常用的冷冲压模具材料

1、冲压模具工作零件材料的要求 冲压模具工作时要承受冲击、振动、摩擦、高压和拉伸、弯扭等负荷，甚至在较高的温度下 工作（如冷挤压），工作条件复杂，易发生磨损、疲劳、断裂、变形等现象。因此，对模具 工作零件材料的要求比普通零件高。由于各类冲压模具的工作条件不同，所以对模具工作零件材料的要求也有所差异。1. 冲裁模材料的要求对于薄板冲裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而对厚板冲裁模除了要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具断裂或崩刃，还应具有高的断裂抗力、较高的抗弯强度和韧性。2. 拉深模材料的要求要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、一定的强韧 性以

2、及较好的切削加工性能，而且热处理时变形要小。3. 冷挤压模材料的要求要求模具工作零件有高的强度和硬度、高耐磨性，为避免冲击折断，还要求有一定的韧性。由于挤压时会产生较大的升温，所以还应具有一定的耐热疲劳性和热硬性11.2.2冲压模具材料的种类及特性制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、 高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中 铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金 等等。1. 碳素工具钢在模具中应用较多的碳素工具钢为 T8A、T10A等，优

3、点为加工性能好，价格便宜。但淬透 性和红硬性差，热处理变形大，承载能力较低。2低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢的基础上加入了适量的合金元素。与碳素工具钢相比，减 少了淬火变形和开裂倾向，提高了钢的淬透性，耐磨性亦较好。用于制造模具的低合金钢有 CrWM n、9Mn 2V、7CrSiM nMoV（代号 CH-1）、6CrNiSiM nMoV（代号 GD）等。3. 咼碳咼铬工具钢常用的高碳高铬工具钢有 Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1 （代号D2），它们具有较好的 淬透性、淬硬性和耐磨性，热处理变形很小，为高耐磨微变形模具钢，承载能力仅次于高速 钢。但碳化物偏析严重，必须进行反复

4、镦拔（轴向镦、径向拔）改 锻，以降低碳化物的不均匀性，提高使用性能。4. 高碳中铬工具钢用于模具的高碳中铬工具钢有 Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MoV等，它们的含铬量较低， 共晶碳化物少，碳化物分布均匀，热处理变形小，具有良好的淬透性和尺寸稳定性。与碳 化物偏析相对较严重的高碳高铬钢相比，性能有所改善。5. 咼速钢高速钢具有模具钢中最高的 的 硬度、耐磨性和抗压强度，承载能力很高。模具中常用的有W18Cr4V （代号8-4-1 ）和含钨量较少的 W6Mo5 Cr4V2 （代号6-5-4-2，美国牌号为 M2） 以及为提高韧性开发的 降碳降钒 高速钢6W6Mo5 Cr4V （代号6W6或

5、称低碳M2）。高 速钢也需要改锻，以改善其碳化物分布。6. 基体钢在高速钢的基本成分上添加少量的其它元素，适当增减含碳量，以改善钢的性能。这样 的钢种统称基体钢。它们不仅有高速钢的特点，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲劳强度 和韧性均优于高速钢，为高强 韧性冷作模具钢，材料成本却比高速钢低。模具中常用的基 体钢有 6Cr4W3Mo2VNb （代号 65Nb ）、7Cr7Mo2V2Si （代号 LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL （代号012AL ）等。7.硬质合金和钢结硬质合金硬质合金的硬度和耐磨性高于其它任何种类的模具钢，但抗弯强度和韧性差。用作模具的硬 质合金是 钨钻类，对冲击性小而耐磨

6、性要求高的模具，可选用 含钻量较低 的硬质合金。 对冲击性大的模具，可选用含钻量较高的硬质合金。钢结硬质合金 是以铁粉加入少量的合金元素粉末（如铬、钼、钨、钒等）做粘合剂，以碳化钛或碳化钨为硬质相，用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢，克服了硬质合金韧性较差、加工困难的缺点，可以切削、焊接、锻造和热处理。钢结硬质合金含有大量的碳化物，虽然硬度和耐磨性低于硬质合金，但仍高于其它钢种，经淬火、回火 后硬度可达 68 73HRC。11.2.3冲压模具材料的选用及热处理要求一 冲裁模具材料的选用及热处理要求选用冲裁模具材料应考虑工件生产的批量，若批量不大就没有必要选择高寿命的模具材料； 还应

