冷作模具钢Word文档格式.docx
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高韧性高耐磨性冷作模具钢
7Cr7Mo2V2Si
火焰淬火冷作模具钢
7CrSiMnMoV
热作模具钢
主要用于制造对高温状态的金属进行热成形的模具。
如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热剪切模具等。
这类钢含碳量一般为0.3%~0.5%，添加提高高温性能的钨、钼、铬、钒等合金元素，又分为锻造模块用钢、铬钼系热作模具钢、铬钨系热作模具钢、奥氏体型高温热作模具钢等。
特殊要求的热作模具有时采用高温合金和难熔合金制造。
常用热作模具钢化学成分见表1-1-2。
表1-1-2常用热作模具钢化学成分w/%
锻压模块用钢
5CrNiMo
Ni
5CrMnMo
5NiCrMoV
5Cr2NiMoV
铬钼系热作模具钢
4Cr5
MoSiV
MoSiV1
W2VSi
0.60~
MoWSiV
铬钨系热作模具钢
3Cr2
W8V
4Cr3Mo3SiV
5Cr4W5Mo2V
5Cr4W2Mo2SiV
5CrMO3SiMnVAl
Al
3Cr3Mo3W2V
奥氏体型高温热作模具钢
5Mn15
Cr8Ni5
Mo3V2
塑料模具用钢
近40年来，随着石油化工工业的开展，塑料已成为重要的工业原材料；
因此，塑料制品成形用的模具需要量迅速增长，不少工业兴旺国家塑料模具的产值已经超过冷作模具的产值，在模具制造业中居首位。
由于不同类型的塑料制品对模具钢的性能要求有差异，因此在不少国家已经形成包括范围很广的专用塑料模具用钢系列，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、耐蚀型、易切削型、马氏体时效型塑料模具钢以及适应低外表粗糙塑料制品模具用的镜面抛光型塑料模具用钢。
常用塑料模具钢的化学成分见表1-1-3。
表1-1-3常用塑料成型模具用钢化学成分w/%
非合金塑料成型模具钢
45
0.17~
50
55
T8
T10
T12
渗碳型塑料模具钢
20Cr
12CrNi2
12CrNi3
20Cr2Ni4
20CrMnTi
预硬型塑料模具钢
3Cr2Mo
3Cr2MnNiMo
~1.15
5CrNiMnMoVSCa
8Cr2MnWmoVS
时效硬化型塑料模具钢
25CrNi3MoAl
06Ni6CrMoVTiAl
18Ni（250）
Co
Ti
耐蚀性塑料模具钢
4Cr13
9Cr18
Cr14Mo
Cr18MoV
1Cr17Ni2
整体淬硬型塑料模具钢
9Mn2V
CrWMn
9CrWMn
4Cr5MoSiV1
常用冲压材料简介：
选择冲压用材料时，首先应满足冲压件的使用要求。
一般来说，对于机器上的主要冲压件，要求材料具有较高的强度和刚度；
电机电器上的某些冲压件，要求有较高的导电性和导磁性；
汽车、飞机上的冲压件，要求有足够的强度，并尽可能减轻质量；
化工容器要求耐腐蚀等。
同时，还应满足冲压工艺对材料的要求，以保证冲压过程顺利完成。
即：
应具有良好的塑性和外表质量，以及板料厚度公差应符合标准规定等。
冷冲压用钢大多为板材，它与易切削钢一样，都是着重要求工艺性能的钢类。
由于冲压工艺使材料利用率高，工艺流程简便，便于组织流水作业，能冲制出形状复杂﹑互换性好的零件。
冲压生产中常用的材料有金属板料和非金属板料。
金属板料又分黑色金属板料和有色金属板料两种。
料名称
牌号
材料状态
抗剪强度
t
/MPa
抗拉强度
σb
/MPa
伸长率
δ10〔%〕
屈服强度
σs
特性
及用图
普通
碳素钢
Q215
未退火
270～340
340～420
26～31
220
常用于制造拉杆﹑螺栓﹑心轴﹑垫圈﹑吊钩﹑套圈等要求不高的结构件，还常用于制作摩擦离合器﹑链环片﹑刹车钢带等。
Q235
310～380
380～470
21～25
240
Q275
400～500
500～620
15～19
280
牌号
抗剪强度t
t/MPa
σb/MPa
σs/MPa
08
260～360
330～450
32
200
05F
210～300
260～380
——
10
260～340
300～440
29
210
20
280～400
360～510
25
250
牌号
抗剪
强度
抗拉
强度
σb/MPa
δ10/〔%〕
屈服
25CrMnSi﹑25CrMnSi（A）
400～560
500～700
18
30CrMnSiA
440～600
550～750
16
牌号
抗剪
强度t//MPa
抗拉
强度σb/MPa
伸长率δ10〔%〕
屈服
强度σs/MPa
DT1
180
230
26
___
DT2
DT3
180
230
强度
t//MPa
强度σb/MPa
δ10/%
