1、第2章 冷作模具钢及热处,2.1冷作模具钢的性能要求及分类 2.2冷作模具钢性能介绍 2.3冷作模具钢的选用 2.4冷作模具钢的锻造与基本热处理技术,2.1.1冷作模具的性能要求 1.模具的耐磨性 冷作模具在工作时，表面与坯料之间会产生许多次摩擦，模具必须在这种情况下仍能保持较低的表面粗糙度值和较高的尺寸精度，以防早期失效。由于模具材料的硬度和组织是影响模具耐磨性能的重要因素，因此为了提高冷作模具的抗磨性能，通常要求模具硬度高于加工件硬度30%50%，材料的组织为回火马氏体或下贝氏体，其上分布均匀、细小的粒状碳化物。要达此目的，模具钢中碳的质量分数一般都在0.60%以上。,2.1冷作模具钢的性
2、能要求及分类,下一页,返回,2.模具的韧性 模具材料的韧性，要根据模具工作条件来决定。对于受强烈冲击载荷的模具，如冷作模具的凸模和冷镦模具等，因受冲击载荷较大，需要高的韧性；对于一般工作条件下的冷作模具，通常受到的是小能量多次冲击载荷的作用，模具的失效形式是疲劳断裂，因此模具不必具有过高的冲击韧度值。 3.模具的强度 模具的强度是指模具零件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。强度指标是冷作模具设计和材料选择的重要依据，主要包括&拉伸屈服点和压缩屈服点等。,2.1冷作模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,屈服点是衡量模具零件塑性变形抗力的指标，也是最常用的强度指标。为了获得高的强度，在模具
3、制造过程中应选择合适的模具材料，并通过适当的热处理工艺来达到其要求。 4.模具的抗疲劳性能 冷作模具通常是在交变载荷的作用下发生疲劳破坏的，因此为了提高模具的使用寿命，需要有较高的抗疲劳性能。导致模具疲劳失效的因素有钢中带状和网状碳化物、粗大晶粒；模具表面有微小刀痕、凹槽及截面尺寸变化过大和表面脱碳等。,2.1冷作模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,5.模具的抗咬合性 当冲压材料与模具表面接触时，在高压摩擦下润滑油膜被破坏，此时被冲压件金属-“冷焊”在模具型腔表面形成金属瘤，从而在成形工件表面划出道痕。咬合抗力就是对发生“冷焊”的抵抗力.影响咬合抗力的主要因素是成形材料的性质，如镍基
4、合金、奥氏体不锈钢和精密合金等有较强的咬合倾向。模具材料及润滑条件也对抗咬合性有较大的影响。 2.1.2冷作模具钢的工艺性能要求 根据模具生产厂家统计，在模具制造中模具的工艺性能是影响模具成本的一个重要因素，,2.1冷作模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,特别是小型精密复杂模具，模具材料费用占总成本的10%20%，而机械加工、热处理、装配和管理费用等要占总成本的80%以上.冷作模具的工艺性能要求有可锻性、可加工性、可磨削性和热处理工艺性能等。 1.可锻性 锻造不仅减少了模具材料的机械加工余量，节约钢材，而且改善了模具材料的内部缺陷，如碳化物偏析、减少有害杂质、改善钢的组织状态等。为了
5、获得良好的锻造质量、对可锻性的要求是：热锻变形抗力低、塑性好、锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及析出网状碳化物的倾向性小。,2.1冷作模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,2.可加工性 对可加工性的要求是：切削力小、切削量大、刃具磨损小以及加工后模具表面光洁。冷作模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢，在大多数冷作模具钢切削加工工艺都比较困难，为了获得良好的切削加工性，需要对冷作模具钢进行正确的热处理，对于表面质量要求较高的模具可选用含S和Ca等元素的易切削模具钢。 3.可磨削性 为了保证模具具有较好的表面粗糙度和尺寸精度,大部分模具必须经过磨削加工.对可磨削性的要求是：对砂轮质量及冷却条件不敏感
6、,不易发生磨伤和磨裂.改善模具钢的可磨削性,可以通过在炼钢过程中加入变质剂如（Si、Ca和稀土元素）等。,2.1冷作模具钢的性能要求及分类,下一页,返回,上一页,4.热处理工艺性能 热处理工艺性能主要包括：淬透性、淬硬性、耐回火性、过热敏感性、氧化脱碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。 2.1.3冷作模具钢的分类 冷作模具一直是应用广泛的一类模具，其产值占模具产值的1/3左右，采用的材料也很广泛，从各种碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢、基体钢、硬质合金、钢结硬质合金、粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢!直到结构钢、锌合金和增强塑料等。常用的冷作模具钢的分类见表2-1,2.1冷作模具钢的性能要求及分类
