[科普中國(guó)]-冷作模具鋼

簡(jiǎn)述

由于冷作模具多為常溫下工作，材料的塑性變形抗力大，模具的工作應(yīng)力大，工作條件苛刻，綜合起來(lái)這類模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足夠的強(qiáng)度、適當(dāng)?shù)捻g性。

因此，冷作模具鋼通常在成分上以高碳為主，以滿足高硬度和高耐磨性的需要。如果為了提高模具抗沖擊能力，需增加韌性時(shí)，可選用中碳鋼，這時(shí)可借用熱作模具鋼來(lái)代替。在冷作模具鋼中加入合金元素時(shí)，主要是為了提高淬透性和耐磨性，對(duì)于耐磨性要求高的模具，多采用加入碳化物形成元素，例如Cr、Mo、W、V等元素的多元合金鋼。

從鋼材類別考慮，冷作模具鋼多為過(guò)共析鋼和萊氏體鋼，一般屬于工具鋼范疇。1

性能要求1．冷作模具鋼的使用性能

1)較高的耐磨性

冷作模具在工作時(shí)，表面與坯料之間產(chǎn)生許多次摩擦，模具在這種情況下必須仍能保持較低的表面粗糙度值和較高的尺寸精度，以防止早期失效。

由于模具材料的硬度和組織是影響模具耐磨性能的重要因素，因此為了提高冷作模具的抗磨性能，通常要求模具硬度高于加工件硬度30%～50%，材料的組織為回火馬氏體或下貝氏體，其上分布均勻、細(xì)小的顆粒狀碳化物。要達(dá)到此目的，鋼中的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都在0.60%以上。

2)較高的強(qiáng)度和韌性

模具的強(qiáng)度是指模具零件在工作過(guò)程中抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度指標(biāo)是冷作模具設(shè)計(jì)和材料選擇的重要依據(jù)，主要包括拉伸屈服點(diǎn)、壓縮屈服點(diǎn)等。屈服點(diǎn)是衡量模具零件塑性變形抗力的指標(biāo)，也是最常用的強(qiáng)度指標(biāo)。為了獲得高的強(qiáng)度，在模具制造過(guò)程中，要模具材料的韌性，要根據(jù)模具工作條件來(lái)決定，對(duì)于強(qiáng)烈沖擊載荷的模具，如冷作模具的凸模、冷鐓模具等，因受沖擊載荷較大，需要高的韌性。對(duì)于一般工作條件下的冷作模具，通常受到的是小能量多次沖擊載荷的作用，模具的失效形式是疲勞斷裂，因此模具不必具有過(guò)高的沖擊韌度值。

3)較強(qiáng)的抗咬合性

咬合抗力實(shí)際就是對(duì)發(fā)生“冷焊”的抵抗能力。通常在干摩擦條件下，把被試驗(yàn)?zāi)＞咪撛嚇?，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)，以一定速度逐漸增大載荷，此時(shí)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大。當(dāng)載荷加大到某一臨界值時(shí)，轉(zhuǎn)矩突然急劇增大，這意味著發(fā)生咬合，這一載荷稱為“咬合臨界載荷”。臨界載荷越高，標(biāo)志著咬合抗力越強(qiáng)。

4)受熱軟化能力

受熱軟化能力反映了冷作模具鋼在承載時(shí)溫升對(duì)硬度、變形抗力及耐磨性的影響。表征冷作模具鋼受熱軟化抗力的指標(biāo)主要有軟化溫度（℃）和二次硬化硬度（HRC）。

2．冷作模具鋼的工藝性能要求

冷作模具鋼的工藝性能，直接關(guān)系到模具的制造周期及制造成本。對(duì)冷作模具鋼的工藝性能要求，主要有鍛造工藝性、切削工藝性、熱處理工藝性等。

1)鍛造工藝性

鍛造不僅減少了模具材料的機(jī)械加工余量，節(jié)約鋼材，而且改善模具材料的內(nèi)部缺陷，如碳化物偏析、減少有害雜質(zhì)、改善鋼的組織狀態(tài)等。

為了獲得良好的鍛造質(zhì)量，對(duì)可鍛性的要求是熱鍛變形抗力低、塑性好、鍛造溫度范圍寬，鍛裂、冷裂及析出網(wǎng)狀碳化物傾向小。

2)切削工藝性

磨損小以及加工后模具表面光潔。冷作模具鋼主要屬于過(guò)共析鋼和萊氏體鋼，大多數(shù)切削加工都較困難，為了獲得良好的切削加工性，需要正確進(jìn)行熱處理，對(duì)于表面質(zhì)量要求較高的模具可選用含S、Ca等元素的易切削模具鋼。

3)熱處理工藝性

熱處理工藝性主要包括：淬透性、淬硬性、耐回火性、過(guò)熱敏感性、氧化脫碳傾向、淬火變形和開(kāi)裂傾向等。2

選材根據(jù)冷作模具鋼的性能要求及形狀尺寸，材料的選用有以下幾種情況。

(1)工作時(shí)受力不大、形狀簡(jiǎn)單、尺寸較小的模具，可用碳素工具鋼制造。

(2)工作時(shí)受力一般、形狀復(fù)雜或尺寸較大的模具，可用低合金工具鋼（如9Mn2V、9SiCr、9CrWMl3、CrWMn、Cr2等）制造。

(3)工作時(shí)受力大，要求高耐磨性、高淬透性、變形量小、形狀復(fù)雜的模具，多用高碳高鉻鋼（Crl2、Crl 2MoV等）制造。又發(fā)展了幾種Crl2型鋼的代用鋼（如Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV等），另外，也可選用高速鋼、低碳高速鋼（6W6M05Cr4V等）和基體鋼（化學(xué)成分相當(dāng)于高速鋼正常淬火后的基體成分的鋼）來(lái)制造這類模具。

(4)在沖擊條件工作，刃口單薄的模具，采用韌性較好的中碳合金工具鋼（如4CrW2Si、6CrW2Si等）制造。

選用方法冷作模具鋼選用時(shí)需考慮加工方法、應(yīng)力狀態(tài)、成形加工對(duì)象的材料性質(zhì)、生產(chǎn)數(shù)量、板材厚度等，此外模具的大小及尺寸精度也是不可忽略的因素。

負(fù)荷較小或小批量生產(chǎn)時(shí)使用低合金工具鋼（SKS），負(fù)荷較大或大批量生產(chǎn)時(shí)使用冷作模具鋼（SKD），負(fù)荷更大時(shí)選用高速工具鋼及粉末高速工具鋼。

適用于耐磨場(chǎng)合的有冷作模具鋼、高速工具鋼及高合金高速工具鋼，適用于耐沖擊場(chǎng)合的有8Cr-2Mo系模具鋼和基體型高速工具鋼。3