[科普中國(guó)]-模具鋼

模具鋼是用來制造冷沖模、熱鍛模、壓鑄模等模具的鋼種。模具是機(jī)械制造、無線電儀表、電機(jī)、電器等工業(yè)部門中制造零件的主要加工工具。模具的質(zhì)量直接影響著壓力加工工藝的質(zhì)量、產(chǎn)品的精度產(chǎn)量和生產(chǎn)成本，而模具的質(zhì)量與使用壽命除了靠合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和加工精度外，主要受模具材料和熱處理的影響。

簡(jiǎn)介模具鋼大致可分為：冷軋模具鋼、熱軋模具鋼和塑料模具鋼三類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由于這類用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對(duì)模具用鋼的性能要求也不同。

冷軋模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具用鋼，按其所制造具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用于這類用途的合金工具用鋼一般屬于高碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.80%以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常不大于5%。但對(duì)于一些耐磨性要求很高，淬火后變形很小模具用鋼，最高鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)13%，并且為了形成大量碳化物，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)也很高，最高可達(dá)2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬于過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。

熱軋模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機(jī)鍛模、沖壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機(jī)械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的作用，而引起很大的熱應(yīng)力。熱作模具鋼除應(yīng)具有高的硬度、強(qiáng)度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應(yīng)具有良好的高溫強(qiáng)度、熱疲勞穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個(gè)截面具有一致的力學(xué)性能。對(duì)于壓鑄模用鋼，還應(yīng)具有表面層經(jīng)反復(fù)受熱和冷卻不產(chǎn)生裂紋，以及經(jīng)受液態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬于中碳合金鋼，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.30%~0.60%，屬于亞共析鋼，也有一部分鋼由于加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。

塑料模具包括熱塑性塑料模具和熱固性塑料模具。塑料模具用鋼要求具有一定的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、熱穩(wěn)定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理變形小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補(bǔ)焊性能好、粗糙度高、導(dǎo)熱性好和工作條件尺寸和形狀穩(wěn)定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形和要求高耐磨、高強(qiáng)度的模具可選用冷作模具鋼。1

分類美國(guó)按模具服役條件將模具鋼分為四大類，美國(guó)金屬學(xué)會(huì)工具鋼委員會(huì)列出了：冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼、塑膠模具鋼等四大類。其中，冷作模具鋼又分出12小類，熱作模具鋼9小類，塑料模具鋼2小類，塑膠模具鋼5小類。每個(gè)小類的選材又取決于三個(gè)主要因素：

◆ 尺寸大小和形狀的復(fù)雜性，

◆ 被加工的材料，

◆ 耐久性要求或設(shè)計(jì)壽命。1

冷作模具鋼（1）分為五組：W組、O組、A組、D組、S組。

◆ W組即水淬模具鋼，有11個(gè)鋼種，7個(gè)碳素模具鋼，含碳量從0.7%-1.3%。

◆ O組即油淬冷作模具鋼（俗稱油鋼），有4個(gè)鋼種，含碳量在0.85%-1.55%，

◆ A組即空淬中合金冷作模具鋼，有9個(gè)鋼種，含碳量從0.5%-2.25%。

◆ D組即高碳高鉻冷作模具鋼，有7個(gè)鋼種，含碳量0.9%-2.5%。

◆ S組即耐沖擊工具鋼，有7個(gè)鋼種，含碳量0.4%-0.6%。

用于冷作模具還有高速鋼（HSS組）和超高速鋼（SHSS組），鈷基硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金（HA組），粉末鋼和工程陶瓷（PIM組），碳鎢工具鋼（F組），特殊用途工具鋼（L組）。

（2）冷軋模具鋼的選用

冷軋模具鋼的主系列是高硬冷作類，主要用于要求高抗壓和耐磨為主的模具，硬度高于HRC60-62。對(duì)于要求耐沖擊、韌性高的模具，硬度低于HRC60- 62，主要用S類和部份A類和最普通的調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、熱作模具或基體鋼。對(duì)于大型沖壓模，如汽車外型沖壓件，主要用鑄鐵類。簡(jiǎn)易或壽命數(shù)量少的用鋅基合金或高分子復(fù)合材料。

