1、1冲压模用钢的最新研究现状首先冲压模具材料制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。 其中新材料 冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢 D2（相当于我国 Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提
2、高模具的韧性。如美国钒合金钢公司的 8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的 DC53(Cr8Mo2SiV)等。另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。如德国的 320CrVMo13，等。 热处理、表处理新工艺为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。其中，化学气相沉积（CVD） 、物理气相沉积（PVD ）以及 盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。它们对提高模具寿
3、命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。 模具钢钢种的发展冷作模具钢：冷作模具钢主要用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具。如：冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拉深模具、压印模具、冷挤压模具、螺纹压制模具和粉末压制模具等。冷作模具钢的范围很广，从各种碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢到粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢。热作模具钢：热作模具钢主要用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具。如：热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦锻模具等。常用的热作模具钢有：中高含碳量的添加 CR、W、MO、V 等合金元素的合金模具钢;对特殊要求的热作模具钢，有时采用高合金奥氏体耐热模具钢制造。塑料模具用
4、钢：由于塑料的品种很多，对塑料制品的要求差别也很大，对制造塑料模具的材料也提出了各种不同的性能要求。所以，不少工业发达的国家已经形成了范围很广的塑料模具用钢系列。包括碳素结构钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀塑料模具钢、易切塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、马氏体时效钢以及镜而抛光用塑料模具钢等在冷作模具钢中，所发展的材料有：(1) 高韧性、高耐磨性模具钢这些钢 C、C 含量低于传统的 Crl2 型模具钢，增加了 Mo、V合金数量，其耐磨性优于 Crl2MolVl 钢，韧性和抗回火软化能力则高于 Crl2，如美国钒合金钢公司早期发表的 VascoDie(8Cr8
5、M02V2Si)、日本大同特殊钢公司的DC53(CrSM02VSi)，我国自行开发的则有 7CrTM02V2Si(LD 钢)、9CrW3M02V2(GM钢)等，分别用于冷挤压模具，冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具。(2)低合金空淬微变形钢这类钢的特点是合金含量低(5%)，淬透性、淬硬性好，100mm的工件可以空冷淬透、淬火变形小、工艺性好，主要用于制造精密复杂模具。如美国 ASTM 标准钢号 A4(Mn2CrM-o)、A6(7Mn2CrMo)、日本大同特殊钢公司的 G04。我2国自行研制的 Gr2Mn2SiWMoV 和 8Cr2MnMoWVS 等钢种也属于低合金空淬微变形钢，后一种钢号还兼备优良
