一、冷作模具鋼

　　冷作模具鋼包括用于制造沖截的磨具(落料沖孔模、修邊模、沖針、剪子)、冷鐓模、冷擠壓模、彎曲模、拉絲模等

　　1.冷作模具鋼的工作性能和技術性能

　　冷作模具鋼在工作中．由于加工材料的變形抗力很大，模具工作部分承受著很大的壓力、彎曲力、沖擊力和摩擦力。因此，冷作模具穩(wěn)定報廢的原因一般是損壞．也有因破裂、崩力和變形偏差而提前無效的。

　　冷作模具鋼與刃具鋼對比．有許多相似之處。為了保證沖壓過程的順利發(fā)展，規(guī)定磨具具有較強的硬度和耐磨性、較強的抗拉強度和足夠的韌性，其區(qū)別在于磨具的外觀和加I工藝復雜．而且摩擦范圍大．損壞的可能性很大．所以很難磨刀。因此，規(guī)定耐磨模具在工作時承受較大的沖壓力．因為復雜的外觀容易引起應力，所以要求韌性高；磨具尺寸大，外觀復雜．因此，淬透性高，變形小，干裂選擇性強。簡而言之，冷模具鋼的淬透性、耐磨性和韌性要求高于刀具鋼．然而，在紅硬度水平上，規(guī)定較低或大多數(shù)沒有要求（畢竟是熱成型），因此也構成了一些適合冷模具的鋼種，如超耐磨、微變型冷模具鋼和高耐磨冷模具鋼的發(fā)展。進一步說明下面融合的相關鋼種。

　　2.鋼種挑選

　　一般接冷模具的適用范圍可分為以下四種情況：

　　(1)冷作模具規(guī)格小，外觀簡單，負載輕。比如．T7A可用于小沖針、剪鋼板剪刀等、T8A、T10A、制造T12A等碳素工具鋼。這種鋼的優(yōu)點是可加工性好，價格低，起源容易。但其缺點是淬透性低，耐磨性差，淬火變形大。因此，只適用于制造一些規(guī)格小、外觀簡單、負載輕、硬化層淺、耐磨性高的冷模具。

　　(2)冷作模具尺寸大，外觀復雜，負載輕。常見的鋼種有9SiCr、CrWMn、低合金刃具鋼，如GCr15和9Mn2V。這種鋼在油中的淬透孔徑可達40mm左右。9Mn2V鋼是我國近年來發(fā)展起來的一種無Cr的冷作模具．可替代或部分替代含CR的鋼。

　　9Mn2V鋼的滲碳體不均勻性和淬火裂紋選擇性小于CrWMN鋼，滲碳選擇性小于9SiCr鋼，淬火性大于碳工具鋼．其價格僅比后者高300左右％因此，它是一種值得推廣的鋼種。然而，9Mn2V鋼也存在斷裂韌性低等缺陷，在制造和使用過程中發(fā)現(xiàn)斷裂．此外，回火穩(wěn)定性較弱，200℃淬火時回火溫度一般不超過180℃，抗拉強度和韌性較低。

　　9Mn2V鋼可在硝鹽、滾油等冷卻能力較輕的淬火介質(zhì)中淬火。對于一些變形要求嚴格、強度規(guī)定不高的磨具，可采用馬氏體等溫淬火。

　　(3)冷作模具尺寸大，外觀復雜，負載重。必須選用中合金或高合金鋼鋼．如Cr12Mo、 Crl2MoV、 Cr6WV、除了高速鋼，Cr4W2MoV等。

　　近年來，高速鋼制冷模具的趨勢日益擴大，但應強調(diào)的是，此時不再利用高速鋼獨特的紅硬優(yōu)勢．用于高淬透性和高耐磨性。因此．熱處理方法應有所不同。

　　采用高速鋼制冷磨具時，．應采用低溫淬火．以提高韌性。例如，W18Cr4V鋼制作刀具時常見的淬火溫度為1280-1290℃。制作冷模時，應采用1190℃的低溫淬火。W6Mo5Cr4V2鋼也是如此．低溫淬火后，使用壽命大大提高，特別是折損率明顯降低。

　　(4)冷作模具受沖擊負荷，刀間薄。如上所述．前三種冷作模具鋼的性能指標主要是耐磨性高，因此均采用高碳過共析鋼甚至榮氏體鋼。但是對于一些冷模具，加裁邊樓、沖裁模等。．其對口薄弱．在使用過程中，受沖擊負荷的作用主要是要求較高的斷裂韌性。為了解決這一分歧．可采取以下措施．①減少合碳量．選用亞共折鋼．防止鋼的韌性因一次和二次滲碳而降低；②添加Si．、Cr等合金元素．為了提高鋼的回火穩(wěn)定性和回火溫度(240-270℃淬火)，有助于充分去除淬火應力，使其升高．而且不會降低強度；②添加W等產(chǎn)生難熔碳體元素，細化晶粒，提高韌性。常用的高耐磨冷作模具鋼有6Sicr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。