高速鋼和超高速鋼在冷作模具中的應(yīng)用迅速增長(zhǎng)。主要是有高的"抗壓強(qiáng)度/硬度" 比值。且硬度可在HRC60-70之間選擇。

粉末模具鋼有優(yōu)良的耐磨壽命，硬度不大高HRC60-62，應(yīng)用相當(dāng)多。

碳素工具鋼在壽命10萬件的沖頭或軟材料沖壓模仍有一定的應(yīng)用范圍。1

熱軋模具鋼美國(guó)熱軋模具鋼分二大類：熱軋模具鋼，和超級(jí)熱強(qiáng)合金。

熱軋模具由于在有溫度的條件下工作，要求材料具有熱強(qiáng)性和熱耐磨性，為了保證模具的使用壽命模具要冷卻，熱冷交替模具會(huì)出現(xiàn)龜裂，即熱疲勞裂紋，所以材料又要求有抗裂紋能力和抗熱疲勞性能。

按熱強(qiáng)性排列的主系列進(jìn)行選材:

低合金調(diào)質(zhì)模具鋼（6G，6F2，6F3）→中鉻熱作模具鋼（H11、H12、H13）→鎢熱作模具鋼（H21，H22）。

非標(biāo)準(zhǔn)的熱作模具鋼：例如熱鐓鍛模具用時(shí)效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出現(xiàn)了不能滿足熱耐磨性時(shí)，可以選擇6H1，6H2。

當(dāng)要求模具以熱作耐磨性為主時(shí)，可以選擇D2，D4→M2，M4→粉末鋼。鋼結(jié)硬質(zhì)合金、鈷基硬質(zhì)合金的高溫耐磨性是很高的，但其熱疲勞性（即冷熱抗疲勞裂紋）很差，不能在急冷急熱狀態(tài)下使用。1

塑料模具鋼美國(guó)是最早在工具鋼中列出塑料模具專用鋼的國(guó)家，以P來表示為主，共分為五類。

◆ 滲碳型塑料模具鋼：P1，P2，P3，P4，P5，P6。這類鋼含碳量很低，主要是美國(guó)早期及用擠壓成型制模法，要求冷塑性好，有高的擠壓性能，成型后表面滲碳淬火提高表面硬度，使用壽命長(zhǎng)。芯部超低碳可使淬火時(shí)變形量最小。

◆調(diào)質(zhì)型塑料模具：P20，P21。塑料模具中P20的用量很大，已成為主體，大多數(shù)在預(yù)硬狀態(tài)時(shí)使用。

◆ 中碳合金工具鋼用于熱固性塑料模。鋼號(hào)有H13，而L2和S7，O1和A2也有應(yīng)用。這一類的特點(diǎn)是：

（1）基本屬二次硬化金鋼，500-600oC時(shí)的熱強(qiáng)性好。

（2）含鉻較高，大氣腐蝕性好。

（3）淬透性極好，適用于大模塊。

◆不銹鋼用于耐蝕性要求高的塑料模，主要鋼號(hào)有420，414L，440，416。

◆時(shí)效鋼是經(jīng)過時(shí)效處理而獲得高的使用性能。有兩種，一種是P21低碳Ni-A1時(shí)效鋼；另一類是18Ni馬氏體時(shí)效鋼。后者是用于宇航工業(yè)的無碳高純度、高強(qiáng)度、高韌性的材料。用于力學(xué)性能、尺寸精度、光潔度和耐蝕性都要求高的塑料模具中。

塑料模具鋼的選用

薄壁的塑料箱體，生產(chǎn)批量在小于10萬件時(shí)，用P20，P21預(yù)硬態(tài)（HB250～300），腐蝕性較強(qiáng)時(shí)用414L。

高壽命的普通塑料模，用P6或P20，經(jīng)滲碳一淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大時(shí)，可用O1，S7。腐蝕性較強(qiáng)時(shí)用420。