6、的切削性。(3)火焰淬火模具钢这类钢的特点是淬火温度范围宽，淬透性好。由于火焰局部淬火的工艺简便、以缩短模具制造周期，降低制造费用等特点，已经广泛地用于制造剪切、下料、冲压、冷镦等冷作模具，特别是大型镶块模具，如东风汽车公司采用我国研制的7CrSiMiMoV 火焰淬火钢制造汽车大型覆盖件镶块冲模刃口材料，取得了很好的使用效果。这类钢代表性的钢号有日本爱知公司的 SX5(Cr8MoV)，大同特殊钢公司的 G05，日本日立金属公司的 HMDl。(4)粉末冶金冷作模具钢采用粉末冶金工艺生产的高碳高合金钢，由于钢液雾化形成的微细钢粉凝固很快，可以完全避免一般工艺生产的高碳高合金冷作模具钢在浇注后缓慢凝
7、固产生的粗大碳化物和偏析等缺陷。特点：磨削性好、韧性好、等向性好、热处理工艺性好。已发表的粉末冷冶金钢号有美国坩埚钢公司的 CPM9V，CPMl0V，日本日立金属的HAP40 等。在热作模具钢中新发展的材料有：(1)通用型热作模具钢 1.5155NiCrMoV6 为代表的低合金热作模具钢，以H13(4CrSMoSiVl)为代表的中合金热作模具钢；以 HIO(3Cr3M03VSi)钨系钼系热作模具钢。目前在我国 4CrSMoSiVl 是产量最高的热作模具钢。(2)高淬透性特大型锻压模块用钢淬透性好，尺寸较大的模具心部可以获得均匀的性能。如 IS04957 标准中的 40NiCrMoV；法国 NF
8、-35-590 标准中的 dONCDl6；我国的4Cr2MoVNi、3Cr2MoWVNi 等。(3)高热强性模具钢又可分为以下四类。a.中合金高热强性模具钢，一般是在 3Cr3M03Si-V(H10)和 4CrSMoSiVl(HB)钢的基础上增加 W、Mo 、Co、Nb 等元素，提高其高温性能。如美国 ASTM 标准钢号 H10A、我国开发的 3Cr3M03W2V 等。b.沉淀硬化型热作模具钢，这类钢的含碳量较低，一般在 2%左右。含有一些沉淀硬化的合金元素如 V、Nb 、Ni、Al、Mo 等，模具淬火后，采用较低温度回火(400 )，硬度为40HRC 左右，由于含碳量低，中温回火后的组织为板
9、条状低碳马氏体，具有良好的韧性，而且具有良好的切削性，可以进行型腔加工。模具在使用过程中，与高温工件接触的工作表面被工件加热到钢的沉淀硬化温度(500600)，由于合金碳化物和金属间化合物的析出，工作表面的硬度可上升到 4548HRC，提高了型腔表面的耐磨性模具心部仍保留原有的组织和高韧性，从而提高了模具的使用寿命。如日本日立金属公司的 YHD3、大同特殊钢公司的 DH76 等。c.低碳高速钢和基体钢高速工具钢具有良好的抗回火软化性能和高温硬度，但是其韧性和抗冷热疲劳性能较差。低碳高速钢是将高速钢的碳含量由 1%左右降至 0.3%-0.6%，在牺牲部分红硬性和耐磨性的情况下，提高韧性和抗冷热疲
10、劳性能，如美国 ASTM 标准钢号H42，我国标准钢号 6W6MoSCr4V。基体钢的化学成分相当于淬火后的高速钢基体组织3成分，所以淬火后过剩碳化物的数量少，细小均匀，使钢的韧性和抗冷热疲劳性能进一步得到改善。如美国钒合金铁公司的 VasooMA(5Gr4W3Mo2V),我国的 6Cr4Mo3W2VNb。这种钢由于综合性能较好，即可以用于热作模具钢，也可以用于制造高性能的冷作模具。d.奥氏体型热作模具钢，这类钢经固熔时效处理后，在 700-800仍保持较好的强度，如日本日立金属公司的 5Mnl8CrlOV2，我国的 7Mnl0Cr8Nil0M03V2 等。塑料模具钢由原国标中的 3Crl2M
11、o(P20)一个钢号发展成由有以下七大类构成的塑料模具用钢系列：(1)非合金塑料模具钢主要用于制造生产通用型热塑性塑料生产工件批量不大，技术要求不太严格制品模具。如 20、45 等碳素结构钢和 T8、T10 等碳素工具钢。2)预硬型塑料模具钢采用中碳合金钢预先经过淬火和高温回火状态下(硬度为3040HRC)交货：代表性的钢号如美国的 P20、瑞典 ASSAB 公司的 718(3Cr2MnNiMo)，日本大同特殊钢公司的 PDS5，我国的 3Cr2Mo 等。(3)时效硬化型塑料模具钢由于时效温度低，变形小，而且有规律，适用于制造形状复杂，尺寸精度要求高的模具，如美国 ASTM 标准钢号 P21，
