【正文】 作模具鋼相比，沖擊韌度高，但高溫強(qiáng)度低，耐熱性稍差。 1. 鎢系 代表鋼種 3Cr2W8V， 耐熱疲勞性較差，在壓鑄模中的應(yīng)用較多。 4. 5Cr2NiMoVSi和 45Cr2NiMoVSi鋼 （ 1）主要性能特點(diǎn)及應(yīng)用（與 5CrNiMo鋼相比） ■ 高溫強(qiáng)度提高了 64％，熱穩(wěn)定性提高 (溫度提高了 150～ 170 ℃ )， 500X 500mm截面的鍛模，其心部硬度較 5CrNiMo 鋼高 13HRC，使用壽命提高 1倍。； ■淬火加熱溫度為 820～ 850℃ ，油淬，冷卻到 150～ 180 ℃ 左右出油立即回火； ■ 為減少變形，防止開裂，淬火時(shí)最好延時(shí)冷卻，可空冷到 740～ 780℃ 入油； ■回火溫度根據(jù)模具尺寸和部位確定（ 500～ 660℃ ）； ■ 鍛模燕尾部分回火溫度較其它部位高 100℃ 左右，保證燕 尾部分的韌性、降低燕尾開裂失效。 ■廣泛用于制造形狀復(fù)雜，要求高強(qiáng)度、高韌性的大、中型 錘鍛模，如高度尺寸 375mm的大型（錘噸位 3t）錘鍛模。 （一） 錘鍛模用鋼 主要采用中碳、多元低合金熱作模具鋼。 （ 3）性能要求 高的耐磨性，高的硬度及熱硬性；為避免崩刃，應(yīng)具有一 定的強(qiáng)韌性，并有良好的制造工藝性。 （ 3）性能要求 優(yōu)良的耐冷熱疲勞性；高溫下能保持高的強(qiáng)度、足夠的硬 度、高的耐磨性和一定的沖擊韌度；高的淬透性；高的導(dǎo)熱性 和耐腐蝕性；好的抗氧化性。 （ 2）失效形式 脆斷、冷熱疲勞（裂紋及斷裂）、塑性變形（型面塌陷和堆 塌）、磨損及表面氧化腐蝕。 （ 2）失效形式 磨損 (粘著、氧化、磨粒）、斷裂（脆斷、崩裂）、產(chǎn)生熱疲勞裂紋，形成龜裂、塑性變形造成型面塌陷。其中錘鍛模（是在高溫下通過沖擊加壓、強(qiáng)迫金屬成形的 模具）最有代表性。 冷擠壓模的熱處理一般為退火 +等溫退火 +淬火 +低溫回火。為克服高 速鋼的缺點(diǎn)，保持其優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)中常用低溫淬火方法來提高鋼 的斷裂抗力。 根據(jù)擠壓工藝、擠壓件材質(zhì)和擠壓模的壽命要求，冷擠壓模 的材料可選用碳素工具鋼、低合金工具鋼、 Cr12型鋼、高速鋼及 新型冷作模具鋼等。 ☆ 新型模具鋼和硬質(zhì)合金制作冷鐓模使用效果良好，見表 2— 32。 ☆ 9SiCr：屬低合金工具鋼，耐磨性、強(qiáng)韌性都高于 T10A， 常用來制作截面較厚，形狀較復(fù)雜的冷鐓模具；標(biāo)準(zhǔn)件行業(yè)常用該鋼制作冷鐓凸模。 1. 輕載冷鐓模 主要用于生產(chǎn)形狀簡(jiǎn)單、變形量小、變形速度低的冷鐓件。 3. 沖裁模的熱處理 大多數(shù)沖裁模的熱處理工藝為淬火＋回火，硬度為 60HRC左右，這樣的硬度使模具具有高壽命而不磨損是不夠的。選材時(shí)主要考慮材料的強(qiáng)韌性和高耐磨性。 （ 2）選材依據(jù)：制品批量、尺寸大小和復(fù)雜程度。但 DT合金價(jià)格比合金 鋼貴幾倍 ,在小批量生產(chǎn)時(shí)經(jīng)濟(jì)效益不明顯。在模具的工作部位鑲裝或連接 DT合金，其余部位采用一般鋼材。 第二代鋼結(jié)硬質(zhì)合金是我國(guó)研制成功的，硬質(zhì)相為 WC，簡(jiǎn) 稱為 DT合金。 