金属材料学第五章 工具钢

量具第五章工具钢模具刃具概述工具钢－用来制造各种工具的钢种碳素工具钢刃具用钢低合金工具钢高速工具钢分类冷作模具钢模具用钢热作模具钢塑料模具钢量具用钢说明：量具用钢无专用钢种，一般可根据量具种类和精度要求在有关钢种中选择。21.工具钢性能要求工作环境：大多数工具钢承受弯曲、扭转、磨损，并且刃部在工作中温度升高，有的可达500～600℃。性能要求（1）高硬度，高的耐磨性；（2）高的热稳定性，红硬性；（3）足够的韧性32.工具钢化学成分特点高的碳含量一般含C0.6～1.3％，高碳含量的作用（1）M硬度高，切断抗力大；（2）碳可以与碳化物形成元素形成足够数量的碳化物，以保证高耐磨性。合金元素（1）加入碳化物形成元素Cr，W，Mo，V

保证高硬度和高耐磨性（2）加入Mn，Si

减少工具热处理变形，提高淬透性和回火稳定性（3）控制S，P含量改善塑性，降低热处理开裂的可能43.工具钢热处理特点工具钢含碳量及形成碳化物的合金元素高，因此钢中碳化物较多，碳化物的形状及在钢中的分布对工具的性能和寿命影响很大。最好的碳化物形状是球状颗粒，细小，分布均匀，可以使工具钢具有耐磨性，切削性，韧性等都有利。热处理特点（1）预处理（球化退火）：获得F基体上细小均匀的碳化物组织（如果球化退火前的碳化物是网状或片状，往往先用正火处理消除）（2）最终热处理

a。淬火温度：选择在碳化物与奥氏体共存的两相区进行（不完全淬火）。目的：碳化物的存在不仅可以阻止奥氏体长大，使晶粒细小，韧性提高；剩余碳化物提高耐磨性；加热温度低，奥氏体晶粒细小；通过调整加热温度可以调整碳化物数量来控制钢的淬透性和残余奥氏体的数量；氧化、脱碳、变形及开裂的倾向小。

b。回火，低温回火，消除应力，稳定组织。5第一节刃具用钢一、刃具用钢应具有的基本性能和成分特点刃具种类繁多，包括各种切削工具：车刀，板牙，丝锥，铣刀，刨刀，滚刀，钻头，刮刀等。67滚刀891.刃具用钢工作环境刃具在切削过程中，刃部与工件表面金属接触，使金属从基体剥离，本身承受弯曲，扭转，剪切，冲击震动，摩擦等由于摩擦使刃部产生大量热，刃部温度升高102.刃具用钢失效形式因摩擦而变钝，失去切削能力（特别是在高温下）受冲击震动崩刃或折断因弯曲，扭转，剪切应力变形

其中，磨损常见，弯曲少见切削加工的基本形式113.刃具用钢性能要求高硬度高耐磨性和红硬性足够的塑，韧性齿轮加工124.刃具用钢成分特点较高碳含量的碳素钢或合金钢13二、碳素工具钢1.化学成分：0.65～1.35％碳含量2.牌号：T7，T8，T10，T12…3.特点：碳素工具钢带（1）优点：成本低冷热加工性好热处理简单，处理后有高的硬度（2）缺点：淬透性差（盐水中15mm，油中5mm）组织稳定性低，无红硬性（一般使用温度不高于200℃）耐磨性差14（1）预处理（球化退火）750～770℃（2）淬火：780-800℃（3）回火：低温180-200℃

回火后的组织为：隐晶回火马氏体＋细粒状渗碳体＋少量的残余奥氏体；硬度在HRC60以上球状珠光体T12钢正常淬火组织4.热处理15

碳素工具钢碳含量越高，硬度耐磨性越高，塑性，韧性越差，因此按碳含量可分为三类T7，T8主要用作木工用的凿子，锤，锯T9，T10，T11主要用作车刀，手锯条T12，T13用于不受冲击的高耐磨性车刀，刮刀，丝锥等。锉刀手锯条5.应用16三、低合金工具钢（为弥补碳素工具钢的不足，加入合金元素）1.化学成分特点：（1）C%:0.75~1.5%