非高溫的熱固性模用P6，P20經(jīng)滲碳淬火后使用。腐蝕性強(qiáng)用420。

高溫?zé)峁绦运芰夏Ｓ肏13和S7或滲碳鋼P(yáng)4。這些含鉻較高有好的抗回火性和抗高溫氧化性。2

塑膠模具鋼塑膠模具鋼分預(yù)硬普通塑膠模具鋼，預(yù)硬優(yōu)質(zhì)塑膠模具鋼，預(yù)硬高硬度塑膠模具鋼，預(yù)硬抗腐鏡面塑膠模具鋼，抗腐鏡面塑膠模具鋼5小類塑膠模具鋼質(zhì)量等級(jí)分配

模具類別以美國(guó)SPI-SPE 為標(biāo)準(zhǔn)分下列各類。

一、101類模（SPI-SPE 標(biāo)準(zhǔn)1，000，000 啤或以上，長(zhǎng)期精密生產(chǎn)模）

1、需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖。

2、模胚材料硬度最低為 280BN。（DME #2 鋼 / 4140 鋼）

3、有膠位的內(nèi)模件鋼材一定要見硬至 48~50HRC。其余零件如行位，壓鎖，壓條等亦應(yīng)為硬件。

4、頂針板要有導(dǎo)柱。

5、行位要有硬片。

6、如有需求的話，上模，下模及行位要有溫度控制。

7、所有運(yùn)水道，建議采用無電浸鎳或用420 不銹鋼做模板。這樣可防止生銹及清理垃圾。

8、需要直身鎖或斜鎖。2

二、102類模。 （不超過1，000，000 啤，大量生產(chǎn)模具。）

1、需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖。

2、模胚材料硬度最低為 280BHN。（DME #2 鋼 / 4140 鋼）

3、有膠位的內(nèi)模件鋼材要見硬至最低 48~52HRC，其余有用的零件亦應(yīng)同一處理。

4、建議采用直身鎖或斜鎖。

5、下列項(xiàng)目可能或不需要。視乎最終生產(chǎn)數(shù)量而定。建議報(bào)價(jià)時(shí)如采用下列項(xiàng)目要檢查清楚是否需要：

A、頂針板導(dǎo)柱。

B、行位硬片。

C、電鍍運(yùn)水孔。

D、電鍍模腔。

三、103類模（少于500，000 啤，中量生產(chǎn)模。）

1、需要詳細(xì)模具結(jié)構(gòu)圖。

2、模胚材料硬度最小為 165BHN。 （DME #1 鋼 / 1040 鋼）

3、內(nèi)模鋼材為 P20（28~32HRC）或高硬度（36~38HRC）。

4、其余要求視乎需要而定。

四、104類模（少于100，000 啤，少量生產(chǎn)模）

1、需要模具結(jié)構(gòu)圖。

2、模胚材料 P20（28~32HRC）可用軟鋼或鋁。（1040 鋼）

3、內(nèi)模件可用鋁，軟鋼或其它認(rèn)可金屬。

4、其余要求視乎需要而定。

五、105類模。 （少于500 啤，首辦?；蛟囼?yàn)?zāi)＃?/p>

可用鋁鑄鐵或環(huán)氧樹脂或任何材料只要有足夠強(qiáng)度可生產(chǎn)最少測(cè)試數(shù)量便可。2

工藝性能在模具生產(chǎn)成本中，材料費(fèi)用一般占10%~20%，而機(jī)械加工、熱處理、裝配和管理費(fèi)用占80%以上，所以模具材料的工藝性能是影響模具的生產(chǎn)成本和制造難易的主要因素之一。

可加工性——熱加工性能，指熱塑性、加工溫度范圍等；——冷加工性能，指切削、磨削、拋光、冷拔等加工性能。

冷作模具鋼大多屬于過共析鋼和萊氏體鋼，熱加工和冷加工性能都不太好，因此必須嚴(yán)格控制熱加工和冷加工的工藝參數(shù)，以避免產(chǎn)生缺陷和廢品。另一方面，通過提高鋼的純凈度，減少有害雜質(zhì)的含量，改善鋼的組織狀態(tài)，以改善鋼的熱加工和冷加工性能，從而降低模具的生產(chǎn)成本。