7、,返回,上一页,2.2.1低淬透性冷作模具钢 低淬透性冷作模具钢中，使用最多的是碳素工具钢和GCr15轴承钢.表2-2是几种典型碳素工具钢和GCr15轴承钢的成分和相对性能. 1.T8、T8A钢 T8钢淬火加热时容易过热，变形也大，塑性及强度也比较低，不宜制造承受较大冲击的工具；但价格便宜、材料来源广、热处理温度低，热处理后有较高的硬度及耐磨性，因此多用来制造切削刃口在工作时不变热的工具，形状简单的冷作模具（如冲模等）及热固性塑料压缩模等。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,2.T10、T10A钢 T10、T10A钢是工模具行业应用最多的碳素工具钢。T10钢在淬火加热时（温度达800）不
8、致过热，淬火后钢中有未溶的过剩碳化物，所以具有比T8钢、T8A钢高的耐磨性，但淬火变形收缩明显#该钢价格便宜、热处理温度低，热处理后有较高的硬度及耐磨性，但其淬透性差，常规淬火后硬化层浅，通常只有1.55mm.一般采取220250回火时综合性能较好，适合制作形状简单的冷作模具和塑料成型模具。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,3.GCr15钢 GCr15钢是专用的轴承钢之一,但也常用来制造冷作模具,如落料模、冷挤压模和成型模等。 该钢具有过共析成分，与碳素工具钢相比添加了一定量的Cr，因此其淬透性、硬度和耐磨性都比碳素工具钢高，接触疲劳强度也高。该类钢在淬火、回火时尺寸变化不大。
9、由于合金元素的加入提高了钢的淬透性，因而油冷淬火可以代替水冷淬火，淬火应力小，降低了模具变形和开裂的倾向。马氏体在回火时不易分解，分解后的碳化物也不易集聚长大，耐回火性有所上升。低温回火后的工模具有较高的强韧性和耐磨性，使用寿命可大幅度提高。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,由于具备这些特点，在模具制造上多用于制造拉丝模和冷镦模等模具。 2.2.2 低变形冷作模具钢 低变形冷作模具钢是在碳素工具钢基础上加入少量合金元素而发展起来的。通常加入的合金元素有Cr、Mn、Si、W、和V等。其主要作用是提高淬透性，减小淬火变形开裂倾向，形成特殊碳化物，细化晶粒，提高回火稳定性。因此这类模
10、具钢的强韧性、耐磨性、热硬性都比碳素工具钢高，使用寿命也较碳素工具钢长。 表2-11 为低变形冷作模具钢的化学成分及基本特点，其中CrWMn、9Mn2V是典型钢种。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,1.CrWMn钢 CrWMn钢具有高淬透性，由于W形成碳化物，这种钢在淬火和低温回火后具有比Cr2钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物、更高的硬度及耐磨性，此外W还有助于保存细小晶粒，从而使钢获得较好的韧性。所以CrWMn钢制成的刃具的崩刃现象较少,并能较好地保持刀刃形状和尺寸。但是CrWMn钢对网状碳化物比较敏感，这种网状碳化物的存在使工具刃部有剥落的危险，从而缩短工模具的使用寿命。因
11、此有网状碳化物的钢，必须根据其严重程度进行锻压、退火和淬火，并建议采用碳化物超细化处理工艺。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,CrWMn钢的耐磨性、热硬性、强韧性均优于碳素工具钢，是使用较为广泛的冷作模具钢。主要用于制造变形小，形状较复杂的轻载冲裁模（冲裁板厚小于2mm），轻载拉延、弯曲和翻边模等。 2.9Mn2V钢 9Mn2V钢是利用我国丰富的锰、钒资源研制出来的不含Cr的冷作模具钢，其中2E的质量分数高达1.70%2.00%主要是为了提高钢的淬透性。钢是一种综合力学性能优于碳素工具钢的低合金工具钢!具有较高的硬度和耐磨性，淬火变形较小，淬透性很好。由于钢中含有一定量的V，细
12、化了晶粒，减小了钢的过热敏感性，碳化物较细小且分布较均匀。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,9Mn2V钢碳化物细小均匀，冷加工工艺性，热加工工艺性都较好，但淬透性、淬硬性、耐回火性和强度稍低于CrWMn，并且有明显的低温回火脆性。9Mn2V钢适于制造各种精密量具、样板、也用于制造一般要求、尺寸比较小（厚度小于4mm）的冲模、冷压模、雕刻模、落料模等模具。刃磨寿命稳定在23.5万次水平。比碱浴淬火的T10A钢提高50%150%。 3.9CrWMn钢 9CrWMn钢和CrWMn钢是化学成分相近、性能相似的低合金冷作模具钢。由于这类钢含有0.90%左右的Mn、1.00%左右的Cr和1
