模具钢

模具钢简介　　

　模具钢大致可分为（冷作模具钢）、（热作模具钢）和（塑料模具钢）3类，用于锻造、冲压、切型、压铸等。由于各种模具用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢，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。由于这类用途不同，工作条件复杂，因此对模具用钢的性能要求也不同。

　　冷作模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦模和冷挤压模等。冷作模具有钢，按其所制造具的工作条件，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。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢，碳质量分数在0.80%以上，铬是这类钢的重要合金元素，其质量分数通常不大于5%。但对于一些耐磨性要求很高，淬火后变形很小模具用钢，Zui高铬质量分数可达13%，并且为了形成大量碳化物，钢中碳质量分数也很高，Zui高可达2.0%~2.3%。冷作模具钢的碳含量较高，其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢类有高碳低合金钢、高碳高铬钢、铬钼钢、中碳铬钨钏钢等。

　　热作模具分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型，包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外，还要承受反复受热和冷却的做用，而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外，还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀性，此外还要求具有较高的淬透性，以保证整个截面具有一致的力学性能。对于压铸模用钢，还应具有表面层经反复受热和冷却不产生裂纹，以及经受液态金属流的冲击和侵蚀的性能。这类钢一般属于中碳合金钢，碳质量分数在0.30%~0.60%，属于亚共析钢，也有一部分钢由于加入较多的合金元素（如钨、钼、钒等）而成为共析或过共析钢。常用的钢类有铬锰钢、铬镍钢、铬钨钢等。

　　塑料模具包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具。塑料模具用钢要求具有一定的强度、硬度、耐磨性、热稳定性和耐蚀性等性能。此外，还要求具有良好的工艺性，如热处理变小、加工性能好、耐蚀性好、研磨和抛光性能好、补焊性能好、粗糙度高、导热性好和工作条件尺寸和形状稳定等。一般情况下，注射成形或挤压成形模具可选用热作模具钢；热固性成形和要求高耐磨、高强度的模具可选用冷作模具钢。

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模具钢的分类

　　2.1冷作模具钢

　　2.1.1高碳低合金冷作模具钢

　　9sicr、9crwmn、crwmn、cr2、9cr2mo、7crsimnmov、8cr2mnwmovs、cr2mn2siwmov

　　2.1.2抗磨损冷作模具钢

　　6cr4w3mo2vnb、6w6mo5cr4v、7cr7mo3v2si、cr4w2mov、cr5mo1v、cr6wv、cr12、cr12mov、cr12w、cr12mo1v1

　　2.1.3抗冲击冷作模具钢

　　4crw2si、5crw2si、6crw2si

　　2.1.4冷作模具碳素工具钢

　　t7、t8、t9、t10、t11、t12

　　2.1.5冷作模具用高速钢

　　w6mo5cr4v2、w12mo3cr4v3n、w18cr4v、w9mo3cr4v

　　2.1.6无磁模具用钢

　　7mn15cr2ae3v2wmo、1cr18ni9ti

　　2.2热作模具钢

　　2.2.1低耐热性热作模具钢

　　5crmnmo、5crnimo、4crmnsimov、5cr2nimovsi

　　2.2.2中耐热性热作模具钢

　　4cr5mosiv、4cr5mosiv1、4cr5w2vsi、8cr3

　　2.2.3高耐热性热作模具钢

　　3cr2w8v、3cr3mo3w2v、5cr4mo2w2vsi、5cr4mo3simnvae、5cr4w5mo2v、6cr4mo3ni2wv

　　2.3塑料模具钢

　　2.3.1碳素塑料模具钢

　　sm45、sm50、sm55

　　2.3.2预硬化型塑料模具钢

　　3cr2mo、3cr2nimnmo、5crnimnmovsca、40cr、42crmo、30crmnsini2a

　　2.3.3渗碳型塑料模具钢

　　20cr、12crni3a

　　2.3.4时效硬化型塑料模具钢

　　o6ni6crmovtiae、ini3mn2cuaemo

　　2.3.5耐腐蚀型塑料模具钢

　　2cr13、4cr13、9cr18、9cr18mo、cr14mo4v、1cr17ni2

　　另：

　　在钢板（板材）中，也有许多材质被列入模具钢系列：45（45#，45号），p20，s45c，s50c等等。

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模具钢工艺性能

可加工性

　　　——热加工性能，指热塑性、加工温度范围等；

　　——冷加工性能，指切削、磨削、抛光、冷拔等加工性能。

　　冷作模具钢大多属于过共析钢和莱氏体钢，热加工和冷加工性能都不太好，因此必须严格控制热加工和冷加工的工艺参数，以避免产生缺陷和废品。另一方面，通过提高钢的纯净度，减少有害杂质的含量，改善钢的组织状态，以改善钢的热加工和冷加工性能，从而降低模具的生产成本。

　　为改善模具钢的冷加工性能，自20世纪30年代开始，研究向模具钢中加入s、pb、ca、te等易切削加工元素或导致模具钢中碳的石墨化的元素，发展了各种易切削模具钢，以进一步改善其切削性能和磨削性能，减少刀具磨料消耗、降低成本。

淬透性和淬硬性

　　　淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火前的原始组织状态；淬硬性则主要取决于钢中的含碳量。对于大部分的冷作模具钢，淬硬性往往是主要的考虑因素之一。对于热作模具钢和塑料模具钢，一般模具尺寸较大，尤其是制造大型模具，其淬透性更为重要。另外，对于形状复杂容易产生热处理变形的各种模具，为了减少淬火变形，往往尽可能采用冷却能力较弱的淬火介质，如空冷、油冷或盐浴冷却，为了得到要求的硬度和淬硬层深度，就需要采用淬透性较好的模具钢。

淬火温度和热处理变形

　　　为了便于生产，要求模具钢淬火温度范围尽可能放宽一些，特别是当模具采用火焰加热局部淬火时，由于难于准确地测量和控制温度，就要求模具钢有更宽的淬火温度范围。

　　模具在热处理时，尤其是在淬火过程中，要产生体积变化、形状翘曲、畸变等，为保证模具质量，要求模具钢的热处理变形小，特别是对于形状复杂的精密模具，淬火后难以修整，对于热处理变形程度的要求更为苛刻，应该选用微变形模具钢制造。

氧化、脱碳敏感性

　　　模具在加热过程中，如果发生氧化、脱碳现象，就会使其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低；因此，要求模具钢的氧化、脱碳敏感性好。对于含钼量较高的模具钢，由于氧化、脱碳敏感性强，需采用特种热处理，如真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等。

其他因素

　　　在选择模具钢时，除了必须考虑使用性能和工艺性能之外，还必须考虑模具钢的通用性和钢材的价格。模具钢一般用量不大，为了便于备料，应尽可能地考虑钢的通用性，尽量利用大量生产的通用型模具钢，以便于采购、备料和材料管理。另外还必须从经济上进行综合分析，考虑模具的制造费用、工件的生产批量和分摊到每一个工件上的模具费用。从技术、经济方面全面分析，以Zui终选定合理的模具材料。[1]

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模具钢的用途

　　加工模具时用的，由于模具的用途很广，各种模具的工作条件差别很大，所以，制造模具用材料范围很广，在模具材料中应用Zui广的当属模具钢。从—般的碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、弹簧钢、高速工具钢、不锈耐热钢直到适应特殊模具需要的马氏体时效钢以及粉末高速钢、粉末高合金模具钢等。模具钢按用途一般可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢三大类。

1．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。

2．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。

3．塑料模具钢

　　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面抛光用塑料模具钢等。