合金模具钢

8.4.2　合金模具钢

合金模具钢用于制造各种模具的钢称为模具钢。根据使用性质不同可分为冷作模具钢和热作模具钢。

1．冷作模具钢

（1）用途

冷作模具钢主要用于制造接近室温冷状态（低于200℃～300℃）下对金属进行变形加工的模具，如冷冲模、冷镦模、冷挤压模以及拉丝模、滚丝模、搓丝模等。

（2）性能特点

冷作模具工作时，刃口部位承受很大的压力、冲击力，模具的工作部分与坯料之间产生强烈的摩擦。因此，冷作模具钢要求有较高的硬度和良好的耐磨性，以及足够的强度和韧性。对于高精度模具要求热处理变形小，大型模具要求具有良好的淬透性。

表8-8　常用低合金刃具钢的化学成分、热处理及用途（摘自GB/T 1299－2000）

注：S、P含量不大于0.30%。

表8-9　常用高速钢的化学成分、热处理及用途（摘自GB/T 3080-2001、GB/T 9943—1988）

（3）化学成分特点

①高碳　W_c＝1.0%～2.0%，高含碳量以保证高硬度（58～62HRC）及耐磨性。

②合金元素　Cr、Mo、W、V，提高淬透性、耐磨性，回火稳定性和细化晶粒，Mo还能改善钢的韧性。

（4）常用钢种

尺寸较小的、轻载的模具，可采用T10A，9SiCr，9Mn2V等一般刃具钢来作为模具材料。尺寸较大的、重载的或要求精度较高、热处理变形小的模具，一般都采用Cr12型钢如Cr12、Cr12MoV或W18Cr4V等。

（5）热处理特点

①碳素工具钢或低合金刃具钢

预备热处理：球化退火；最终热处理：淬火+低温回火。

②Cr12型冷作模具钢热处理方案有两种:

A．一次硬化法　工艺为：950℃～1000℃加热淬火+150℃～250℃回火，硬度为58～60HRC，这样处理的钢具有良好的耐磨性和韧性，用于重载模具。

B．二次硬化法　工艺为:1100℃～1150℃淬火+510℃～520℃回火三次，使之产生二次硬化后，硬度为60～62HRC，红硬性和耐磨性较高，但韧性较低，适用于在400℃～450℃温度下工作的模具。

Cr12型钢的最终热处理组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体。

常用冷作模具钢的牌号、化学成分、热处理工艺及用途如表8-10所示。

表8-10　常用冷作模具钢的牌号、化学成分、热处理工艺及用途（摘自GB/T 1299—2000）

2．热作模具钢

（1）用途

用于制造对金属进行热变形加工的模具，如热锻模、热镦模、热挤压模、精密锻造模、高速锻模等。

（2）性能特点

热作模具工作时受到较高的冲击载荷，同时模腔表面与炽热金属接触并摩擦，局部温度可达500℃以上，并且还要反复受热与冷却，常因热疲劳而使模腔表面龟裂。故要求在高温下有足够的强度、韧性和硬度，有较高的耐磨性、良好的导热性和抗热疲劳性。对于尺寸较大的模具，还应有较高的淬透性。

（3）化学成分特点

①中碳　W_c＝0.3%～0.6%，中含碳量以保证足够的强度、韧性和硬度。

②合金元素　常加入Cr、Mn、Si、Mo、W、V等合金元素，以提高淬透性、回火稳定性、耐磨性，并可抑制第二类回火脆性。Cr、Si、W提高抗热疲劳性等。

（4）常用钢种

制造中小型模具（模具有效厚度＜400mm）一般选用5CrMnMo，制造大型模具（模具有效厚度＞400mm）一般选用5CrNiMo，5CrNiMo钢的淬透性和抗热疲劳性比5CrMnMo好。

对于在静压力下使金属产生变形的挤压模和压铸模，由于变形速度小，模具与炽热金属接触时间长，需要模具具备较高的高温强度和较高的热硬性，通常采用3Cr2W8V或4Cr5W2VSi钢制造。

（5）热处理特点

热锻模坯料锻造后需进行退火，以消除锻造应力，利于切削加工；最终热处理为淬火+高温（或中温）回火，以获得均匀的回火索氏体（或回火屈氏体）组织，硬度为40HRC左右。回火温度则根据性能要求和淬火温度来选择。

常用热作模具钢的牌号、化学成分、热处理和用途如表8-11所示。

表8-11　常用热作模具钢的牌号、化学成分、热处理和用途（摘自GB/T 1299—2000）