13、.00%&左右的W，其淬透性比Cr钢高。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,由于W形成碳化物，因此这种钢在淬火和低温回火后具有比Cr2钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度和耐磨性。W还能细化晶粒，从而使钢获得较好的韧性并能减小过热敏感性。该类钢在800淬火时，抗弯强度和韧性最高；约在300回火时，冲击韧度值最低，因此9CrWMn钢应避免在300左右回火。9CrWMn钢对形成网状碳化物比较敏感，这种网状碳化物的存在会使模具刃部产生剥落的危险，从而降低模具使用寿命。因此对含有网状碳化物的钢应进行合理锻造，并推荐采用碳化物超细化处理具等。 9CrWMn钢通常用于制造截面不大而形
14、状复杂的冷冲模、各种量规和量具等。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,2.2.3高耐磨微变形冷作模具钢 高耐磨微变形冷作模具钢一般是高碳高铬钢，是一种高合金冷作模具钢!应用量最多最广泛。自20世纪70年代开始用于冷作模具，现已成为重载冲头的基本材料。代表钢号有Cr12、Cr12MoV、Cr12MoV1、Cr12W、Cr12V、Cr4W2MoV、Cr5Mo1V、Cr6WV、LD（7 Cr7Mo2V2Si）、ER5（9Cr6W3MoV3Si）和GM（9 Cr6W3Mo2V2）等。这类钢大部分是莱氏体钢，组织中有大量共晶碳化物，淬火后有大量共晶碳化物存在，同时含有大量残留奥氏体，因此热
15、处理后变形小、耐磨性高、承载力大，经常用于制造在高耐磨，微变形，高负荷条件下工作的冷加工用模具，,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,但是由于高碳高铬莱氏体钢中有大量共晶碳化物分布不均匀，因此该类钢韧性较差易出现崩刃“脆裂现象。 新研制的耐磨钢（如LD、ER5和GM钢），因含多种碳化物形成元素，使碳化物弥散均匀分布，其耐磨性、强韧性、加工性能均优于传统的莱氏体钢，属高强韧性、高耐磨性冷作模具钢。应用这类钢提高了模具的使用寿命，值得进一步推广。 表2-20 为高耐磨微变形冷作模具钢的化学成分及基本特点。 1.Cr12钢 Cr12钢是一种应用广泛的冷作模具钢，在热处理专业化厂对外加工的
16、冷作模具钢中，Cr12钢要30%以上。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,该类模具钢属高碳高铬类型的莱氏体钢，碳的质量分数高达2%&以上，所以冲击韧度较差、易脆裂，而且容易形成不均匀的共晶碳化物。Cr12钢中存在大量Cr元素，主要形成（CrPe）7C3型化合物，而渗碳体型碳化物极少#淬火加热时碳化物大量溶入奥氏体中，淬火后得到高硬度马氏体，回火时马氏体析出大量弥散分布的碳化物。由于其硬度很高，因而提高了钢的耐磨性。Cr又使等温转变曲线右移，从而增加了钢的淬透性。马氏体相变点低!淬火后模具钢中有大量的残留奥氏体!减少了模具淬火时的变形量。由于Cr12钢具有高硬度和良好的耐磨性，所以
17、冷作模具广泛用来制造形状复杂的重载冷作模具，如切边模、落料模、拉丝模和搓丝模等。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,由于该类钢脆断倾向性大!将逐渐被其他新钢种替代，相应使用范围正在缩小。 2.Cr12Mo1V1（D2）钢 D2钢是国际上应用较广泛的高碳高铬冷作模具钢，属莱氏体钢，具有高的淬透性、淬硬性和耐磨性，高温抗氧化性能好，淬火和抛光后抗锈蚀能力好，热处理变形小，宜制造各种要求高精度、长寿命的冷作模具、刀具和量具，例如形状复杂的冲孔凹模、冷挤压模、滚螺纹轮、搓螺纹板、冷剪切刀和精密量具等。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,3.Gr6WV钢 Gr6WV钢是一类具
18、有较好综合性能的中合金冷作模具钢，淬火后变形小，淬透性良好，具有较好的耐磨性和一定的冲击韧度，由于合金元素和碳含量较低，所以比Cr12钢和Cr12MoV钢的碳化物分布均匀。 Gr6WV钢具有广泛的用途，可以制造高强度、要求具有一定耐磨性和能经受一定冲击载荷的模具，如钻套、冷冲模及冲头、切边模、压印模、螺纹滚模、搓螺纹板，以及量块、量规等。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,2.2.4高强度高耐磨冷作模具钢 传统的高速钢（W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2）即是此类钢的典型钢种。高速钢具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性，采用低温淬火、快速加热淬火等工艺措施可以有效地改善其韧性，因此