高碳保证硬度，耐磨性（2）合金元素含量<5%（主要加入Cr，Si，Mn，辅加V，Mo）

提高淬透性，强度、耐磨性和硬度；

V，Mo能细化A晶粒，提高韧性和回火稳定性。丝锥板牙低合金工具钢扳手17几种常见低合金工具钢化学成分18球化退火：可采用普通退火或等温退火，温度略高于Ac1，20－30℃/h冷到600～650℃出炉淬火与回火：同碳素工具钢，但由于合金元素的加入，淬透性、回火稳定性提高，回火温度相应高些2.热处理193.典型的低合金工具钢（1）Cr2，9Cr2（油淬），Cr06，W（水淬）

在碳素工具钢基础上添加一定量的Cr元素，提高碳素工具钢耐磨性、回火稳定性和淬透性，

W可以提高耐磨性和回火稳定性（2）9SiCr（最常见的低合金工具钢）

Si的加入进一步提高淬透性（在油中可以达40-50mm），使贝氏体转变区右移，有利于分级淬火和等温淬火，常用等温淬火：

860～870℃盐浴加热

160～170℃盐浴等温45min160-190℃回火主要用途：板牙，丝锥，钻头，冲模，打印模。20（3）CrWMn1）合金元素作用

高碳。Cr，W形成合金碳化物，提高硬度、耐磨性。Cr，Mn提高淬透性。

Mn显著降低Ms点，大大增加残余奥氏体数量，可以抵消马氏体相变引起的体积膨胀，显著降低淬火变形。所以这类钢称为微变形钢。2）热处理淬火：820-840℃油淬回火：170-200℃3）用途截面较大，淬火变形小，形状复杂，耐磨性能高的刃具，如长丝锥，长绞刀，拉刀，也可作量具和冷模具。21四、高速工具钢是一种可制备高速切削刃具的钢种切削速度：10-20m/min刃部温度200-300℃50-80m/min刃部温度500-600℃

低合金工具钢刃部温度达到300℃时，硬度HRC下降到60以下，高速钢刃部温度升高到600℃HRC可以保持到55以上。高速钢在高的切削速度下具有如此高的红硬性的原因由于其合金化特点决定的（一）化学成分及主要特点由大量W，Mo，Cr，V，Co等元素组成的高碳高合金钢。22引自GB/T9943-200823引自GB/T9943-200824高碳高钒型W6Mo5Cr4V3一般含Co型W6Mo5Cr4V2Co5高钒高Co型W12Cr4V5Co5超硬型W6Mo5Cr4V2Al

（二）分类通用型高速钢W系W18Cr4V（18-4-1）W-Mo系W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）高性能高速钢加Al，Si是立足我国资源发展起来的超硬高速钢，达到高Co高速钢的水平，成本低2~4倍25红硬性

600℃HRC60以上用途广泛：由于淬透性高，可作尺寸大的工具，切削速度高，负荷大，工作温度高（三）性能特点车刀高速钢滚刀26（四）高速钢的铸态组织和热加工高速钢的铸态组织高速钢的平衡相按照相图是α相＋M6C＋M3C，平衡组织是Ld＋共析组织δ共析体δ共析体271.高速钢结晶和铸态组织（1）高速钢结晶过程(0.8%C)(平衡转变)1～2点：Lδ（液相析出δ-Fe）2～3点：L＋δγ（包晶转变）γ在δ周围形核，随温度的降低，γ向δ和L二个方向长大，使后二者减少，到达3点δ和L尚未耗尽，如图b）。3～4点：δ＋Lγ＋M6C（包共晶转变）至4点，δ转变完毕，M6C沿γ周围形核长大，如图c）。12345678284～5点：Lγ＋M6C（共晶转变）未转变的液相在4点进行共晶转变，产物为莱氏体（Ld），沿γ晶界呈鱼骨状，M6C为鱼骨架，基体为γ。5点，液相消失。5～6点：γM6C（析出）M6C常析出在附近共晶碳化物上，随温度的下降，M6C增多。6～7点：γM6C＋α（共析转变）7～8点：γM6C＋α＋Fe3C(三元共析转变）