2. 鋼結(jié)硬質(zhì)合金 鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以碳化物（ WC、 TiC）等為硬質(zhì)相，以鋼為粘結(jié)劑 ，用粉末冶金方法制成的材料。其化學(xué)成分及力 學(xué)性能見表 2— 23。 YT后的數(shù)字表示 TiC的含量。 常用硬質(zhì)合金有三種： （ 1） 鎢鈷類 （ YG） 硬質(zhì)合金：由 WC與 Co粉末燒結(jié)而制成的， YG后的數(shù)字表明鈷的含量。固溶淬火時(shí)效處理后，有較高的強(qiáng)度、 硬度和耐磨性。 （ 2）無磁模具鋼： 1Crl8Ni9Ti 、 7Mnl5Cr2A13V2WMo 、 5Cr21Mn9Ni4W。 應(yīng)用范圍： ER5鋼在鍛造、熱處理、機(jī)加工、電加工等方面無特殊要求，材料成本適中，韌性高、耐磨性好，所以適宜于制作大型、重載冷鐓模、精密沖模等。 1. 9Cr6W3Mo2V2鋼（代號(hào) GM） 主要性能特點(diǎn)： w（ C） %～ %，含有多種碳化物形成元素，合金元素配比合理，未溶碳化物細(xì)小、彌散，加工性能良好，二次硬化能力強(qiáng)，耐磨性、韌性明顯高于 Cr12型鋼，有最佳耐磨性和強(qiáng)韌性的配合。 如制 造薄 板沖孔模、整形模、切邊模、彎曲模、拉深模、冷鐓模等 不易發(fā)生開裂、崩刃，模具壽命可提高 3～ 4倍。 應(yīng)用范圍： 可代替 CrWMn、 GCr1 9Mn2V、 6CrW2Si 、 9SiCr、 Cr12等鋼制做易崩刃、斷裂的冷作模具，如冷擠、冷彎、冷鐓 模，精密塑料模，溫?cái)D壓模等，尤其適用于制造各種異形、細(xì) 長(zhǎng)薄板冷沖凸模、形狀復(fù)雜的大型薄壁凸凹模等，與上述傳統(tǒng)模 具鋼相比，壽命提高幾倍到幾十倍。 3. 7CrNiSiMnMoV鋼 (代號(hào) GD) 基體鋼雖然具有高強(qiáng)韌性和較好的耐磨性，但合金元素含量 ＞ 10％，成本較高；淬火溫度區(qū)間較窄，一般不能用箱式電阻爐 加熱淬火，限制了該類鋼在中小企業(yè)的推廣使用。 如用 LD鋼制造軸承滾子冷鐓模、標(biāo)準(zhǔn)件冷鐓凸模等，其壽命比用高鉻鋼和高速鋼提高幾倍到幾十倍。 適宜于制造形狀復(fù)雜、大型或塑性變形抗力大的金屬冷擠壓模以及受沖擊負(fù)荷較大的冷鐓模。 與高速鋼相比，基體鋼的過剩碳化物數(shù)量少，顆粒細(xì)小，分 布均勻，在保證一定耐磨性和熱硬性的條件下，可顯著改善鋼的 韌性和抗彎強(qiáng)度，不僅適用于冷作模具，也可用于熱作模具。 1. 6W6Mo5Cr4V(代號(hào) 6W6)鋼 主要性能特點(diǎn) : 又稱降碳高速鋼，相對(duì)高速鋼 W6Mo5Cr4V，降低了 C含量和 V含量，碳化物總量減少，碳化物不均勻性得到改善，使鋼在保持高硬度、耐磨性的同時(shí)，明顯提高鋼的抗彎強(qiáng)度、塑性和 韌性。但高速鋼的熱塑性差，不適宜制造大型模具 。 應(yīng)用范圍 : Cr4W2MoV鋼主要用來替代 Cr12型鋼制造各種冷沖模、高 壓力冷鐓模、落料模、冷擠壓凹模以及搓絲板等，并能提高模具 壽命。如用 Cr12Mo1V1鋼制造的沖裁模、滾絲模均比 Cr12MoV鋼模具壽命提高 5～ 6倍。 