19、越来越多地用于制造要求重载荷、高使用寿命的冷作模具。常用的钢号有：W18Cr4V（W18）、W6Mo5Cr4V2（M2）、W12Mo3Cr4V3N（V3N）、W9Mo3Cr4V（W9）以及为提高韧性而研制的降碳降钒高速钢6W6Mo5Cr4V（6W6）,这些高速钢在制造重载荷的冷作模具方面获得了良好的使用效果。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,高速钢主要用于重载冲头。如冷挤压冲头、冷镦冲头和中厚钢板冲孔冲头。 1. W18Cr4V钢 W18Cr4V钢为钨系高速钢，是莱氏体钢，具有高硬度、高强度、高抗压性、高耐磨性和高热稳定性等特点。对于要求有高热强性的工具和热作模具一般可以选用W
20、18Cr4V钢，其热处理范围较宽，淬火不易过热，热处理过程中不易氧化脱碳，磨削加工性能较好。W18Cr4V钢在500600时，硬度分别保持在5758HRC及5253HRC，对于大多数的被加工材料具有良好的切削性能。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,W18Cr4V钢中有较多的共晶碳化物，虽经轧制但仍呈不均匀分布，大截面钢材的碳化物偏析尤为严重，高温塑性较差，适于制作具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性能要求，承受高负荷，加工硬质材料的模具，如重载冲头和冷挤压模具等。 2.W6Mo5Cr4V2钢 W6Mo5Cr4V2钢为钨钼系通用高速钢的代表，以Mo代替了部分W，使铸态莱氏体得到细化，
21、轧制后碳化物不均匀程度较轻，粒度也细，因此该钢具有碳化物细小均匀、韧性高以及热塑性好等优点。由于资源与价格的关系，W6Mo5Cr4V2钢的韧性、耐磨性以及热塑性均优于W18Cr4V钢，硬度、热硬性和高温硬度与W18Cr4V钢相当，,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,因此W6Mo5Cr4V2钢除用于制造各种类型的普通工具外，还可以制作大型及热塑性成形刀具；由于强度高、耐磨性好，因而还可以制作高负荷下的耐磨损零件如冷挤压模具，但必须适当降低淬火温度以满足强度及韧性的要求。 W6Mo5Cr4V2钢高速钢易于氧化脱碳，在热加工及热处理时应加以注意。 2.2.5 抗冲击冷作模具钢 本类钢共
22、有5个牌号，成分接近合金调质钢，见表2-39。主要合金元素是Mn、Si、Cr、W、Mo。由于成分相近，此类钢具有一些共同特点，,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,如碳化物少、组织均匀、淬火组织以板条状马氏体为主，具有高抗弯强度、高冲击疲劳抗力、高韧性和良好的耐磨性。但也有抗压强度低、热稳定性差和淬火变形难以控制等缺陷。下面介绍典型钢种的特性。 1.弹簧钢 1）60Si2Mn钢 60Si2Mn钢是一种弹簧专用钢种，国外同类型的S5钢也作为冷作模具钢。60Si2Mn钢具有高屈服强度、高疲劳极限和优良的塑性等特点，而且价格低廉，热处理工艺简单，用来制造冲击工具、模具。,2.2冷作模具钢
23、性能介绍,下一页,返回,上一页,在标准件行业中多用来制造冷镦模冲头、螺母冷镦模具和冷冲孔模具等。60Si2Mn钢有较高的强韧性和抗回火稳定性!但耐磨性稍低，淬透性也不高。因含硅量高，因此有石墨化倾向，脱碳敏感性也较高。 2.耐冲击工具钢 耐冲击工具钢主要有铬钨硅系钢。铬钨硅系有3个典型牌号，即4CrW2Si、5CrW2Si和6CrW2Si。按GB/T 1299-2000标准，此类钢属于耐冲击工具钢，具有较高强韧性和耐磨性，既可作冷模具用钢，又可作耐冲击风动工具用钢。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,铬钨硅系钢应用范围：4CrW2Si钢渗碳淬火后具有外硬内韧的特点，承载能力及耐磨
24、性均超过低淬透性冷作模具钢，主要用于制造大、中型重载冷镦冲头及精压模；5CrW2Si钢综合力学性能良好，应用最广，主要制造大、中型重载冷剪刀片和中厚钢板穿孔冲头及风动工具等。6CrW2Si钢回火抗力、耐磨性稍高于5CrW2Si钢，但韧性较差，常用于失效形式为磨损和堆塌的重载冲模、压模。 1）4CrW2Si钢 4CrW2Si是在铬硅钢的基础上加入一定量的W而形成的钢种，由于加入W有助于淬火时保存比较细的晶粒，因此有可能在回火状态下获得较高的韧性。,2.2 冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,4CrW2Si钢还具有一定的淬透性和高温强度，该钢多用于制造在高冲击载荷下操作的工具。 3.刃具钢
