冷作模具鋼怎么選用

冷作模具鋼是指使金屬在冷態(tài)下變形或成形所使用的模具鋼。最常用的專用冷作模具鋼是Crl2型鋼，其含碳量為1.45%～2.30%，含鉻量為11%～13%。

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，綜合起來這類模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足夠的強度、適當(dāng)?shù)捻g性。

我國傳統(tǒng)上常用的冷作模具鋼有低合金鋼：CrWMn、95SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn等；高合金鋼：Cr12、Cr12MoV、高速鋼W18Cr4V、不銹鋼30Cr13等。由于這些老鋼種存在一些問題，不能滿足模具工業(yè)的發(fā)展的需要，國內(nèi)先研發(fā)和研制了一批新型冷作模具鋼。

1、低合金冷作模具鋼的應(yīng)用

簡單模具可選用高碳鋼如T10A，但高碳鋼淬透性差、淬火變形大、耐磨性低、強韌性和回火穩(wěn)定性都較差，因此不能用來制作形狀復(fù)雜、精度要求高、承載力大的工模具。

為了適用模具的性能需要而發(fā)展起來的高碳低合金鋼是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入適當(dāng)?shù)暮辖鹪厝玢t、鎳、錳、鉬、鈦、鎢、釩、硅等元素冶煉而成的，常用的有CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15等，合金元素的加入提高了鋼的淬透性，油冷代替水冷降低了模具變形和開裂的傾向，馬氏體在回火時不易分解，分解后析出的碳化物又不易聚集長大、低溫回火后有較高的強韌性和耐磨性，模具使用壽命可大幅提高。

近年來我國研制了一些新型低合金冷作模具鋼，這些鋼的主要特點是合金總量低、淬透性好、淬火溫度低、熱處理畸變小、強韌性好、并且有適當(dāng)?shù)哪湍バ?，如GD (6CrMnNiMoVSi)鋼、CH(7CrSiMnMoV)鋼、DS（6CrMnNiMoVWSi）鋼和CrNiWMoV鋼等。

其中GD鋼中加入少量Ni、Si，既強化了基體又提高了低溫回火抗力，Mo和V的加入可細(xì)化晶粒，用于制造易崩刃、易斷裂的模具，有較高的使用壽命。DS鋼是一種抗沖擊冷作模具鋼，其韌性顯著優(yōu)于常用的高韌性刀片用工具鋼。
CH鋼的成分與日本SX105V鋼相同，是一種火焰淬火模具鋼，常用于制造汽車等生產(chǎn)線上用的模具零件，火焰淬火時，加熱模具刃口切料面，硬化層下有一個高韌性的基體做襯墊，從而獲得較高的使用壽命。

2、高韌性高耐磨模具鋼的應(yīng)用

我國傳流上應(yīng)用較多的是Cr12型系列，如Cr12、Cr12MoV鋼，它們都是萊氏體鋼，其組織中有大量共晶碳化物，淬火有大量殘留奧氏體，熱處理后變形小、耐磨性高、承載力大、長期以來在國內(nèi)大中型冷作模具中得到廣泛應(yīng)用。

雖然Cr12、Cr12MoV鋼耐磨性好，但是其韌性差，并且常因碳化物偏析易引起熱處理后斷裂。為克服這些缺點，國內(nèi)外均進行了大量的研究工作，一方面在提高鋼的質(zhì)量上下功夫，如采用電爐+爐外精煉、電渣重熔來提高鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性，減少偏析；

另一方面又不斷研究新鋼種，先后開發(fā)了多種高韌性高耐磨性模具鋼，如LD（7Cr7Mo2V2Si）鋼、GM（9Cr6W3Mo2V2）鋼、ER5（Cr8WMoV3Si）鋼。與Cr12型模具鋼相比，這類新開發(fā)的鋼中適當(dāng)降低了C和Cr的含量以改善碳化物偏析，還適當(dāng)增加了W、Mo和V的含量，以增加二次硬化的能力和提高其耐磨性。