12、日本大同特殊钢公司的NAK55(2Ni2A1CuMoS)，NAK80，我国的 25CrNi3MoAl 等。(4)渗碳型塑料模具钢一般为 C、Si 含量很低的低碳钢或低碳合金钢，以保证钢在常温下具有高塑性和很低的变形抗力，以便进行型腔的冷挤压，挤压成型腔后进行渗碳淬火、回火，使模具表面具有高硬度和抗磨损性能，一般用于制造要求耐磨性较高的热固性塑料模具和增强塑料模具。如美国 ASTM 标准钢号 P2(10CrMo)、P3(10CrNi)；我国的20Cr、 12CrNi2 等。(5)整体淬硬型模具钢一般都是借用高耐磨性冷作模具钢及热作模具钢。如 Cr5M01V(A2)和Crl2MolVl(D2)等冷
13、作模具钢和 4Cr5MoSiVl 等热作模具钢。(6)耐蚀塑料模具钢有些塑料制品如聚氯乙烯、氟化塑料、阴燃塑料等在压制过程中对模具有腐蚀作用，因此，对此类塑料模具一般采用马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢，如瑞典 ASSAB 公司的 STVAX(4Crl3)，我国的研制的 PCR(OCrl6Ni4Cu3Nb)等。(7)无磁塑料模具钢为了适应磁性塑料制品的生产，国内外发展了一些无磁塑料模具钢，将奥氏体型模具钢通过时效硬化处理得到要求的硬度强度和低的导磁率，如日本日立金属公司的 HPM7，我国的 7Mnl5Cr2A13V2WMo 等。我国冲压模具钢应用技术现状与发展目前我国模具选材用钢较为广泛，除了工
14、具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢）外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多，但常用的只有二十余种，而用量最多的只有八种： Cr12、 Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo 、SCrNIMo、45 、40Cr。据估计，这八个钢号年用量占我国模具钢年总用量的 80。 随着产业生产发展和少、无切削工艺广泛应用，对模具钢性能提出了更多、更高的要4求，常用钢种已经不能完全满足需要，迫切需要研制和应用新型模具钢。 近年，国内研制了近二百种新型模具钢种，如超硬高速W10Mo4Cr4V3A1、W6Mo5Cr4VsiA1Nb 等；强韧耐磨钢 7Cr7Mo2
15、V2Si、Cr8MoV2Ti 等；高速钢基体钢 65W3Mo2Cr4VNb、5OMo3Cr4SiMnAl 等；中碳超高强度钢 4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3MoMnVNbB 等；时效钢 25Cr3NiMoAl、10Ni3MnCuAl 等；火焰淬火钢 7CrSiMnMoV、7Cr2 SiMnMoV TiRe 等；易切削模具钢8Cr2MnWMoVS、5CrNiMnMoVSCa 等。也引进了国际通用的几种美国钢号，如 D2（Cr12MolV1）、H13（4Cr5MoV1Si）、P20（3Cr2Mo ）等。新钢种满足了模具较高力学性能、特殊工艺性能和特殊使用性能的需求，解决了模具设计、加工、使用中
16、的一些困难，大幅度进步了模具使用寿命，带来十分明显的经济效益和社会效益，对产业发展和少、无切削工艺广泛应用起了极大促进作用。但因多种不利因素的影响，新型模具钢的应用量仍然较少，年用量仅相当于模具钢年总用量的 140 l 50。当然其用量仍呈逐年上升态势90 年代，我国模具产业进人了快速发展时期，这极大地促进了模具钢生产、应用技术的进步。通过引进先进的设备和技术，已能生产高质量的模具钢，有些钢种的冶金质量已达到国际先进水平，并有少量出口，在国际上享有一定的声誉。但应看到，我国模具钢生产、应用的总体水平仍然较低，存在很多长期没有解决的题目。国产模具钢尽大多数是电炉钢，钢的成分偏析大，纯净度低，碳化