由此可见，18－4－1在室温下的平衡组织组成应为M6C＋α＋Fe3C，但很多钢中并没发现Fe3C，这可能与图中没考虑V的作用有关。1234567829结晶过程是冷速很慢的平衡过程，实际生产中，液体高速钢很快冷却，C与合金元素来不及扩散，在高温的发生包共晶转变不能完全进行，δ相不会完全消耗，而保留在结晶结束后的组织中，此时结晶组织为：Ld＋γ+＋δ（未消耗的）。随后的转变过程中，δ可能完全或部分发生共析转变：δγ＋M6C（产物称δ共析体）易受腐蚀，在显微镜下呈黑色。

γ也会因冷速不同转变为P，

B或M及残余A。因此，高速钢的铸态组织一般为：鱼骨状的莱氏体＋黑色的δ共析体＋白色的马氏体＋残余A，其中Ld常连接成网状。（2）高速钢的铸态组织δ共析体302.高速钢铸态组织中的碳化物分布及

对钢的工艺性能的影响（1）高速钢中的碳化物高速钢铸态组织中碳化物很多，分布很不均匀。如W18Cr4V中碳化物约占体积的28％，311）分布不均（带状，网状，大颗粒大块堆积）使钢各向异性，降低钢材的强度，塑性和韧性。2）在锻造过程中，易开裂3）热处理过程中，1）碳化物聚集处A晶粒不易长大，碳化物稀少处，A晶粒易长大；2）碳化物稀少处，合金与碳在A中溶解度小，易过热、过烧，降低了红硬性和硬度；3）碳化物聚集处，淬火后易存留过多的残余A，使组织不稳定，易变形4）碳化物分布不均匀，最终降低工具的切削性能，易磨损。（2）对工艺性能的影响323.高速钢的热加工高速钢的铸态组织很不均匀，大量分布不均匀的粗大碳化物将造成钢材强度和韧性的下降，这种组织缺陷不能通过热处理调整，只能借助反复的压力热加工（锻、轧）将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，使其均匀分布在基体内。锻轧工艺：W系：始锻温度为1140～1180℃,

终锻温度为900℃左右。W－Mo系：始锻温度为1000℃,

终锻温度为850～870℃左右。33（四）高速钢的热处理1.高速钢在加热和冷却过程中组织变化2.高速钢的退火工艺3.高速钢的淬火工艺4.高速钢的回火工艺5.高速钢常见的热处理缺陷341.高速钢在加热和冷却过程中组织变化18-4-1和6-5-4-2中有常见的合金碳化物：退火态：M6C，M23C6，MC淬火态：M6C，MC回火态：M2C，MC，M6C（1）高速钢在退火态碳化物：

M23C6，M6C，MC

M23C6在900℃开始溶解，近1000℃几乎全溶；

M6C在1037℃开始溶解；

MC在1100℃才开始溶解；

M6C和MC两种碳化物即使加热到接近晶界熔化温度也不会完全溶解。随合金碳化物的溶解，奥氏体中的合金度增大，未溶碳化物含量降低。未溶碳化物阻碍A晶粒长大。35组织转变取决于加热时奥氏体中溶入的合金量和随后的冷却速度W18Cr4V加热到900℃，此时仅有少量M23C6溶解，奥氏体中合金元素量很少，当其加热到1280℃时，由于合金元素大量溶入奥氏体，使得奥氏体稳定性很高、Ms点低；使珠光体和贝氏体转变区分开，在400～625℃过冷A稳定区，有利于分级淬火。淬火组织中有大量残余A，往往要经过随后的回火或深冷处理来消除。（2）冷却时362.高速钢的退火工艺目的：降低硬度，有利切削，获得碳化物均匀分布组织，为淬火做组织上的准备工艺：

时间860-880℃2-4h500-550℃空冷15－20℃/h温度W18Cr4V退火工艺W6Mo5Cr4V2可取W18Cr4V退火加热温度的下限退火后的硬度为207～255HBS退火后的组织为：索氏体＋颗粒状碳化物W18Cr4V钢的退火组织373.高速钢的淬火工艺（1）高速钢淬火加热温度加热温度高：Ac1＋400℃以上