為改善模具鋼的冷加工性能，自20世紀(jì)30年代開始，研究向模具鋼中加入S、Pb、Ca、Te等易切削加工元素或?qū)е履＞咪撝刑嫉氖脑?，發(fā)展了各種易切削模具鋼，以進(jìn)一步改善其切削性能和磨削性能，減少刀具磨料消耗、降低成本。2

淬透性和淬硬性淬透性主要取決于鋼的化學(xué)成分和淬火前的原始組織狀態(tài)；淬硬性則主要取決于鋼中的含碳量。對(duì)于大部分的冷作模具鋼，淬硬性往往是主要的考慮因素之一。對(duì)于熱作模具鋼和塑料模具鋼，一般模具尺寸較大，尤其是制造大型模具，其淬透性更為重要。另外，對(duì)于形狀復(fù)雜容易產(chǎn)生熱處理變形的各種模具，為了減少淬火變形，往往盡可能采用冷卻能力較弱的淬火介質(zhì)，如空冷、油冷或鹽浴冷卻，為了得到要求的硬度和淬硬層深度，就需要采用淬透性較好的模具鋼。2

淬火溫度和熱處理變形為了便于生產(chǎn)，要求模具鋼淬火溫度范圍盡可能放寬一些，特別是當(dāng)模具采用火焰加熱局部淬火時(shí)，由于難于準(zhǔn)確地測(cè)量和控制溫度，就要求模具鋼有更寬的淬火溫度范圍。

模具在熱處理時(shí)，尤其是在淬火過程中，要產(chǎn)生體積變化、形狀翹曲、畸變等，為保證模具質(zhì)量，要求模具鋼的熱處理變形小，特別是對(duì)于形狀復(fù)雜的精密模具，淬火后難以修整，對(duì)于熱處理變形程度的要求更為苛刻，應(yīng)該選用微變形模具鋼制造。2

氧化、脫碳敏感性模具在加熱過程中，如果發(fā)生氧化、脫碳現(xiàn)象，就會(huì)使其硬度、耐磨性、使用性能和使用壽命降低；因此，要求模具鋼的氧化、脫碳敏感性好。對(duì)于含鉬量較高的模具鋼，由于氧化、脫碳敏感性強(qiáng)，需采用特種熱處理，如真空熱處理、可控氣氛熱處理、鹽浴熱處理等。2

其他因素在選擇模具鋼時(shí)，除了必須考慮使用性能和工藝性能之外，還必須考慮模具鋼的通用性和鋼材的價(jià)格。模具鋼一般用量不大，為了便于備料，應(yīng)盡可能地考慮鋼的通用性，盡量利用大量生產(chǎn)的通用型模具鋼，以便于采購(gòu)、備料和材料管理。另外還必須從經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行綜合分析，考慮模具的制造費(fèi)用、工件的生產(chǎn)批量和分?jǐn)偟矫恳粋€(gè)工件上的模具費(fèi)用。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面全面分析，以最終選定合理的模具材料。2

性能要求1強(qiáng)度性能

（1）硬度硬度是模具鋼的主要技術(shù)指標(biāo)，模具在高應(yīng)力的作用下欲保持其形狀尺寸不變，必須具有足夠高的硬度。冷作模具鋼在室溫條件下一般硬度保持在HRC60左右，熱作模具鋼根據(jù)其工作條件，一般要求保持在HRC40~55范圍。對(duì)于同一鋼種而言，在一定的硬度值范圍內(nèi)，硬度與變形抗力成正比；但具有同一硬度值而成分及組織不同的鋼種之間，其塑性變形抗力可能有明顯的差別。

（2）紅硬性 在高溫狀態(tài)下工作的熱作模具，要求保持其組織和性能的穩(wěn)定，從而保持足夠高的硬度，這種性能稱為紅硬性。碳素工具鋼、低合金工具鋼通常能在180~250℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能，鉻鉬熱作模具鋼一般在550~600℃的溫度范圍內(nèi)保持這種性能。鋼的紅硬性主要取決于鋼的化學(xué)成分和熱處理工藝。