應(yīng)用： Cr12型鋼是應(yīng)用最廣、使用量最大 的冷作模具鋼。 高耐磨微變形冷作模具鋼就是其中一類。 主要作用：提高淬透性；減小淬火變形、開裂；形成特殊碳化物，細(xì)化晶粒；提高回火穩(wěn)定性。 常用鋼種： GCr15鋼（滾動(dòng)軸承鋼） w（ C） = ～ %， w （ Cr） = ～ %。 ■主要缺點(diǎn)是淬透性差，淬火溫度范圍 窄，對(duì)于厚大的模具就不能淬透，如模具截 面尺寸＞ 15 mm，采用快速水冷也只是模 具表 層得到高硬度，淬火變形大，易 產(chǎn)生裂紋，與合金鋼相比，模具 使用壽命低，因此，不適宜制作 大中型和復(fù)雜的模具零件。 二、常用冷作模具材料及其性能特點(diǎn) 按熱處理性能分類： (一 ) 低淬透性冷作模具鋼 — 碳素工具鋼和低合金工具鋼 1. 碳素工具鋼（以 T7A鋼、 T10A鋼、 T12A鋼為代表） 表示方式： T + 數(shù)字 T表示“碳素工具鋼” ； 數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾 . 如 T8— 其平均含碳量為千分之八 (%C)。模具在工作時(shí)，凹模主要受徑向張力和摩擦力，凸模主要承受軸向壓縮力及摩擦力，摩擦力十分強(qiáng)烈。另外由于冷擠壓時(shí)產(chǎn)生較大的溫升，所以還應(yīng)具有一定的冷熱疲勞抗力和熱硬性。凸模比凹模的工作條件更苛刻，如毛坯端面不平整，沖頭與凹模不同心等，都會(huì)使沖頭受到很大的彎曲應(yīng)力的作用。 1. 工作條件 冷擠壓成形時(shí)，有強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力作用，金屬發(fā)生劇烈的流動(dòng)，變形抗力大。 2. 失效形式 主要是模具發(fā)生鐓粗、局部變形及破裂。主要用于緊固件、滾動(dòng)軸承、滾子、鏈條、汽車零件的成形。 ▲ 沖壓常用設(shè)備：剪床和沖床等。 1. 工作條件 主要承受沖擊力、剪切力。 第二節(jié) 冷作模具材料及其熱處理 冷作模具是在常溫下對(duì)材料進(jìn)行壓力加工或其他加工所使用 的模具，它主要分為沖裁模、拉拔及成形模、冷鐓模和冷擠模。 （五）模具的制造工藝因素 應(yīng)考慮制造時(shí)所采用的冷加工（切削、拋光、研磨）、熱 加工（鍛、鑄、焊）的不同加工方法和工藝，選擇適當(dāng)?shù)牟牧? 與其相適應(yīng)。 3. 模具的不同組件、不同部位 模具組成主要可分成工作零件和輔助零件。 2. 產(chǎn)品質(zhì)量的高低 精度要求高、表面粗糙度值要求低、則所選材料要從成分、 材質(zhì)上保證模具制造時(shí)有較好切削、拋光等性能，制成模具后 有好的尺寸形狀的穩(wěn)定性或高的精度與低的表面粗糙度值。 （一 )模具的工作條件因素 1. 承載受力的大小、速度（沖擊狀況） 受力大，材料要求強(qiáng)度高；沖擊大，則韌性要求好。 (二）工藝性能良好 根據(jù)制造工藝方法不同使所選材料具有良好的工藝性能，首 先是能制造出來，在批量大時(shí)，對(duì)便于制造顯得更為突出。模具制品 有時(shí)要求很高的表面質(zhì)量、低的表面粗糙度及高的精度，所以 對(duì)切削性能和拋光性能均有較高要求。近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當(dāng)好的韌性。 