25、1）9SiCr钢 9SiCr钢中含有Si和Cr所以具有高的淬透性和淬硬性，并且具有较高的回火稳定性。适于分级淬火和等温淬火。虽然9SiCr的淬透性不及CrWMn钢，但优于GCr15钢。钢中合金元素Si起着固溶强化作用，同时使钢的临界点提高，淬火后残留奥氏体量少，回火稳定性也较高，Si还可细化碳化物，有利于提高耐磨性和塑性变形抗力。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,9SiCr钢易于消除网状碳化物且使碳化物细小分布。9SiCr钢的缺点是易氧化脱碳，淬火加热时应加以注意，采取措施防止氧化脱碳的发生。 2.2.6高强韧性冷作模具钢 随着低合金钢，不锈钢和轴承钢冷挤压技术的发展，对冷作模
26、具钢提出了不仅要有高硬度、高耐磨性，而且还要有高韧性的要求。显然，上述的各类模具钢不能满足这些要求。铬钨硅系钢的耐磨性不够，而高铬，中铬钢以及高速钢中碳化物的数量多，韧性不足。为了满足冷挤压工艺发展的需要，目前已研制出多种高强韧性模具钢，如降碳高速钢、基体钢、低合金高强度钢和马氏体时效钢等。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,表2-50为该类典型钢种的成分。 一、降碳高速钢 6W6Mo5Cr4V（6W6）钢又称低碳M2钢，是为了提高韧性而研制出来的一种降碳降钒的低碳高速钢类型的冷作模具钢，相对于W6Mo5Cr4V2钢，C的质量分数降低了0.21%左右，V的质量分数降低了1.05%
27、1.11%。由于C和V的含量降低，碳化物的总量减少，使碳化物的不均匀性得到改善，淬火硬化状态的抗弯强度和塑性提高了30%50%，冲击韧度提高了50%100%，但淬火后硬度减少了23HRC。6W6钢的淬透性好，有类似于高速钢的高硬度、高耐磨性、高强度和良好的热硬性，而韧性又比高碳高速钢高，通常用于制造冷挤压模具、拉深模具，具有较高的使用寿命。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,二、基体钢 基体钢是指成分与高速钢淬火后的基体组织成分大致相同，而性能有所改善的一类钢，这类钢减少了共晶碳化物,并使其均匀分布，工艺性能好，强韧性明显提高。一般来说，在高速钢的基体成分上添加少量其他元素，适当
28、改变含碳量，以改善性能适应某些要求的钢，也称为基体钢。 高速钢具有较高的强度、硬度、热硬性和耐磨性。但韧性不足（这也是莱氏体钢的普遍缺点）。低合金高碳模具钢虽有较高的韧性和塑性，但强度、热硬性和耐磨性都不及高速钢。理想的模具钢是既具有高速钢的强度、热硬性、耐磨性，,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,又具有低合金模具钢的韧性和塑性，近年来研制的基体钢基本具有这样的特性。 基体钢性能较好,可以广泛应用于制造要求高负荷、高速耐冲击的冷、热变形模具。由于资料缺乏，有些基体钢还没有全面推广应用!在这里只能简单介绍部分基体钢。 1.6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）钢 65Nb钢是以W6M
29、o5Cr4V2高速钢为母体，在其淬火基体成分的基础适当增加含碳量，并加入适量铌合金的改型基体钢。它具有高速钢的高硬度和高强度，又因无过剩的碳化物，所以比高速钢具有更高的韧性和疲劳强度。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,由于65Nb钢中加入适量铌，能起到细化晶粒的作用，并能提高韧性和改善工艺性能，因此可以用来制造各类冷作模具，适于制造复杂、大型或加工难变金属的冷挤压模具以及受冲击负荷较大的冷镦模具，模具的使用寿命有明显提高。 65Nb钢可以取代高速钢或高碳高铬钢，适于制作形状复杂的有色金属挤压模、冷冲模、冷剪模及单位挤压力为2500MPa左右的黑色金属冷挤压模具。也可用于轴承、标
30、准件，汽车行业中的锻模、冲模及剪切模具，寿命可提高210倍。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,2.7Cr7Mo2V2Si（LD）钢 LD钢是一种不含钨的基体钢。LD钢的含碳量比65Nb钢高，合金元素V的含量也较高，因此在保持强韧性的情况下，其抗压强度、抗弯强度及耐磨性均比65Nb钢高；含碳量相当于Cr12MoV钢的一半左右，因此其共晶碳化物比Cr12MoV钢低得多。Cr是碳化物形成元素，在钢中主要以ChC6型碳化物存在。钢加热到1100以上，Cr的碳化物大量溶入奥氏体中，提高了钢的淬透性。Mo也是碳化物形成元素，主要碳化物为（Fe、Mo）6C，其作用与W相似，既可以提高淬透性，
31、强化回火时的二次硬化效果，也能细化晶粒，同时Mo还能降低共晶碳化物的不均匀度。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,V能细化晶粒，强烈引起二次硬化的元素，可提高耐回火性，增加耐磨性。加入质量分数1%左右的Si是为了强化基体，提高回火稳定性。与Cr12型冷作模具钢和W6Mo5Cr4V2高速钢比较，LD钢具有更高的强度和韧性，而且有较好的耐磨性，广泛用于制造冷挤、冷镦、冲压和弯曲等冷作模具，其使用寿命比高铬钢、高速钢提高几倍到几十倍。 三.低合金高强度钢 1.6CrNiMnSiMoV（GD）钢 基体钢虽然具有高强韧性和较好的耐磨性，但其合金度大于1.0%，成本较高；,2.2冷作模具钢性
