此鋼鍛造溫區(qū)范圍較窄，鍛造河縣開(kāi)裂．應(yīng)嚴(yán)格控制鍛造溫度和操作規(guī)認(rèn) Cr2Mn2SiWMoV 鋼淬火溫度低、淬火變形小、淬透性高．有空淬微變形模具鋼之稱(chēng) 7W7Cr4MoV 鋼可代 W18Cr4V 和 Cr12MoV 鋼．其特點(diǎn)是鋼的碳化物不均勻性和韌性得到很大的改善。

      二、熱作模具鋼 1. 熱作模具的工作條件 熱作模具包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模三類(lèi)。如前所述．熱作模具工作條件的主要特點(diǎn)是與熱態(tài)金屬相接觸、這是與冷作模具工作條件的主要區(qū)別。因此會(huì)帶來(lái)以下兩方面的問(wèn)題： （ l ）模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時(shí)．其模腔表面溫度可達(dá) 300~400 ℃以上熱擠壓模可達(dá) 500 一 800 ℃以上；壓鑄模模腔溫度與壓鑄材料種類(lèi)及澆注溫度有關(guān)。如壓鑄黑色金屬時(shí)模腔溫度可達(dá) 1000 ℃以上。這樣高的使用溫度會(huì)使模腔表面硬度和強(qiáng)度顯著降低，在使用中易發(fā)生打垛。為此．對(duì)熱模具鋼的基本使用性能要求是熱塑變抗力高，包括高溫硬度和高溫強(qiáng)度、高的熱塑變抗力，實(shí)際上反映了鋼的高回火穩(wěn)定性。由此便可以找到熱模具鋼合金化的第一種途徑，即加入 Cr 、 W 、 Si ．等合金元素可以提高鋼的回火穩(wěn)定性。 （ 2 ）模腔表層金屬產(chǎn)生熱疲勞（龜裂）。熱模的工作特點(diǎn)是具有間歇性．每次使熱態(tài)金屬成形后都要用水、油、空氣等介質(zhì)冷卻模腔的表面。因此．熱模的工作狀態(tài)是反復(fù)受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產(chǎn)生反復(fù)的熱脹冷縮，即反復(fù)承受拉壓應(yīng)力作用．其結(jié)果引起模腔表面出現(xiàn)龜裂，稱(chēng)為熱疲勞現(xiàn)象，由此，對(duì)熱模具鋼提出了第二個(gè)基本使用性能要求．即具有高的熱疲勞抗力。一般說(shuō)來(lái)，影響鋼的熱疲勞抗力的因素主要有： ①鋼的導(dǎo)熱性。鋼的導(dǎo)熱性高，可使模具表層金屬受熱程度降低，從而減小鋼的熱疲勞傾向性。一般認(rèn)為鋼的導(dǎo)熱性與合碳量有關(guān)，含碳量高時(shí)導(dǎo)熱性低，所以熱作模具鋼不宜采用高碳鋼。在生產(chǎn)中通常采用中碳鋼（ C0.3%5~0.6% ）合碳量過(guò)低．會(huì)導(dǎo)致鋼的硬度和強(qiáng)度下降．也是不利的。 ②鋼的臨界點(diǎn)影響。通常鋼的臨界點(diǎn)（ Acl ）越高．鋼的熱疲勞傾向性越低。因此．一般通過(guò)加入合金元素 Cr 、 W 、 Si 、引來(lái)提高鋼的臨界點(diǎn)。從而提高鋼的熱疲勞抗力。 2. 常用熱作模具用鋼 （ 1 ）錘鍛模用鋼。一般說(shuō)來(lái)，錘鍛模用鋼有兩個(gè)問(wèn)題比較突出一是工作時(shí)受沖擊負(fù)荷作用．故對(duì)鋼的力學(xué)性能要求較高，特別是對(duì)塑變抗力及韌性要求較高；二是錘鍛模的截面尺寸較大（＜ 400mm ）故對(duì)鋼的淬透性要求較高，以保證整個(gè)模具組織和性能均勻。 常用錘鍛樓用鋼有 5CrNiMo 、 5CrMnMo 、 5CrNiW 、 5CrNiTi 及 5CrMnMoSiV 等。不同類(lèi)型的錘眼模應(yīng)選用不同的材料。對(duì)特大型或大型的錘鍛模以 5CrNiMo 為好．也可采用 5CrNiTi 、 5CrNiW 或 5CrMnMoSi 等。對(duì)中小型的錘鍛模通常選用 5CrMnMO 鋼。 （ 2 ）熱擠壓模用鋼，熱擠壓模的工作特點(diǎn)是加載速度較慢，因此，模腔受熱溫度較高，通常可達(dá) 500 一 800 ℃。對(duì)這類(lèi)鋼的使用性能要求應(yīng)以高的高溫強(qiáng)度 ( 即高的回火穩(wěn)定性）和高的耐熱疲勞性能為主。對(duì) ak 及淬透性的要求可適當(dāng)放低。一般的熱擠壓模尺寸較小，常小于 70~90 mm 。 常用的熱擠壓模有 4CrW2Si 、 3Cr2W8V 及 5 ％ Cr 型等熱作模具鋼．其化學(xué)成分如表 4.16 所示。 其中 4CrW2Si ．既可做冷作模具鋼，又可做熱作模具鋼．由于用途不同，可采用不同熱處理方法。作冷模時(shí)采用較低的淬火溫度（ 870 ― 900 ℃）及低溫或中溫回火處理；作熱模時(shí)則采用較高的淬火溫度（一般為 950 一 1000 ℃）及高溫回火處理。 （ 3 ）壓鑄模用鋼。從總體上看，壓鑄模用鋼的使用性能要求與熱擠壓模用鋼相近，即以要求高的回火穩(wěn)定性與高的熱疲勞抗力為主。所以通常所選用的鋼種大體上與熱擠模用鋼相同．如常采用 4CrW2Si ．和 3Cr2W8V 等鋼。但又有所不同如對(duì)熔點(diǎn)較低 Zn 合金壓鑄模．可選用 40Cr 、 30CrMnSi 及 40CrMo 等；對(duì) Al 和 Mg 合金壓鑄模，可選用 4CrW2Si 、 4Cr5MoSiV 等對(duì) Cu 合金壓鑄模．多采用 3Cr2W8V 鋼。 近年來(lái)．隨著黑色金屬壓鑄工藝的應(yīng)用，多采用高熔點(diǎn)的鋁合金和鎳合金．或者對(duì) 3Cr2W8V 鋼進(jìn)行 Cr-Al-SI 三元共滲，用以制造黑色金屬壓鑄模。最近國(guó)內(nèi)外還正在試驗(yàn)采用高強(qiáng)度的銅合金作黑色金屬的壓鑄模材料。