强度σs/MPa
T7A
600
750
T12A
T8A
600-950
750-1200
T9A
强度
t//MPa
强度σb/MPa
σs/MPa
伸长率δ10/%
60Si2Mn
720
900
———
强度t//MPa
1Cr13
320-380
400-470
21
2Cr13
320-400
400-500
3Cr13
400-480
500-600
480
4Cr13
15
500
1Cr18Ni9
460-520
580-640
35
1Cr18Ni9Ti
430-550
540-700
40
10Mn2
320-460
400-580
22
D11D12
190
A强度性能
〔1〕硬度
硬度是模具钢的主要技术指标，模具在高应力的作用下欲保持其形状尺寸不变，必须具有足够高的硬度。
冷作模具钢在室温条件下一般硬度保持在HRC60左右，热作模具钢根据其工作条件，一般要求保持在HRC40~55范围。
对于同一钢种而言，在一定的硬度值范围内，硬度与变形抗力成正比；
但具有同一硬度值而成分及组织不同的钢种之间，其塑性变形抗力可能有明显的差异，如图1-2-1所示不能充分反响模具钢的变形抗力。
〔2〕红硬性
在高温状态下工作的热作模具，要求保持其组织和性能的稳定，从而保持足够高的硬度，这种性能称为红硬性。
碳素工具钢、低合金工具钢通常能在180~250℃的温度范围内保持这种性能，铬钼热作模具钢一般在550~600℃的温度范围内保持这种性能。
钢的红硬性主要取决于钢的化学成分和热处理工艺。
〔3〕抗压屈服强度和抗压弯曲强度
模具在使用过程中经常受到强度较高的压力和弯曲的作用，因此要求模具材料应具有一定的抗压强度和抗弯强度。
在很多情况下，进行抗压试验和抗弯试验的条件接近于模具的实际工作条件〔例如，所测得的模具钢的抗压屈服强度与冲头工作时所表现出来的变形抗力较为吻合〕。
抗弯试验的另一个优点是应变量的绝对值大，能较灵敏地反映出不同钢种之间以及在不同热处理和组织状态下变形抗力的差异。
B韧性
在工作过程中，模具承受着冲击载荷，为了减少在使用过程中的折断、崩刃等形式的损坏，要求模具钢具有一定的韧性。
模具钢的化学成分，晶粒度，纯洁度，碳化物和夹杂物等的数量、形貌、尺寸大小及分布情况，以及模具钢的热处理制度和热处理后得到的金相组织等因素都对钢的韧性带来很大的影响。
特别是钢的纯洁度和热加工变形情况对于其横向韧性的影响更为明显。
钢的韧性、强度和耐磨性往往是相互矛盾的。
因此，要合理地选择钢的化学成分并且采用合理的精炼、热加工和热处理工艺，以使模具材料的耐磨性、强度和韧性到达最正确的配合。
冲击韧性系表特征材料在一次冲击过程中试样在整个断裂过程中吸收的总能量。
但是很多工具是在不同工作条件下疲劳断裂的，因此，常规的冲击韧性不能全面地反映模具钢的断裂性能。
小能量屡次冲击断裂功或屡次断裂寿命和疲劳寿命等试验技术正在被采用。
C耐磨性
决定模具使用寿命最重要的因素往往是模具材料的耐磨性。
模具在工作中承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在强烈摩擦下仍保持其尺寸精度。
模具的磨损主要是机械磨损、氧化磨损和熔融磨损三种类型。
为了改善模具钢的耐磨性，就要既保持模具钢具有高的硬度，又要保证钢中碳化物或其他硬化相的组成、形貌和分布比拟合理。
对于重载、高速磨损条件下服役的模具，要求模具钢外表能形成薄而致密粘附性好的氧化膜，保持润滑作用，减少模具和工件之间产生粘咬、焊合等熔融磨损，又能减少模具外表进行氧化造成氧化磨损。
所以模具的工作条件对钢的磨损有较大的影响。
耐磨性可用模拟的试验方法，测出相对的耐磨指数є，作为表征不同化学成分及组织状态下的耐磨性水平的参数。
图1-2-2为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行冲孔的试验结果，以呈现规定毛刺高度前的寿命，反映各种钢种的耐磨水平；
试验是以Cr12MoV钢为基准〔є=1〕进行比照。
图1-2-3是标准磨具进行耐磨性试验的结果，较好地反映工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨性水平。
D抗热疲劳能力
热作模具钢在服役条件下除了承受载荷的周期性变化之外，还受到高温及周期性的急冷急热的作用，因此，评价热作模具钢的断裂抗力应重视材料的热机械疲劳断裂性能。
热机械疲劳是一种综合性能的指标，它包括热疲劳性能、机械疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性三个方面。
热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹萌生之前的工作寿命，抗热疲劳性能高的材料，萌生热疲劳裂纹的热循环次数较多；