32、能介绍,下一页,返回,上一页,其次，淬火温度区间较窄，一般不能用箱式电阻炉加热淬火，从而限制了该类钢在中小企业的推广使用。GD钢就是针对基体钢的上述缺陷而研制的一种新钢种。 6CrNiMnSiMoV（GD）钢属低合金高强韧性冷作模具钢，它的合金化特点是在CrWMn的基础上适当降低含碳量，以减少碳化物偏析，同时增加Ni、Si、Mn以加强基体的强度和韧性；少量的Mo和V可以细化晶粒、提高淬透性和耐磨性，增加耐回火性；Cr的作用主要在于提高淬透性。通过最佳的热处理工艺，可以使GD钢获得较多的板条马氏体，碳化物细小而均匀。GD钢的淬火温度较低，温度区间宽，尤其适合中小企业的热处理条件。,2.2冷作模具
33、钢性能介绍,下一页,返回,上一页,它可以替代CrWMn、9Mn2V钢和部分取代Cr12MoV钢，制造各种异形、细长薄片冷冲凸模，形状复杂的大型凸凹模，中厚板冲裁模及剪刀片和精密淬硬塑料模具等，模具的寿命大幅提高，具有显著的经济效益。 四.马氏体时效钢 1.00Ni18Co8Mo5TiAl【18Ni（250）】、00Ni18Co9Mo5TiAl【18Ni（250）】、00Ni18Co13Mo4TiAl【18Ni（300）】钢。 18Ni（250）、18Ni（300）、18Ni（350）钢是典型的马氏体时效钢，钢中含碳量较低，对时效硬化起作用的合金元素是Ti、Al、Co、Mo。,2.2冷作模具钢性
34、能介绍,下一页,返回,上一页,杂质对马氏体时效硬化钢的性能影响很大，对屈服强度较高的钢影响效果更明显。这就要求该类钢要经过真空冶炼，减少杂质、偏析和钢锭中的含气量，以保证钢有较好的韧性和抗疲劳性能。 在18Ni钢中，碳对钢的强度影响很大，即使含碳量极少，也会使马氏体强度显著提高。但在把碳的质量分数增至0.03%以后，又会降低钢的屈服强度。所以马氏体时效钢中碳的质量分数不宜超过0.03%。 18Ni钢中的S是有害的。S以硫化物的形式存在于钢内，并沿热轧方向分布，导致钢的各向异性，因此要求尽量降低18Ni钢中的含硫量。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,18Ni钢中加入大量的Ni主要
35、作用是保证固溶体淬火后能获得单一的马氏体，其次Ni对Mo作用形成时效强化相Ni3Mo，当Ni的质量分数超过10%还能提高马氏体时效钢的断裂韧度。 18aNi钢固溶以后形成超低碳马氏体，硬度为2830HRC，时效处理以后，由于各种类型的金属间化合物的脱溶析出得到时效硬化，硬度可以上升到50HRC，这类钢在高强度、高韧性的条件下，仍具有良好的韧性、韧性和高的断裂韧度。同时，这类钢无冷作硬化，时效热处理变形小，焊接性能良好，表面还可以渗氮处理等。 18Ni类低碳马氏体时效钢主要用来制造高精度、超镜面、型腔复杂、大截面以及大批量生产的模具，但由于价格昂贵，使应用受到限制。,2.2冷作模具钢性能介绍,下
36、一页,返回,上一页,2.2.7高耐磨高强韧性冷作模具钢 高强韧性钢虽然克服了高铬钢、高速钢的脆断倾向，但由于钢中含碳量的减少，其耐磨性不如高铬钢和高速钢。对一些以磨损为主要失效形式的模具，上述钢种仍满足不了要求。为此研制了高耐磨、高韧性的冷作模具钢!其典型钢种及化学成分见表2-71。 1.9Cr6W3Mo2V2（GM）钢 GM钢是一种高硬度冷作模具钢，是制作精密、耐磨和高使用寿命冷作模具的新钢种，属莱氏体钢，其主要性能均优于Cr12型钢。与Cr12MoV钢相比，GM钢中C及Cr含量减少一半，大大降低了共晶碳化物的不均匀程度。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,适当增加W、Mo、V
37、的含量，既可提高淬透性能，又可细化晶粒，提高基体强度，强化二次硬化效果。GM钢的二次硬化能力显著高于Cr12型高碳高铬钢，接近高速钢水平，GM钢硬化峰值在较宽回火温度范围出现，具有高的耐回火性。GM钢在韧性和强度上均优于高碳高铬钢及高速钢，硬度指标高于基体钢及高碳高铬钢，在抗粘着磨损上也优于基体钢和高铬钢并与高速钢相近，抗弯强度和压缩屈服点远高于高铬钢，其中抗弯强度高出约70%。 由于GM钢各项工艺性能好，具有最佳的强韧性和耐磨性配合，同时兼有良好的冷、热加工性和电加工性。因此，在多工位级进模、高强度螺栓滚丝模和电机转子片复式冲模上已经有很多应用。其使用寿命比65Nb、Cr12MoV钢提高2倍
38、以上。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,2.Cr8MoWV3Si（ER5）钢 ER5钢是美国专利钢种成分的基础上研制的新型冷作模具钢。与基体钢相比，ER5钢提高了含碳量、含钒量以及Cr、Mo、W等碳化物形成元素含量，因而ER5钢具有高耐磨性及高韧性，耐磨性比GM钢好，强韧性优于Cr12MoV钢，且耐磨性远远超过Cr12MoV钢。 ER5钢在冶炼、锻造、热处理、机加工和电加工等方面无特殊要求，生产加工工艺简单可行，材料成本适中，适用于制作大型重载冷镦模、精密冷冲模等。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,2.2.8特殊用途冷作模具钢 这类钢主要有两类：一类为典型的耐蚀
