模具鋼是用來(lái)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(wú)線(xiàn)電儀表、電機(jī)、電器等工業(yè)部門(mén)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。

模具鋼大致可分為（冷作模具鋼）、（熱作模具鋼）和（塑料模具鋼）3類(lèi)，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(lèi)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。

　　冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼，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(lèi)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(lèi)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(guò)共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類(lèi)有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。

　　熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類(lèi)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)受熱和冷卻的做用，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  模具鋼態(tài)金屬流的沖擊和侵蝕的性能。這類(lèi)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(guò)共析鋼。常用的鋼類(lèi)有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等?！∷芰夏＞甙崴苄运芰夏＞吆蜔峁绦运芰夏＞?。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。

性能要求

　　1. 強(qiáng)度性能

　?。?font face="Times New Roman">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(chēng)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。

　?。?font face="Times New Roman">3）抗壓屈服強(qiáng)度和抗壓彎曲強(qiáng)度 模具在使用過(guò)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(lái)的變形抗力較為吻合）?？箯澰囼?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。

　　2. 韌性

　　在工作過(guò)程中，模具承受著沖擊載荷，為了減少在使用過(guò)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(lái)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(guò)程中試樣在整個(gè)斷裂過(guò)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。

　　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(lèi)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。

　　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(shuō)，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(guò)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(lái)衡量。

　　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(chēng)為“咬合臨界載荷”，臨界載荷愈高，標(biāo)志著咬合抗力愈強(qiáng)。

模具鋼的用途

　　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(lèi)。

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。