机械疲劳裂纹扩展速率反映材料在热疲劳裂纹萌生之后，在锻压力的作用下裂纹向内部扩展时，每一应力循环的扩展量；
断裂韧性反映材料对已存在的裂纹发生失稳扩展的抗力。
断裂韧性高的材料，其中的裂纹如要发生失稳扩展，必须在裂纹尖端具有足够高的应力强度因子，也就是必须有较大的裂纹长度。
在应力恒定的前提下，在一种模具中已经存在一条疲劳裂纹，如果模具材料的断裂韧性值较高，那么裂纹必须扩展得更深，才能发生失稳扩展。
也就是说，抗热疲劳性能决定了疲劳裂纹萌生前的那局部寿命；
而裂纹扩展速率和断裂韧性，可以决定当裂纹萌生后发生亚临界扩展的那局部寿命。
因此，热作模具如要获得高的寿命，模具材料应具备高的抗热疲劳性能、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值。
抗热疲劳性能的指标可以用萌生热疲劳裂纹的热循环数，也可以用经过一定的热循环后所出现的疲劳裂纹的条数及平均的深度或长度来衡量。
E咬合抗力
咬合抗力实际就是发生“冷焊〞时的抵抗力。
该性能对于模具材料较为重要。
试验时通常在干摩擦条件下，把被试验的工具钢试样与具有咬合倾向的材料〔如奥氏体钢〕进行恒速对偶摩擦运动，以一定的速度逐渐增大载荷，此时，转矩也相应增大，该载荷称为“咬合临界载荷〞，临界载荷愈高，标志着咬合抗力愈强。
表1-1-4列出了几种工模具材料及其外表强化工艺的咬合临界载荷。
表1-1-4几种工模具钢及其外表强化工艺的咬合临界载荷
试验材料
W6Mo5Cr4V2
渗硫
离子
渗氮
VC
渗层
TiC
硬质
合金
咬合临界载荷/N
16
23
24
42
73
75
77
工艺性能
在模具生产本钱中，材料费用一般占10%~20%，而机械加工、热处理、装配和管理费用占80%以上，所以模具的工艺性能是影响模具的生产本钱和制造难易的主要因素之一。
A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，以防止产生缺陷和废品。
另一方面，通过提高钢的纯洁度，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本钱。
为改善模具钢的冷加工性能，自20世纪30年代开始，研究向模具钢中参加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，开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、降低本钱。
B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；
淬硬性那么主要取决于钢中的含碳量。
对于大局部的冷作模具钢，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。
C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。
D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，以最终选定合理的模具材料。
坎德乐〔〕对几种通用型模具钢的6项主要性能指标进行了评分和比照〔见表1-1-5〕，可供选材时参考。
表1-1-5几种常用模具钢主要性能比照①
钢号②
耐磨性
韧性
红硬性
尺寸稳定性
可切削性
可磨削性
O1（9CrWMn）
A2（Cr5Mo1V）
D2（Cr12Mo1V1）
D3（Cr12）
53
70
85
32
20
10
80
90
65
35
30
93
25
15
H11（4Cr5MoSiV）
38
37
H13（4Cr5MoSiV1）
40
88
H19（4Cr4W4Co4V2Mo）
60
M2（W6Mo5Cr4V2）
M42（Mo9W1Cr4Vco8）
M3（W6Mo5Cr4V3）
95
①
以100为最正确；
②〔〕中为我国钢号，〔〕外为ASTM钢号。
A下料冲孔模具用钢
主要用于制造对金属或非金属板材进行下料、冲孔用的凸模和凹模。
当薄板放在凸模、凹模之间进行冲裁时，薄板在最初阶段产生变形，随着变形量的增加，薄板的下侧外表因受到大的拉应力而产生开裂。
在使用过程中，随着凹模和凸模的磨损量的增加，其刃部的尖角逐步变为圆角，导致薄板下侧产生的拉应力降低，薄板厚度方向受到压缩，增加了被冲裁板料的加工硬化和变形、延迟了板料产生裂纹的时间，坯料切断后，其断口周围产生毛刺，随着模具磨损量的增加，工件的毛刺高度增加，当毛刺高度超过规定要求时，模具就需要更换或返修。
下料冲孔模具用钢，一般根据被加工工件的材料种类、厚度、生产工件的批量和模具的尺寸精度、形状
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