39、冷作模具钢，如9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4；另一类为无磁模具钢，如1Cr18Ni9Ti、5Cr21Mn9Ni4W、7Mn15Cr2A13V2WMo等。 一.耐蚀冷作模具钢 耐蚀冷作模具钢的成分特点是高碳高铬。淬火后，马氏体中Cr的质量分数高达12%左右，既具有高的硬度和耐磨性，又具有良好的耐蚀性能。 9Cr18钢属于高碳高铬马氏体不锈钢，其耐蚀性能较低碳不锈钢差，但它的力学性能，,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,特别是强度、硬度、耐磨性和切削性能显著提高。该钢的热处理一般采用淬火低温回火，热处理后具有高硬度、高耐磨性和耐腐蚀性能，适宜制造承受高耐磨、
40、高负荷以及在腐蚀介质下工作的塑料模具。该钢为莱氏体钢，容易形成不均匀的碳化物偏析而影响模具的使用寿命，所以在热加工时必须严格控制热加工工艺!注意选择适当的加工比。 二.无磁模具钢 无磁模具钢包括奥氏体不锈钢和高锰系奥氏体钢，代表钢号有奥氏体不锈钢：1Cr18Ni9Ti钢；高锰系奥氏体钢：5Mn15Cr8Ni5Mo3V2钢、7Mn10Cr8Ni10Mo3V2钢以及7Mn15Cr2Ai3V2WMo钢等。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,奥氏体不锈钢，具有较高的抗晶间腐蚀性能。这类钢经固溶后呈单相奥氏体组织，因此在强磁中不产生感应，适宜制造无磁模具和要求耐蚀性能的塑料模具。 高锰系奥
41、氏体钢在加热和冷却过程中无相变，始终保持奥氏体组织。由于高锰钢的冷作硬化现象导致切削加工较困难，经过适当地固溶和时效处理后有较好的综合性能。无磁模具钢主要用来制造磁性材料用的无磁模具，无磁轴承及其他要求在强磁场中不产生磁感应的结构零件，还可以用来制造工作应力较高，使用温度超过700的热作模具。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,1.1Cr18Ni9Ti钢 1Cr18Ni9Ti钢属奥氏体不锈耐酸钢。由于钢中含Ti使钢具有较高的抗晶间腐蚀性能，在一些不同浓度、不同温度的有机酸和无机酸中，尤其是在氧化性介质中都具有良好的耐腐蚀性能。这类钢经过热处理（10501100，在水中或在空气中淬
42、火）后，呈单相奥氏体组织，因此在强磁场中不产生磁感应，适宜制造无磁模具和要求高耐蚀性能的塑料模具。 2.7Mn15Cr2Al13V2Wmo（7Mn15）钢 7Mn15钢是一种无磁冷作模具钢，在各种状态下都保持稳定的奥氏体组织，具有非常低的导磁系数，高的硬度、强度，较好的耐磨性。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,由于高锰钢的冷作硬化现象导致切削加工比较困难。采用高温退火工艺，可以改变碳化物的颗粒大小与分布状态，从而明显地改善钢的切削加工性能。采用气体软氮化工艺，可以进一步提高钢的表面硬度，增加耐磨性，显著地提高零件的使用寿命。 7Mn15钢适于制造无磁模具、无磁轴承及其他要求在强
43、磁场中不产生磁感应的结构零件。此外，由于该钢具有较高的高温强度和硬度，也可以用来制造在700800下使用的热作模具。 2.2.9硬质合金 硬质合金的种类很多，但制造模具用的硬质合金通常是金属陶瓷硬质合金和钢结硬质合金。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,1.金属陶瓷硬质合金 此类合金是将一些高熔点“高硬度的金属碳化物粉末（如WC和TiC）和黏结剂（Co和Ni）混合后，加压成型，再经烧结而成的一种粉末冶金材料。根据金属碳化物种类通常将其分为钨钴类硬质合金和钨钴钛类硬质合金。冷冲模用硬质合金一般是钨钴类。表2-94是钨钴类硬质合金的成分与性能。 金属陶瓷硬质合金的共性是：具有高的硬度
44、，高的抗压强度和高的耐磨性，脆性大，不能进行锻造及热处理。主要用来制作多工位级进模，大直径拉深凹模的镶块。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,2.钢结硬质合金 钢结硬质合金是以难熔金属碳化物为硬质相，以合金钢为黏结剂，用粉末冶金方法生产的一种新型模具材料，它具有金属陶瓷硬质合金的高硬度、高耐磨、高抗压性，又具有钢的可加工性和热处理性。它的出现填补了工具钢与普通硬质合金的空白。硬质相主要是碳化钨和碳化钛，我国是以TiC为硬质相起步，并以GT35牌号供应市场。WC钢结硬质合金是我国20世纪60年代研制的，牌号为TLMW50。,2.2冷作模具钢性能介绍,下一页,返回,上一页,第二代WC