（3）抗壓屈服強(qiáng)度和抗壓彎曲強(qiáng)度 模具在使用過程中經(jīng)常受到強(qiáng)度較高的壓力和彎曲的作用，因此要求模具材料應(yīng)具有一定的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度。在很多情況下，進(jìn)行抗壓試驗(yàn)和抗彎試驗(yàn)的條件接近于模具的實(shí)際工作條件（例如，所測(cè)得的模具鋼的抗壓屈服強(qiáng)度與沖頭工作時(shí)所表現(xiàn)出來的變形抗力較為吻合）。抗彎試驗(yàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)變量的絕對(duì)值大，能較靈敏地反映出不同鋼種之間以及在不同熱處理和組織狀態(tài)下變形抗力的差別。1

2韌性

在工作過程中，模具承受著沖擊載荷，為了減少在使用過程中的折斷、崩刃等形式的損壞，要求模具鋼具有一定的韌性。

模具鋼的化學(xué)成分，晶粒度，純凈度，碳化物和夾雜物等的數(shù)量、形貌、尺寸大小及分布情況，以及模具鋼的熱處理制度和熱處理后得到的金相組織等因素都對(duì)鋼的韌性帶來很大的影響。特別是鋼的純凈度和熱加工變形情況對(duì)于其橫向韌性的影響更為明顯。鋼的韌性、強(qiáng)度和耐磨性往往是相互矛盾的。因此，要合理地選擇鋼的化學(xué)成分并且采用合理的精煉、熱加工和熱處理工藝，以使模具材料的耐磨性、強(qiáng)度和韌性達(dá)到最佳的配合。

沖擊韌性系表特征材料在一次沖擊過程中試樣在整個(gè)斷裂過程中吸收的總能量。但是很多工具是在不同工作條件下疲勞斷裂的，因此，常規(guī)的沖擊韌性不能全面地反映模具鋼的斷裂性能。小能量多次沖擊斷裂功或多次斷裂壽命和疲勞壽命等試驗(yàn)技術(shù)正在被采用。1

3耐磨性

決定模具使用壽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當(dāng)大的壓應(yīng)力和摩擦力，要求模具能夠在強(qiáng)烈摩擦下仍保持其尺寸精度。模具的磨損主要是機(jī)械磨損、氧化磨損和熔融磨損三種類型。為了改善模具鋼的耐磨性，就要既保持模具鋼具有高的硬度，又要保證鋼中碳化物或其他硬化相的組成、形貌和分布比較合理。對(duì)于重載、高速磨損條件下服役的模具，要求模具鋼表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜，保持潤(rùn)滑作用，減少模具和工件之間產(chǎn)生粘咬、焊合等熔融磨損，又能減少模具表面進(jìn)行氧化造成氧化磨損。所以模具的工作條件對(duì)鋼的磨損有較大的影響。

耐磨性可用模擬的試驗(yàn)方法，測(cè)出相對(duì)的耐磨指數(shù)，作為表征不同化學(xué)成分及組織狀態(tài)下的耐磨性水平的參數(shù)。以呈現(xiàn)規(guī)定毛刺高度前的壽命，反映各種鋼種的耐磨水平；試驗(yàn)是以Cr12MoV鋼為基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比。1

4抗熱疲勞能力

熱作模具鋼在服役條件下除了承受載荷的周期性變化之外，還受到高溫及周期性的急冷急熱的作用，因此，評(píng)價(jià)熱作模具鋼的斷裂抗力應(yīng)重視材料的熱機(jī)械疲勞斷裂性能。熱機(jī)械疲勞是一種綜合性能的指標(biāo)，它包括熱疲勞性能、機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性三個(gè)方面。