因为W，Mo，V只有在1100℃以上才能大量溶入奥氏体

W18Cr4V：1280℃

W6Mo5Cr4V2：1220℃

淬火加热温度在不发生过热的条件下尽可能地高。高速钢淬火加热温度选择

a.高红硬性，形状简单采用高温淬火

b.形状复杂，厚薄不均，尺寸较大宜采用低温淬火

38原则：应保证足够的碳化物溶入A中而不致引起晶粒过分长大一般通用型高速钢的保温时间选择为：

8～15S/mm（盐浴加热）

（2）保温时间的选择39目的：钢中合金元素多，导热性差，加热温度高，易产生内应力，造成变形、开裂和氧化脱碳，为避免上述情况，需预热。方法：一次预热：尺寸小的在800-850℃预热一次。二次预热：形状复杂，尺寸大的零件通常在500-650℃和800-850℃预热两次。注：预热时间不能太长，否则易造成氧化脱碳（3）预热40

高速钢淬透性好，空冷即能得到M。但空冷易造成碳化物析出，影响红硬性及易造成表面氧化脱碳。一般采用油冷，为了减少高速钢的淬火变形和开裂，淬火方法可采用分级淬火或等温淬火。正常淬火组织是:碳化物＋马氏体＋残余奥氏体（20～25％）

高速钢的淬火组织×400（4）淬火冷却方式414.高速钢的回火工艺

为消除应力，稳定组织，减少残余A量，达到所需的性能，高速钢一般进行三次或更多次回火。42a.（150-250℃:HRC降低，塑性，韧性，σb大大提高，这是由于ε-碳化物从M中析出所致。b.250-400℃：ε-碳化物转变为渗碳体型碳化物并聚集，淬火内应力基本消除，HRC总体有所下降，塑性升高。c.400-500℃：M中的Cr向碳化物中转移，与此同时，渗碳体型碳化物逐渐转变成弥散着Cr的合金碳化物M6C，使钢的硬度逐渐上升。（1）高速钢回火过程中组织的变化43d.500-600℃：钢的硬度，强度，塑性均有提高，570℃达到最大值，在此温度区间内，自马氏体中析出弥散的W（Mo）2C及VC，使硬度提高，叫二次硬化e.二次淬火：在500-600℃温度区间回火，因为M分解使残余奥氏体的压应力得到松弛，残余奥氏体中析出部分碳化物，使残余奥氏体中合金元素及含碳量降低，使A’的Ms点升高，这种合金因素贫化的A’，在回火冷却过程中转变为M，使钢硬度进一步升高，谓二次淬火。44

综上，为使高速钢淬火回火后具有高的硬度，耐磨性和红硬性，一般回火温度为560℃。由于高速钢中含有大量稳定的A’，在560℃回火一次不能使其转变很多，为尽量减少A’的含量，一般要进行三次或更多次回火。即便如此，回火后的高速钢中仍有1～2％的A’。另外，高速钢多次回火还能消除前一次回火中发生M转变所产生的内应力，并使前一次回火冷却产生的M得到回火。45W18Cr4V钢淬火、回火后的组织高速钢正常淬火、回火组织为：M回＋碳化物＋A’（少量）硬度：HRC63-66(2)高速钢回火组织465.高速钢常见的热处理缺陷过热，过烧变形，开裂硬度不足47高速钢过热组织4849不同状态下W18Cr4V的组织铸态淬火回火态淬火态退火态鱼骨状的莱氏体＋黑色的δ共析体＋白色的马氏体＋残余AM回＋碳化物＋A’（少量）碳化物＋马氏体＋残余奥氏体索氏体＋颗粒状碳化物50（五）高速钢中合金因素的作用C，W，Mo，Cr，V，Co等元素1.C元素0.7～1.65％作用：与钢中碳化物形成元素形成足够数量的碳化物，在淬火加热时一部分溶入A，从而保证M的硬度，回火时合金碳化物弥散析出，造成二次硬化，另一部分未溶碳化物起细化晶粒、提高耐磨性作用加入量：定比碳规律51提高红硬性和细化晶粒加入量：不超过20％3.Mo元素作用与W相同，1％Mo可替代1.8％的W但W的价格比Mo贵，所以现在有W－Mo系逐渐取代W系的趋势2.W元素52强碳化物形成因素，所有高速钢中均含有。形成VC，硬度高，稳定性高，提高耐磨性，红硬性，细化晶粒。5.Cr元素提高切削性，形成M23C6，提高淬透性，提高回火稳定性和二次硬化效果6.Co元素极大提高红硬性和二次硬化效果，但价高(34万人民币/吨,2008年11月；36万/吨，2009.11；43万元/吨，2010.2；33万元/吨，2010.12)。