17、物级别偏高，疏松级别超标，模块的纵横向性能相差悬殊。 模具钢材料利用率低，原因是钢材中圆棒料占 85以上，锯料、改锻中消耗量大；模块、扁钢、板材等品种很少，精品、制品更少。模具钢改锻效果差，尽大多数改锻仅以模坯达到外形、尺寸为目的，忽视组织改善，以致模坯中仍保存超级别的碳化物和不利的流线分布。模具选材和热处理不当也是模具钢应用中一个突出题目。模具设计、制造者不熟悉材料和热处理，热处理技术职员不熟悉模具工况条件，经常造成选材或热处理工艺不与模具相匹配。此外，热处理工艺执行不严，热处理设备和工艺落后，操纵不当造成模具变形、开裂，是普遍存在的。调查表明，模具因选材和热处理不当造成早期失效者占 70左
18、右。表面处理在模具上的应用，除渗碳、渗氮外，其它扩渗处理（渗非金属，渗金属）应用很少，镀膜和喷涂处理应用更少。一些应用又常因种类和工艺选择不当，达不到预期效果，甚至不但无益，反而有害，成为模具钢应用技术中一个薄弱环节。 国内模具钢近期发展重点应在下列几个方面： （1） 进步冶金质量，增加品种规格，坏料制品化、精品化 采用先进的设备和技术，采用先进的冶金方法和工艺，如炉外精炼，电渣重熔，真空处理，多向锻轧，精锻、精轧，生产纯净度的优质钢材；增加生产高均匀性、高等向性的模块、扁钢、方钢、板材等。通过机加工、调质处理等方法提供制品化、精品化的模具钢产品。把我国丰富的合金资源及劳动力资源转化为模具钢产
19、品上风，进步国际市场竞争力，扩大出口，这是我国模具钢发展的战略目标。 （2） 研制、推广应用新型模具钢 国内新型模具钢种类繁多，但研制新型模具钢的空间仍然很大、况且有些新钢种性能有待改进。如铝合金大型铸件日渐增多，研制大型铝合金压铸模具钢还是当务之急。又如建筑业近年发展很快，研制价格低、耐磨性高、有足够强韧性的陶瓷、耐火砖模具钢也是一个急需解决的课题。 鉴于新型模具钢能大幅度进步模具使用寿命，能解决模具设计、制造、使用、修复中的生产和技术困难，能获得巨大综合效益，应大力推广应用新型模具钢，可看新型模具钢应用量逐年增加。同时也要重视老钢种的使用，通过公道选材，采用新工艺，扬长避短，发挥5其更大效
20、用。 （3） 建立模具选材用材专家系统 随着产品品种多样化，模具工况条件复杂化，公道选材用材更显重要和迫切。已有的研究工作积累了大量数据资料，在此基础上补充完善钢种性能数据，总结国内外在模具材料技术领域的最新成果和经验，借助日益广泛普及应用的现代计算机技术，建立具有指导性强、先进、可靠、实用的模具钢选材用材专家系统势在必行。 （4） 建立塑料模具钢系列 我国塑料产业发展很快，塑料制品广泛用于农业、机械、化工、建筑、玩具、日用品、汽车、灯具，家用电器等，需求量大，质量要求高，与之相应，塑料模具钢需求量急速增加，对钢的使用性能、工艺性能也提出了更高要求。但目前塑料模具选材比较混乱，无章可循，随意性
21、大，影响了模具使用寿命，也影响了塑料制品质量和市场竞争力，急需通过研制、引进、补充完善钢种，建立适合我国的塑料模具钢系列，使塑料模具钢冶炼、质量控制、供货、选材、加工和使用水平上一个新的台阶。 （5） 加强表面处理技术的应用 表面处理能在保持模具心部原有成分和性能的基础上，赋予模具表面特殊使用性能（主要是耐磨性、耐蚀性等），大幅度进步模具使用寿命，拓宽了模具钢应用范围，还可以价格低的模具钢取代价格高的模具钢，因此有广阔应用远景，受到世界各国的重视。我国应大力加强表面处理基础理论和应用研究，采用先进设备和技术，以期多种类、高质量的表面处理在模具上广泛应用。其中，3CR2MO(P20)、3CR2N
22、IMO(718)两种预硬钢塑料模具钢由于运用面广，国内需求量增加迅速，是当前比较有代表性的两种模具钢。它们的主要性能特点有：以预硬态供货的，一般不需热处理，但有时需进行改锻，改锻后的模坯必须进行热处理。预先热处理通常采用球化退火，目的是消除锻造应力，获得均匀的球状珠光体组织，降低硬度，提高塑性，改善模坯的切削加工性能或冷挤压成形性能。预硬处理工艺简单，多数采用调质处理，调质后获得回火索氏体组织。高温回火的温度范围很宽能够满足模具的各种工作硬度要求。总之，由于各种模具用途不同，工作条件复杂，对模具用钢的性能要求也不同。模具用钢按其所制造模具的工作条件，应具有高的硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。