熱疲勞性能反映材料在熱疲勞裂紋萌生之前的工作壽命，抗熱疲勞性能高的材料，萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)次數(shù)較多；機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)展速率反映材料在熱疲勞裂紋萌生之后，在鍛壓力的作用下裂紋向內(nèi)部擴(kuò)展時(shí)，每一應(yīng)力循環(huán)的擴(kuò)展量；斷裂韌性反映材料對(duì)已存在的裂紋發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展的抗力。斷裂韌性高的材料，其中的裂紋如要發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展，必須在裂紋尖端具有足夠高的應(yīng)力強(qiáng)度因子，也就是必須有較大的裂紋長(zhǎng)度。在應(yīng)力恒定的前提下，在一種模具中已經(jīng)存在一條疲勞裂紋，如果模具材料的斷裂韌性值較高，則裂紋必須擴(kuò)展得更深，才能發(fā)生失穩(wěn)擴(kuò)展。

也就是說，抗熱疲勞性能決定了疲勞裂紋萌生前的那部分壽命；而裂紋擴(kuò)展速率和斷裂韌性，可以決定當(dāng)裂紋萌生后發(fā)生亞臨界擴(kuò)展的那部分壽命。因此，熱作模具如要獲得高的壽命，模具材料應(yīng)具備高的抗熱疲勞性能、低的裂紋擴(kuò)展速率和高的斷裂韌性值。

抗熱疲勞性能的指標(biāo)可以用萌生熱疲勞裂紋的熱循環(huán)數(shù)，也可以用經(jīng)過一定的熱循環(huán)后所出現(xiàn)的疲勞裂紋的條數(shù)及平均的深度或長(zhǎng)度來衡量。1

5咬合抗力

咬合抗力實(shí)際就是發(fā)生“冷焊”時(shí)的抵抗力。該性能對(duì)于模具材料較為重要。試驗(yàn)時(shí)通常在干摩擦條件下，把被試驗(yàn)的工具鋼試樣與具有咬合傾向的材料（如奧氏體鋼）進(jìn)行恒速對(duì)偶摩擦運(yùn)動(dòng)，以一定的速度逐漸增大載荷，此時(shí)，轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，該載荷稱為“咬合臨界載荷”，臨界載荷愈高，標(biāo)志著咬合抗力愈強(qiáng)。1

用途加工模具時(shí)用的，由于模具的用途很廣，各種模具的工作條件差別很大，所以，制造模具用材料范圍很廣，在模具材料中應(yīng)用最廣的當(dāng)屬模具鋼。從—般的碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、彈簧鋼、高速工具鋼、不銹耐熱鋼直到適應(yīng)特殊模具需要的馬氏體時(shí)效鋼以及粉末高速鋼、粉末高合金模具鋼等。模具鋼按用途一般可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼三大類。

冷作模具鋼冷作模具鋼主要用于制造對(duì)冷狀態(tài)下的工件進(jìn)行壓制成型的模具。如：冷沖裁模具、冷沖壓模具、冷拉深模具、壓印模具、冷擠壓模具、螺紋壓制模具和粉末壓制模具等。冷作模具鋼的范圍很廣，從各種碳素工具鋼、合金工具鋼、高速工具鋼到粉末高速工具鋼和粉末高合金模具鋼。

熱作模具鋼熱作模具鋼主要用于制造對(duì)高溫狀態(tài)下的工件進(jìn)行壓力加工的模具。如：熱鍛模具、熱擠壓模具、壓鑄模具、熱鐓鍛模具等。常用的熱作模具鋼有：中高含碳量的添加Cr、W、Mo、V等合金元素的合金模具鋼；對(duì)特殊要求的熱作模具鋼，有時(shí)采用高合金奧氏體耐熱模具鋼制造。

塑料模具鋼由于塑料的品種很多，對(duì)塑料制品的要求差別也很大，對(duì)制造塑料模具的材料也提出了各種不同的性 能要求。所以，不少工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家已經(jīng)形成了范圍很廣的塑料模具用鋼系列。包括碳素結(jié)構(gòu)鋼、滲碳型 塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、耐蝕塑料模具鋼、易切塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、馬氏體時(shí)效鋼以及鏡面拋光用塑料模具鋼等。

無磁模具鋼無磁模具鋼是一種高錳釩系模具鋼，在各種狀態(tài)下都能保持穩(wěn)定的奧氏體，具有非常低的導(dǎo)磁系數(shù)，高的硬度和強(qiáng)度，較好的耐磨性，較高適當(dāng)?shù)墓倘芗訒r(shí)效處理后，具有較好的綜合性能。塑性好、韌性高、加工硬化傾向大、受熱膨脹系數(shù)大、電阻率大、熱導(dǎo)率低和磁性低等物理特性。在無磁建筑、無磁機(jī)械、選礦探礦設(shè)備及軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。1