這些新型模具鋼既有高的強韌性，又有良好的耐磨性，用其制造的模具使用壽命有所提高。

3、高速鋼和基體鋼的應(yīng)用
高速鋼具有很高的硬度、抗壓強度和耐磨性，因此越來越多地用于制造要求重載荷高壽命的冷作模具，常用的鋼號有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W9Mo3Cr4V以及為提高韌性而研制的降碳降釩高速鋼6W6Mo5Cr4V，這些鋼在制造重載荷的冷作模具方面獲得了良好的使用效果。

基體鋼是為了改善高速鋼碳化物不均勻分布和韌性較差而研制開發(fā)的?；w鋼一般指其成分與高速鋼淬火組織中基體組織化學(xué)成分相同的鋼。

近年來我國研制一些基體鋼：如65Nb(6Cr4W3Mo2VNb)鋼、CG-2（6Cr4Mo3Ni2WV）鋼、012Al（5CrMo3SiMnVAl）鋼、LM1（6W8Cr4VTi）鋼、LM2（6Cr5Mo3W2VNb）鋼、RM2（5Cr4W5Mo2V）鋼、5Cr4Mo2W2VS鋼等。

這些基體鋼的主要特點是其碳含量稍高于高速鋼基體的碳含量，以增加一次碳化物和提高耐磨性。一些鋼中還加入少量的強碳化物形成元素Nb和Ti，以形成比較穩(wěn)定的碳化物，阻止淬火加熱時晶粒長大并改善鋼的工藝性能。

基體鋼中共晶碳化物數(shù)量少且細(xì)小均勻分布，韌性相對提高，其抗彎強度、疲勞抗力也有所改善?；w鋼主要用于要求高強度和足夠韌性的冷擠壓、冷鐓等模具，有些基體鋼還可用于熱作模具。

4、無磁高強度模具鋼的應(yīng)用

電子工業(yè)的發(fā)展，對無磁模具鋼的需求量大大增加，傳統(tǒng)的無磁模具鋼7Mn15Cr2A13V2WMo是一種高強度奧氏體無磁模具鋼，其磁導(dǎo)率低，并具有良好的強度和耐磨性，但由于其冷作硬化現(xiàn)象，切削加工比較困難。

為此國內(nèi)科技工作者研發(fā)了一些新型無磁模具，有A18（18Mn12Cr18NiN）鋼、WCG（8Mn15Cr18）鋼、50Mn（50Mn18Cr4WN）鋼等，以及部分奧氏體不銹鋼。這些鋼磁導(dǎo)率較低，強度較高，并具有良好的可切削加工性能。

5、鋼結(jié)硬質(zhì)合金的應(yīng)用

用硬質(zhì)合金制造模具，在不受沖擊韌性要求不高的情況下，性能比鋼要好，壽命很長，但成本較高，更為困難的是由于受制造條件的限制，難以制造形狀復(fù)雜的模具。

20世紀(jì)60年代我國已開始研究鋼結(jié)硬質(zhì)合金，它是一種介于合金鋼和硬質(zhì)合金之間的新型材料，具有優(yōu)良的耐磨性。與硬質(zhì)合金相比，鋼結(jié)硬質(zhì)合金可以切削、鍛造、焊接、熱處理，并且具有韌性，綜合力學(xué)性能較好，成本較低的特點。我國研制的鋼結(jié)硬質(zhì)合金有以TiC為硬質(zhì)相的GT35、R5、DT、Ti等和以WC為硬質(zhì)相的GW50、GJW50、TLMW50等。

鋼結(jié)硬質(zhì)合金目前用于制造冷鐓模、拉深模、擠壓模、沖裁模、拉絲模、熱鐓模等，使用壽命比合金模具鋼壽命提高幾倍到幾十倍。

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，可選用中碳鋼，這時可借用熱作模具鋼來代替。

在冷作模具鋼中加入合金元素時，主要是為了提高淬透性和耐磨性，對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。