　　3.充分利用冷作模具的鋼特性潛力

　　冷卻模具采用Cr12槽鋼或高速鋼時，一個非常突出的問題是鋼的延性很大．易干裂的應用。因此，滲碳體必須通過足夠的鍛造來優(yōu)化．此外，還應開發(fā)新的鋼種。新鋼種發(fā)展的核心點應該是降低鋼的碳含量和滲碳體產(chǎn)生的總元素。近年來，中國研發(fā)并推廣了以下新鋼種，如表4.11所示。Cr4W2MoV鋼具有硬度高、耐磨性高、淬透性好等優(yōu)點．并具有較強的回火穩(wěn)定性和綜合物理性能．干制硅鋼片沖模等．使用壽命比Cr12MoV鋼提高1~3倍左右，但鋼煅燒溫區(qū)范圍狹窄，河縣干裂鍛造．鍛造溫度和Cr2Mn2SiWMoV鋼淬火溫度低，淬火變形小，淬火性高．7W7Cr4Mov鋼可替代W18Cr4V和Cr12Mov鋼．其特點是鋼的滲碳體不均勻性和韌性大大提高。

　　二、熱作模具鋼

　　1.熱作模具的工作性質(zhì)

　　熱模包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模。

　　二、熱作模具鋼

　　1.熱作模具的工作性質(zhì)

　　熱模包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模。如前所述．熱作模具工作性能的主要特點是與熱金屬接觸，這是與冷作模具工作性能的重要區(qū)別。因此，以下兩個方面會出現(xiàn)問題：

　　（l）金屬在模芯表面遇熱。錘鍛模一般工作．模芯的外觀溫度可達300~400℃以上，熱擠壓模具可達500-800℃以上；壓鑄模芯的溫度與壓鑄材料的類型和澆筑溫度有關。在壓鑄輕金屬時，模芯溫度可達1000℃以上。如此強的應用溫度會顯著降低模芯表面的硬度和強度，使用時容易堆放。因此．熱塑變抗力高，包括高溫硬度、高溫強度、強熱塑變抗力，實際上體現(xiàn)了鋼的高回火穩(wěn)定性。從而找到熱模鋼合金化的第一種方法，即添加CR、W、Si．等合金元素可以提高鋼的回火穩(wěn)定性。

　　(2)模芯表面金屬引起熱疲勞(開裂)。熱模的工作特點是間歇性．熱金屬每次形成后，都要用水、油、氣等物質(zhì)冷卻模芯表面。因而．熱模的工作環(huán)境是反復加熱和制冷，導致模芯表面的金屬反復加熱和冷縮，即不斷承受拉壓應力的作用．結果導致模芯表面開裂，稱為熱疲勞，因此對熱模具鋼給出了第二個基本使用性能規(guī)定．也就是說，它有很強的熱疲勞抗力。一般來說，危害鋼熱疲勞抗力的主要因素有：

　　①鋼的傳熱性。鋼傳熱性高，可降低磨具表面金屬的熱水平，進而降低鋼的熱疲勞選擇性。一般認為鋼的傳熱性與合碳量有關，含碳量大時傳熱性低，熱作模具鋼不宜選用高碳鋼。中碳鋼(C0)一般用于生產(chǎn).3％5~0.6％）合碳量過低．降低鋼的硬度和強度．也是不利的。

　　②鋼的零界點危害。一般鋼的零界點（Acl）越大．鋼的熱疲勞選擇性越小。因而．添加合金元素Cr通常通過添加合金元素、W、Si、提升鋼的零界點。然后提高鋼的熱疲勞抗力。

　　2.鋼常用熱作模具

　　(1)錘鍛模鋼。一般來說，錘鍛模鋼有兩個明顯的問題。一是工作時受沖擊負荷的影響．因此，對鋼材的物理性能要求很高，特別是對塑變抗力和韌性要求很高；二是錘鍛模截面尺寸較大（＜400mm)因此對鋼的淬透性要求很高，以保證所有磨具機構和性能均勻。

　　錘鍛樓常用的鋼有5CrNiMo、 5CrMnmo、 5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnmoSiV等。不同類型的錘眼模具應選用不同的材料。5CrNiMo適合大型或大型錘鍛模．也可以使用5CrNiTiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。5CrMnMO鋼一般用于中小型錘鍛模。

　　(2)熱擠壓模具用鋼，熱擠壓模具的工作特點是載入速度慢。因此，模芯的熱溫較高，一般可達500-800℃。對此類鋼材的性能指標要求以高溫強度強(即回火穩(wěn)定性強)和耐熱疲勞性強為主。適當降低對ak和淬透性的需求。一般熱擠壓模規(guī)格較小，常低于70~90 mm。

　　常見的熱擠壓模具有4CrW2Si、3Cr2W8V及5％熱作模具鋼，如Cr型．其成分如表4.16所示。其中4CrW2Si．可制作冷模具鋼或熱模具鋼．由于用途不同，可采用不同的熱處理工藝。冷模具采用低淬火溫度(870-900℃)和低溫或中溫回火解決；熱模具采用高淬火溫度(一般為950-1000℃)和高溫回火解決。

　　(3)壓鑄模用鋼。一般來說，壓鑄模鋼的性能指標與熱擠壓模鋼相似，即回火穩(wěn)定性高，熱疲勞抗力強。因此，通常選擇的鋼種與熱擠壓模具鋼大致相同．如果選擇4CrW2Sii，．鋼材，如3Cr2W8V。但與低溶點Zn合金壓鑄模具不同．可選用40Cr、30crmnsi和40crmo等。、4Cr5Mosiv等Cu合金壓鑄模型．多采用3Cr2W8V鋼。

　　近些年．隨著輕金屬壓鑄工藝的應用，鋁合金和鎳合金主要用于高熔點．或者對3Cr2W8V鋼進行CR-Al-用于制造輕金屬壓鑄模具的SI三元共滲。最近，高強度銅合金被用作國內(nèi)外輕金屬的壓鑄模材料。