圓形截面的拉伸試樣 4. 疲勞抗力 反映材料在交變載荷作用下，抵抗疲勞破 壞的性能指標(biāo)。 圖 82 五種模具鋼模擬沖裁試驗(yàn)其耐磨性 圖 83 工模具鋼的磨粒磨損抗力 1高碳高釩高速鋼 。 ☆ 磨損形式不同，影響耐磨性的因素也不同，主要因素是硬度和組織。 ? HV≈HBS 。 ＜ 650HBW。 ☆ 熱硬性是指模具在受熱或高溫條件下保持高硬度的能 力；如熱作模具和部分冷作模具要求具有一定的熱硬性。 （一）使用性能要求 1. 硬度和熱硬性 ☆ 成形模具應(yīng)具有足夠高的硬度，才能確保使用壽命。 3. 模具的失效：模具損壞到不可修復(fù)，且不能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的狀態(tài) ； 模具的失效 按照發(fā)生時(shí)間的早晚可分為正常失效和早期失效。 3. 成形模具：包括塑料模、橡膠模、陶瓷模、玻璃 模、粉末冶金模具等。 2. 熱作模具：包括熱鍛壓模（熱鍛模、高速錘鍛模、 精密鍛造模）、熱擠壓模、熱沖裁模、壓鑄模等。 — 稱為有病狀態(tài)，要及時(shí)維修。模具材料的性能相對(duì)一般零件為高，一般從使用性能和工藝性能二大方面考慮。它是強(qiáng)度、 塑性、韌性、耐磨性等指標(biāo)的綜合反映，因此在零件圖上常常 標(biāo)注硬度值，作為技術(shù)要求。 布氏硬度計(jì) 適用范圍 : ＜ 450HBS。 適用范圍 : ? 測(cè)量薄板類 。 3Cr5Mo1V鋼 2. 耐磨性 — 材料抵抗磨損的能力，它是衡量模具使用壽命的重要指標(biāo)。圖 83所示是標(biāo)準(zhǔn)模具進(jìn)行耐磨性試驗(yàn) 的結(jié)果，較好地反映了工模具鋼在磨粒磨損條件下的耐磨性。 ☆ 材料的強(qiáng)度和韌性主要取決于材料的成分、冶金質(zhì)量、熱處理工藝，碳化物的性質(zhì)、數(shù)量、形態(tài)、分布對(duì)其也有顯著的影響。所以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。 2. 冷加工工藝性能 包括切削、拋光、研磨、冷擠壓和冷拉等性能。 六、模具選材的一般原則 模具的選材和其他零件選材一樣，都要符合選材的一般原則，它要求所選材料應(yīng)滿足： （一）使用性能足夠 根據(jù)工作條件、失效形式、壽命要求、可靠性的高低等提出材料的強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性等使用性能要求，提出時(shí)要考慮尺寸效應(yīng)及主要的、關(guān)鍵的性能指標(biāo)，使所選材料足夠滿足性能要求。 七、模具選材的具體考慮因素 在模具實(shí)際的設(shè)計(jì)與制造中，具體選材時(shí)，應(yīng)綜合分析， 考慮以下多方面因素。 （三）模具所加工的產(chǎn)品因素 1. 產(chǎn)品批量的大小 批量大時(shí)采用材質(zhì)高、性能好的材料制模具；批量小時(shí)， 可用性能較差、壽命較短、加工簡(jiǎn)便的材料制模具。 2. 模具的形狀 形狀簡(jiǎn)單、公差要求不嚴(yán)的，可選不易變形的高耐磨性材料；形狀復(fù)雜模具，應(yīng)選淬透性好的，采用緩冷淬火劑以免變形開裂，同時(shí)還應(yīng)選易加工材料。對(duì)于模具的