7、考虑被冲工件的材质，不同材质适用的模具材料亦有所不同。对于冲裁模具，耐磨性是 决定模具寿命的重要因素，钢材的耐磨性取决于碳化物等硬质点相的状况和基体的硬度，两者的硬度越高，碳化物的数量越多，则耐磨性越好。常用冲压模具钢材耐磨性 的劣优依次 为 碳素工具钢一合金工具钢一基体钢一咼碳咼铬钢一咼速钢一钢结硬质合金 一 硬质合金。此外还必须考虑工件的厚度、形状、尺寸大小、精度要求等因素对模具材料选择的影响。1.传统模具用钢长期以来，国内薄板冲裁模用钢为 T10A、 CrWMn、9Mn2V、Cr12和Cr12MoV 等。其中T10A为碳素工具钢，有一定强度和韧性。但耐磨性不高，淬火容易变形及开裂，淬 透

8、性差，只适用于工件形状简单、尺寸小、数量少的冲裁模具。T10A碳素工具钢的热处理工艺为：760810 C水或油 淬，160180 C回火，硬度5962HRC。CrWMn、9Mn2V是高碳低合金钢种，淬火操作简便，淬透性优于碳素工具钢，变形易控 制。但耐磨性和韧性仍较低，应用于中等批量、工件形状较复杂的冲裁模具。CrWMn钢的热处理工艺为：淬火温度 820840 C油冷，回火温度200 C,硬度6062HRC。 9Mn2V钢的热处理工艺为：淬火温度780820 C油冷，回火温度150200 C,空冷， 硬度6062HRC。注意 回火温度在200300 C范围有回火脆性和显着体积膨胀，应予 避开。

9、Cr12和Cr12MoV为高碳高铬钢，耐磨性较高，淬火时变形很小，淬透性好，可用于大批 量生产的模具，如硅钢片冲裁模。但该类钢种存在碳化物不均匀性，易产生碳化物偏析，冲 裁时容易出现崩 刃 或断裂。其中，Cr12含碳量较高，碳化物分布不均比 Cr12MoV严 重，脆性更大一些。Cr12型钢的热处理工艺选择取决于模具的使用要求，当模具要求比较小的变形和一定韧性时，可采用低温淬火、回火（ Cr12为950980 C淬火，150200 C回火；Cr12MoV 为10201050 C淬火，180200 C回火）。若要提高模具的使用温度，改善其淬透性和红硬性，可采用高温淬火、回火（Cr12为100011

10、00 C淬火，480500 C回火；Cr12MoV 为 11101140 C淬火，500520 °C回火）。高铬钢在275375 C区域有回火脆性，应予避免。2. 常用模具新钢种为了弥补传统模具钢种性能的不足，国内开发或引进了以下性能较好的冲压模具用钢：（1） Cr12Mo1V1 （代号D2 ）钢 为仿美国ASTM标准中的D2钢引进的钢种， 属Cr12型钢。由于D2钢中Mo、V含量增加，细化了晶粒，改善了碳化物的分布状 况，因此D2钢的强韧性（冲击韧度、抗弯强度、挠度）比 Cr12MoV钢有所提高，耐磨 性和抗回火稳定性也比 Cr12MoV更高。可用深冷处理，提高硬度并改善尺寸稳定性

11、。用D2 钢制作的冲裁模具寿命要高于 Cr12MoV钢模具。D2钢的锻造性能和热塑成形性比Cr12MoV钢略差，机械加工性能和热处理工艺与Cr12型钢相似。（2） Cr6WV钢为高耐磨微变形高碳中铬钢，碳、铬含量均低于 Cr12型钢，碳化 物的分布状态较Cr12MoV均匀，具有良好的淬透性。热处理变形小，机械加工性能较好。 抗弯强度、冲击韧度优于 Cr12MoV ，只是耐磨性略低于 Cr12型钢。用于承受较大冲击 力的高硬度、高耐磨板料冲裁模，其效果好于Cr12型钢。钢的常用热处理工艺为：淬火温度 9701 000 C, 一般可热油或硝盐分级淬火冷却，尺寸 不大的部件可采取空冷。淬火后应立即回