0.32元/克,26万元/吨，2011.11白银价格（2008.11）：2.05元/克，

2009.11:4.15元/克

2010.12：6.6元/克

2011.11：6.8元/克

4.V元素53（六）高速钢表面强化化学热处理

蒸汽处理：540-560℃蒸汽条件下表面氧化成多孔的Fe3O4薄膜；

S－N共渗＋蒸汽复合处理：蒸汽处理后，即通入H2S和NH3中进行S，N共渗，然后再进行蒸汽处理。气体C－N共渗：560-570℃

表层复合强化

PVD法在高速钢表面涂上TiN或TiAlN涂层激光表面处理激光相变硬化激光表面熔化－凝固处理激光表面合金化54（七）高速钢发展动向W－Mo系发展很快，逐渐取代W系：主要解决了很多国家缺W的问题，同时弥补了W系的一些缺陷，目前占到70％左右。粉末冶金高速钢：组织均匀，碳化物细小，晶粒细，韧性好，热处理变形小，价高。#w系高速钢具有很好的红硬性，可以制造在600℃条件下工作的各种刀具。但实践证明，W系高速钢脆性较大，使用时易产生崩刃现象。而Mo系高速钢具有碳化物较均匀、韧性较高的优点，但在加热时脱碳敏感性及晶较长大倾向较大，易产生过热缺陷。W-Mo系高速刚则兼有W系与Mo系两钢种的共同优点，其脱碳与过热敏感性均较小。不仅有较高的红硬性，同时还具有较高的硬度和韧性。55通用型高速钢向高性能型及特殊用途方向发展（1）时效硬化型无碳、低碳或超低碳高合金，以金属间化合物为强化相来获得高硬度和红硬性56（2）低合金高速钢57（3）超硬型HRC>67符合定比碳经验规律国外高碳高矾并含有Co我国开发了含Al，Si，Nb，N58第二节冷作模具钢一、冷作模具钢性能及分类二、碳素工具钢和低合金工具钢三、高Cr和中Cr模具钢四、高速钢类冷作模具钢汽车冲压模具59一、冷作模具钢性能及分类

冷作模具钢是在室温条件下，通过拉延，冲压，冷镦或冷挤压成型等加工方法使金属成型的工具。60性能要求高强度，高硬度，高耐磨性和足够的韧性（与刃具相比，要求更高的强度，无红硬性要求）分类碳素工具钢低合金工具钢高Cr和中Cr模具钢高速钢类冷作模具钢61二、碳素工具钢和低合金工具钢1.碳素工具钢：T8A，T10A，T12A等优点：加工性好，成本低缺点：淬透性低，耐磨性不够，淬火变形大，使用寿命低。用途：小尺寸，形状简单，负荷较低的模具2.低合金工具钢：9Mn2V，9SiCr，GCr15，CrWMn等优点：较高淬透性，较好耐磨性，较小淬火变形用途：尺寸较大，形状复杂，精度要求较高的模具3.GD钢（6CrMnNiMoVSi）国内研制并推广的低合金冷作模具钢，采用低碳＋少量多组元的合金化方案，可替代上述钢种，较高的淬透性并相应的提高了低温回火抗力，较高的寿命。62三、高Cr和中Cr模具钢用于大载荷，耐磨性高，热处理变形小，形状复杂的模具63（一）高Cr模具钢代表钢种：Cr12，Cr12MoV化学成分特点（1）化学成分Cr12：2.0～2.3％C，11.5～13％CrCr12MoV：1.45～1.7％C，11～12.5％Cr，0.4～0.6％Mo，0.15～0.3％V（2）合金元素作用C:形成碳化物，溶于基体，提高M硬度Cr：形成M7C3，淬火溶入A中，提高淬透性，高温回火时从M中析出，二次硬化，提高硬度，耐磨性；大量Cr溶入A中，使Ms点显著下降，残余A增多，保证淬火微小变形（但使碳化物不均匀性增加）。Mo，V：提高淬透性，提高回火稳定性，提高二次硬化效果，细化晶粒，提高韧性64（1）锻造高Cr模具钢与高速钢类似，属莱氏体钢，铸态组织中的碳化物严重不均匀，需要锻轧破碎（2）预备热处理：球化退火消除应力，便于切削加工为淬火做准备3.高Cr模具钢的热加工工艺65（3）淬火