45、硬质合金是我国20世纪80年代初研制成功的，简称DT合金。它保持了TLMW50钢的高硬度、高耐磨性，又较大幅度地提高了强度和韧性，因而能承受较大负荷的冲击，同时还具有较好的抗热裂能力，不易出现崩刃、碎裂等，是较理想的工模具材料之一。,2.2冷作模具钢性能介绍,返回,上一页,2.3.1冷作模具钢的选用原则 选择冷作模具钢时，应遵循的基本原则是：首先要满足模具的使用性能要求，兼顾模具钢的工艺性和经济性。在确定模具使用性能时，应从模具结构、工作条件、制品形状及尺寸，加工精度和生产批量等方面加以综合考虑。一般对于形状复杂、尺寸精度要求高的模具，应选用低变形模具钢；承受负荷大的模具，应选用高强度强度模具
46、钢；承受强烈摩擦和磨损的磨具，应选用高硬度、耐磨性好的模具钢；承受冲击负荷大的模具，应选用韧性高的模具钢。图2-1表示以T10A钢为基准，按性能要求选用常用冷作模具钢的大致方向。,2.3冷作模具钢的选用,下一页,返回,2.3.2常用冷作模具钢的选用 1.冷冲裁模具钢的选用 冷冲裁模具钢的选用主要根据产品的形状和尺寸、被冲材料特性、工作载荷大小、失效形式、生产批量和模具成本等因素来决定。 一般形状简单、载荷轻的冲裁模，可尽量采用成本低的碳素工具钢制造，只要热处理工艺适当，完全可以达到使用要求。 形状复杂、尺寸较大、工作载荷较轻且要求热处理变形小的冲裁模，可选用低合金工具钢制造。 对于大、中型模具
47、，制造工艺复杂，加工成本高，材料成本只占模具总成本的10%18%，,2.3冷作模具钢的选用,下一页,返回,上一页,因此选用高耐磨、高淬透性、变形小的高碳中铬钢、高铬钢、高速钢、基体钢以及高强韧性低合金冷作模具钢制造。 对于大量生产的冷冲裁模，要求使用寿命高，可选用硬质合金、钢结硬质合金来制造。 在选用冷作模具材料时，一定要重视新模具材料的应用。其中：Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV、GD、LD、GM、ER5、8Cr2MnWMoVS、65NB和7CrSiMnMoV等替代一些老钢种可以获得良好的效果。 2.冷挤压模具钢的选用 为了提高冷挤压模的使用寿命，保证冷挤压模具有良好的
48、性能，在选材上应注意以下几点：,2.3冷作模具钢的选用,下一页,返回,上一页,（1）碳素工具钢和低合金工具钢淬硬性、强韧性和耐磨性较差，使用中易折断、弯曲和磨损，有时挤压模具会被压成鼓形，只宜作挤压应力较小、批量也不大的正挤压模具。 （2）型钢是正挤压模具普遍采用的钢种，但在使用中因韧性低!碳化物偏析严重，其脆断倾向大，因而正逐步被新型冷作模具钢替代。 （3）高速钢的抗压强度、耐磨性在冷作模具钢中最高，特别适宜制作承受高挤压负荷的反挤压凸模。但高速钢与Cr12型钢有同样的问题，即韧性低，易脆断，W18Cr4V钢更严重。为克服高速钢的缺点，发扬其优点，生产中常用低温淬火来提高钢的断裂抗力。,2.
49、3冷作模具钢的选用,下一页,返回,上一页,（4）降碳高速钢和基体钢用于冷挤压模具效果十分显著，降碳高速钢主要用于冷挤压冲头。但对于大批量生产的模具，这两类钢的耐磨性还有所欠缺。 （5）对于大批量生产的冷挤压模具，应采用硬质合金。应用最多的是钢结硬质合金，常用来作冷挤压凹模。 3.拉深模具钢的选用 拉深模具的耐磨性能好坏与被拉材料的种类、厚度、变形量、润滑方法以及模具的设计和加工精度等因素有关。因此，对这类模具钢的选择，应按照其具体工作条件来决定。对于中、小型模具，可选用质量较好的模具钢；对于大、中型模具，在满足模具使用性能要求的前提下，应尽量采用价格低廉的材料，,2.3冷作模具钢的选用,下一页
50、,返回,上一页,如球墨铸铁等；对于大批量生产的模具或模具上磨损严重的部位，可采用镶嵌模块式的办法解决，即在合金铸铁模框中镶嵌质量较好的材料作模芯。 为了防黏附，在拉深铝、铜合金和碳素钢时，可对凸模和凹模材料进行渗氮和镀铬。拉深奥氏体不锈钢时，采用铝青铜作凹模材料，对抗黏附性能起到很好的作用。当生产批量较大、需采用高碳中铬钢或高碳高铬钢作凹模材料时，应进行渗氮和抛光，同样也有防黏附的效果。硬质合金虽然适合于大量生产的模具，但在无润滑情况下，极易发生黏附。,2.3冷作模具钢的选用,下一页,返回,上一页,4.冷镦模具钢的选用 根据冷镦模具的工作条件及硬化层不能过浅也不能将整个截面淬硬的特点，对这类模具钢的选择应按模具零件不同部位的受力情况、截面大小、硬化层深度要求以及生产批量的大小等因素来决定。 对于轻负荷的小型凹模，大都采用表面具有一定硬化层的整体模块。当要求硬化层深度不大时，可选用T10A钢（淬硬层1.52mm）制造；如要求较深些的硬化层，则可选用低合金工具钢；在这种场合下选用高淬透性钢是不适宜的。对于负荷较重和形状较复杂的凹模，可选用高碳中铬钢或高速钢、基体钢制作的嵌镶模块，这种嵌镶模块可以用压入法或热套法嵌入用韧性较好的材料制成的模套内。,