高強(qiáng)度當(dāng)今高強(qiáng)鋼、超高強(qiáng)鋼很好的實(shí)現(xiàn)了車輛的輕量化，提高了車輛的碰撞強(qiáng)度和安全性能，因此成為車用鋼材的重要發(fā)展方向。但隨著板料強(qiáng)度的提高，傳統(tǒng)的冷沖壓工藝在成型過程中容易產(chǎn)生破裂現(xiàn)象，無法滿足高強(qiáng)度鋼板的加工工藝要求。在無法滿足成型條件的情況下，國(guó)際上逐漸研究超高強(qiáng)度鋼板的熱沖壓成形技術(shù)。該技術(shù)是綜合了成形、傳熱以及組織相變的一種新工藝，主要是利用高溫奧氏體狀態(tài)下，板料的塑性增加，屈服強(qiáng)度降低的特點(diǎn)，通過模具進(jìn)行成形的工藝。但是熱成型需要對(duì)工藝條件、金屬相變、CAE分析技術(shù)進(jìn)行深入研究，該技術(shù)被國(guó)外廠商壟斷，國(guó)內(nèi)發(fā)展緩慢。3

過去在生產(chǎn)深沖或者重沖工件，大家都認(rèn)為耐壓型（EP） 潤(rùn)滑油是保護(hù)模具的最好選擇。硫和氯EP添加劑被混合到純油中來提高模具壽命已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了。但是隨著新金屬--高強(qiáng)度鋼的出現(xiàn)，環(huán)保要求的嚴(yán)格，EP油基潤(rùn)滑油的價(jià)值已經(jīng)減少，甚至失去市場(chǎng)。

在高溫下高強(qiáng)度鋼的成型，EP油基潤(rùn)滑油失去了它的性能，無法在極溫應(yīng)用中提供物理的模具保護(hù)隔膜。而極溫型的IRMCO高固體聚合物潤(rùn)滑劑則可以提供必要的保護(hù)。隨著金屬在沖壓模具中變形，溫度不斷升高，EP油基潤(rùn)滑油都會(huì)變薄，有些情況下會(huì)達(dá)到閃點(diǎn)或者燒著（冒煙）。IRMCO高分子聚合物潤(rùn)滑劑一般開始噴上去時(shí)稠度低得多。隨著成形過程中溫度的上升，會(huì)變得更稠更堅(jiān)韌。實(shí)際上高分子聚合物極溫潤(rùn)滑劑都有“熱尋性”而且會(huì)粘到金屬上，形成一個(gè)可以降低摩擦的隔膜。這個(gè)保護(hù)屏障可以允許工件延展，在最高要求的工件成型時(shí)沒有破裂和粘接，以此來控制摩擦和金屬流動(dòng)。有效的保護(hù)了模具，延長(zhǎng)了模具使用壽命，提高了沖壓的強(qiáng)度。1

質(zhì)量提高1、利用Ca、稀土等微量元素對(duì)夾雜物的變質(zhì)作用，改變鋼中的夾雜物的結(jié)構(gòu)形貌和物性，使鋼中夾雜物球化、細(xì)化，從而提高鋼材的力學(xué)性能。

2、對(duì)鋼錠進(jìn)行高溫?cái)U(kuò)散熱處理，可以改善鋼錠的成分不均勻性，從而提高鋼材的橫向性能。

3、在熱加工方面，對(duì)鋼錠進(jìn)行反復(fù)的鐓拔和多向軋制，增大變形量，可降低鋼中的碳化物偏析的級(jí)別，也有利于改善鋼材的各向異性。

4、鋼的純凈度對(duì) 模具鋼材的等向性能有很大的影響，采用二次精煉技術(shù)（包括真空精煉、ESR和鋼包噴粉等），可以提高鋼材的純凈度，尤其降低鋼中的有害雜質(zhì)的含量，對(duì)提高性能十分有益。3