12、火，回火温度160210 C,硬度58 62HRC。（3 ） Cr4W2MoV钢 也是高 耐磨微 变形高碳中铬钢，替代Cr12型钢而研制的钢种， 碳化物均匀性好，耐磨性高于 Cr12MoV，适于制作形状复杂、尺寸精度要求高的冲压模 具，可用于硅钢片冲裁模。Cr4W2MoV钢的热处理工艺：要求强度、韧性较高时，采用低温淬火、低温回火工艺：淬 火温度960980 C,回火温度280320 C,硬度6062HRC。要求热硬性和耐磨性较 高时，采用高温淬火、高温回火工艺：淬火温度10201040 C，回火温度50 0540 C， 硬度 6062HRC。（4 ） 7CrSiMnMoV（代号CH-1）钢为

13、空淬微变形低合金钢、火焰淬火钢，可以利用 火焰进行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火温度（8001000 C ），具有良好的淬透性和淬硬性（可达60 HRC以上），强度和韧性较高，崩刃后能补焊。可代替CrWMn、 Cr12MoV钢，制作形状复杂的冲裁模。CH-1钢的推荐热处理工艺：淬火温度900920 C， 油冷，190200 C 回火13小时，硬度 5862 HRC 。（5 ） 6CrNiSiMnMoV（代号GD）钢 为高韧性低合金钢，淬透性好，空淬变形小，耐 磨性较高。其强韧性显着高于 CrWMn和Cr12MoV钢，不易崩刃或断裂。尤其适用于细 长、薄片状 凸模及 大型、形状复杂、薄壁凸凹模

14、。GD钢的推荐热处理工艺：淬火温度 870930 C（ 900 C最佳），盐浴炉加热（45s/mm ），油冷或 空冷、风冷，175230 C 回火2小时，硬度5862 HRC 。 由于空冷即可淬硬，也可采用火焰加热淬火。（6 ） 9Cr6W3Mo2V2（代号GM）钢为高耐磨高强 韧合金钢，各项工艺性能良好，其 耐磨性、强韧性、加工性能均优于 Cr12型钢，能够用于高速压力机冲压下的多工位级进模等精密模具，是较理想的耐磨、精密冲压模具用钢。GM钢的热处理工艺：淬火温度 10801120 C,硬度6466HRC 。回火温度 540560 C,回火二次。（7 ） Cr8MoWV3Si （代号ER5）

15、钢 属高耐磨高强韧合金钢，具有较好的电火花加工性 能，强度、韧性、耐磨性都优于Cr12型钢，适用于大型精密冲压模具。用于硅钢片冲裁模，一次 刃 磨寿命为21万次，总寿命高达360万次，是目前合金钢冲模冲裁硅钢片的较高 寿命水平。ER5钢的推荐热处理工艺：对高耐磨性、高强韧性的模具，采用1150 C淬火，520530 C 回火3次；对重载服役条件下的模具，采用11201130 C淬火，550 C回火3次。3 硬质合金及钢结硬质合金当工件的批量极大时，可以考虑选用硬度和耐磨性比各类模具钢种更高的硬质合金或钢结硬质合金。用作模具材料的硬质合金为 钨钻类，随着含钻量的增加，韧性及抗弯强度提 高而硬度降

16、低。对于承受冲击力较小的模具，可以选用含钻量较低 的YG10X ;承受冲击力中等或较大的模具，可以选用含钻量较高的YG15或YG20。硬质合金的缺点为韧性较差、难以加工，作为模具的工作部件可以设计为镶拼结构。钢结硬质合金的性能介于硬质合金和高速钢之间，能够机械加工和热处理，可以用于制作复杂的高寿命模具。用作冲 裁模 的钢结硬质合金 有DT、GT35、TLMW50、GW50等。厚板冲裁模具厚板冲裁模承受的冲压力高于薄板冲模，为重载冲裁模，易磨损、崩刃和断裂，所以要求模具材料应具有高的耐磨性和强韧性。传统模具用钢传统的重载冲裁模具钢种主要有T8A、Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5 Cr4

17、V2 等。其中T8A为碳素工具钢，虽然淬透性、韧性比T10A钢有所改善，但易残存网状碳化物、 热硬性差，只能用于工件批量较小的中厚冲裁模。T8A工具钢的热处理工艺为：790820 C水或油 淬，160180 C 回火，硬度 5861HRC。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2为高速工具钢，具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性，但韧性较 低，工作时有可能产生崩 刃或断裂，而且价格较贵。建议采用低温淬火、快速加温淬火等 工艺措施来改善其韧性。对于工件批量较大的厚板冲裁模，可以用W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2钢做凸模，Cr12MoV 钢做凹模。W18Cr4V 钢的推荐热处理工艺：12201250

18、C 淬火；550570 C 回火3次。W6Mo5Cr4V2 钢的推荐热处理工艺：11601200 C 淬火：550570 C 回火 3次。3. 常用模具新钢种为了克服高速工具钢的缺点，提高使用寿命，重载冲裁模具可选用降碳降钒高速钢6W6Mo5 Cr4V (6W6 )和以高速钢成分为基础，添加少量的其它元素构成的高强韧性模具钢 基体钢，如 65Nb钢、LD钢、012AL钢、CG-2钢等等。(1) 6 W6Mo5 Cr4V (6W6)钢 为高强韧性高速钢，由于降低了碳化物的含量和分布均匀 性，使其在保持硬度和耐磨性的同时，抗弯强度、冲击韧性和塑性都有显着提高，虽然耐磨 性略低，仍可用低温 氮碳共渗

19、提高表面硬度和耐磨性。其热处理工艺和高速钢 W6Mo5Cr4V2 相似。(2 ) 6Cr4W3Mo2VNb (65Nb) 钢 65Nb钢取自 W6Mo5CrV2 钢正常淬火后的基本 成分，碳含量比高速钢低，碳质量分数 的中限为0.65%，故名65Nb。各合金元素在钢中的作用和在高速钢中相似，另加入3%的Nb可形成高稳定性的碳化物 NbC，能有效阻止奥氏体晶粒长大，改善钢的力学性能和工艺性能。这种钢具有较好的耐磨性和较强 的高温韧性，可以代替Cr12MoV、W18Cr4V钢，用于重载冲裁模和冷挤压模、 冷镦模。 65Nb钢锻造和退火工艺性能良好，热处理温度范围宽，淬火温度可以在10801180

20、C,回火温度在520600 C之间选择。当采用比W6Mo5CrV2钢正常淬火温度低的温度淬火 后，其组织 为在碳含量 较低的马氏体基体上均匀 分布有细粒状未溶碳化物。通过热处理 参数的调整，可以得到不同的强度、韧性、耐磨性配合，以适合不同模具的性能要求。65Nb钢的热处理工艺：10801180 C盐浴炉加热（1520s/mm ）油淬，520560 C 回火2次，硬度 5763 HRC 。（3） 7Cr7Mo2V2Si （LD） 钢LD钢含碳、 含钻量高于 65Nb，含钒量也较高。 钒可 细化晶粒，提高耐磨性。因此其抗压、抗弯强度和耐磨性均高于 65Nb由于具有良好的强 韧性和耐磨性，因而适于制

21、造各种重载模具。LD钢的推荐热处理工艺：850 C预热，11001150 C淬火；油冷后530570 C回火23次，每次12小时，硬度 5763 HRC 。（4 ） 5Cr4Mo3SiMnVAL （012AL） 钢012AL钢中加入质量分数为 0.30.7% 的铝，目 的是为了细化晶粒，提高钢的冲击韧性和热加工塑性，力卩 Si则为了强化基体。012AL钢 强韧性高，综合性能好，通用性强，是冷、热兼用型模具钢。其抗弯强度及挠度高于 W18Cr4V 高速钢，代替高速钢作模具时很少发生折断现象。可以用作中厚板料冲裁模具和各类冷、热作模具。012AL钢的推荐热处理工艺：10901120 C盐浴炉加热（

22、30s/mm ）油 淬，510 C回 火2次， 每次油冷 2小时，硬度6062 HRC 。（5 ） 6Cr4Mo3Ni2WV（CG-2） 钢CG-2钢在成分中加 Ni ,强化了基体，改善了韧性和 高温性能。同时增加 Mo减少W ,以降低碳化物的偏析。CG-2钢具有高的强度和强韧性，在热处理到高硬度时仍能维持良好的韧性，较好地解决了高硬度与韧性的合理配合。但锻造塑性较差，退火后硬度偏高。亦可用作中厚板料冲裁模具和各类冷、热作模具。CG-2钢的热处理工艺：淬火温度11001140 C加热（20s/mm ），油冷，540 C回 火2次，每次 2小时，空冷，硬度 6062 HRC。二.拉深模具材料的选用及热处理要求表11.2.1各种板料适用的 拉深模材料由于拉深模具的失效主要为粘附磨损和磨粒磨损，并以粘附磨损为主。因此选用的模具材料 必须具有较高的耐磨性和抗粘附性能， 以及足够的强度。按被拉深材料 考虑适用的拉 深模 材料 可以参考表11-1。选用时还应考虑被拉深材料的板料厚度、 拉深件