發(fā)展方向模具日趨大型化。一方面，模具成型林間日趨大型化，另一方面，為了提高生產(chǎn)效率，一模多腔，因此大型模具鋼需求量將逐年增加；模具的精度越來越高，要求鋼材的質(zhì)量好，尺寸穩(wěn)定性好；塑料模具鋼、壓鑄模具鋼的需求量不斷增加；中高檔模具鋼的需求量不斷增加，低檔次模具鋼過剩；另外，隨著模具標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用日益廣泛，模具標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度的提高，對(duì)于模具鋼產(chǎn)品質(zhì)量、品種規(guī)格以及交貨周期將提出更高的要求。此模具鋼類似于一個(gè)4330合金，潔凈鋼生產(chǎn)技術(shù)。它具有優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，并一直工作鋅，鋁合金壓鑄，塑料和橡膠模具的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，并形成所有類型的金屬片。它將接受各種形式的表面處理，包括火焰和感應(yīng)硬化，硬質(zhì)合金涂層，PVD和氮化。所以，SKD61模具鋼不僅有模具鋼的優(yōu)點(diǎn)，更有一些合金鋼產(chǎn)品的特點(diǎn)。將會(huì)帶動(dòng)國(guó)內(nèi)模具鋼產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展。

因此，鋼鐵企業(yè)要根據(jù)國(guó)內(nèi)模具制造業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)和模具市場(chǎng)的需求，緊抓研制開發(fā)高精度、高韌性、耐腐蝕、高質(zhì)量的模具鋼新品種，使國(guó)產(chǎn)的熱作和冷作模具鋼達(dá)到世界先進(jìn)水平。相信在未來的日子，我們生產(chǎn)模具鋼的質(zhì)量和技術(shù)會(huì)越來越好，模具鋼的市場(chǎng)也會(huì)得到更快更好的發(fā)展，將會(huì)帶領(lǐng)國(guó)內(nèi)模具鋼產(chǎn)業(yè)邁上更高層次的發(fā)展。美好的未來，我們拭目以待。3

模具鋼密度就國(guó)內(nèi)外使用的模具鋼材而言，模具鋼密度一般都在7.85左右，通常模具鋼是鍛造件，密度在8000-8400千克/立方米。不同模具鋼材中加入的合金元素比例不一樣，模具鋼密度會(huì)有小范圍的差別。

密度是物質(zhì)的特性之一，每種物質(zhì)都有一定的密度，不同物質(zhì)的密度一般是不同。因此我們可以利用密度來鑒別物質(zhì)。所以我們可以根據(jù)密度公式ρ=M/V，計(jì)算出任意一種模具鋼的密度。

根據(jù)密度公式：ρ=m/v，也就是說決定模具鋼質(zhì)量和體積的因素決定了模具鋼密度。那么從微觀的角度來講的話，就是分子量和分子間隙共同決定物質(zhì)的密度。體積、大小、質(zhì)量、壓強(qiáng)、壓力和溫度影響物質(zhì)密度，雖然物質(zhì)密度物質(zhì)的本身屬性，它是一定的，但是物質(zhì)有各種狀態(tài)，當(dāng)物質(zhì)形成態(tài)的轉(zhuǎn)化的時(shí)候，密度才會(huì)變化。比如水，升溫可導(dǎo)致水的氣化，密度變小，加壓又可以使水蒸氣從新凝結(jié)為液態(tài)水，密度變大。大家都知道鐵的密度7.8g/cm3，模具鋼材是鐵和一些微量的合金元素形成的，微量的合金元素占的比例非常少，但是在模具鋼材成形的過程會(huì)形成不同的化合物，每一種化合物所占有的空間不一樣，導(dǎo)致同樣體積的模具鋼材，其內(nèi)部的空隙不一樣，這就是影響模具鋼密度的主要因素。但由于模具鋼材加入的合金元素分量不到10%對(duì)模具鋼材整體的影響小，所以密度也接近鐵的密度。3

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

何星 - 副教授 - 上海交通大學(xué)