Cr12型钢淬火加热温度高低对淬火后的组织性能影响很大，其中包括对Ms点，A`，HRC以及钢的变形量的影响661）淬火温度对Ms点的影响淬火温度升高，Ms，Mf点降低672）淬火温度与HRC，A’关系随温度升高，A’量增加（降低了Ms点）硬度在1050℃最高683）淬火加热温度对变形量的影响由于温度的提高，导致A’量增加，使钢微变形或无变形，原因是A’的存在可以抵消M转变的体积膨胀。69（4）回火

Cr12型钢回火后的硬度与钢淬火加热温度及回火温度有很大关系。701）一次硬化处理较低淬火温度＋较低回火温度Cr12：950～1030℃Cr12MoV：950～980℃＋160～180℃回火HRC：61-63（为提高韧性，可以提高回火温度到200～270℃，HRC：57-59）高硬度，高耐磨性，较小的热处理变形2）二次硬化处理高温淬火＋多次高温回火1050～1100℃淬火＋500-520℃多次回火HRC：60-62适用工作温度较高，负荷不大的场合Cr12型钢回火工艺71（二）中Cr模具钢1.根据Cr12型钢碳化物不均匀的缺点发展而成。2.化学成分特点：含碳量较低：1％左右含Cr量5～7％少量的W，Mo，V3.代表钢种：Cr4W2MoV4.应用：可替代Cr12做冷冲模，冷墩模，冷挤压模72四、高速钢类冷作模具钢随冷挤压技术的发展，对模具的强度，韧性，耐磨性提出了更高的要求，一般的低合金工具钢和Cr12型钢难以满足要求，很多工厂以高速钢作冷挤压凸模。由于凸模无红硬性要求，强度、韧性要求更高，所以必须调整高速钢成分和热处理工艺。一般采用：

高速钢的低温淬火应用低碳高速钢选用基体钢731.高速钢的低温淬火目的改善韧性（由于低温淬火未溶碳化物多，阻碍奥氏体晶粒长大，韧性较好）特点：低温淬火由于未溶碳化物较多，A中合金元素较少，回火析出的碳化物量少，二次硬化效果弱，红硬性低缺点：低温淬火导致抗压强度，耐磨性下降，不能作为挤压力达到2500MPa高负荷模具使用热处理：W18Cr4V1240～1250℃，560℃三次回火

W6Mo5Cr4V21180～1200℃，560℃三次回火742.应用低碳高速钢在高速钢基础上降低C：0.55～0.6％降低V：0.7～1.1％代表6W6Mo5Cr4V是在W6Mo5Cr4V2基础上降C，降V得到特点：降低碳化物不均匀性，保证二次硬化基础上，ak上升50％应用：替代高速钢或Cr12作为易脆断或劈裂的冷挤压模，冷墩冲头753.选用基体钢概念：成分相当于高速钢淬火组织中基体成分的钢种特点：过剩碳化物少，颗粒细小，分布均匀，冲击韧性和疲劳强度较好，并保持了较高的耐磨性和红硬性代表钢种：65Nb（6Cr4W3Mo2VNb）接近于6542的基体76第三节热作模具钢热作模具钢基本性能和成分特点锤锻模＆大型压力机锻模用钢热挤压模＆小型压力机锻模用钢压铸模用钢

77一、热作模具钢基本性能和成分特点（一）热作模具钢基本性能1.工作环境：与加热的金属接触，本身会升温（锤锻模温度会升高到300-400℃，热挤压模会升高到500-800℃）＋巨大机械力，摩擦，热应力2.损坏形式：变形，磨损，开裂，热疲劳3.应具备的基本性能高的高温强度＆热稳定性良好的韧性高的热疲劳＆热磨损抗力良好的抗高温氧化＆耐蚀性781.含碳量0.3-0.6％之间靠碳化物强化，但不能太高，以保证钢的韧性＆抗热疲劳性2.合金元素Cr，W，Mo，V，Ni，Si等元素（1）提高钢的高温强度，高温硬度＆回火稳定性，以及高温下的抗变形，磨损能力（2）提高Ac1点，避免模具在受热、受冷过程中产生相变组织应力，从而提高钢的抗热疲劳强度和韧性（3）提高淬透性，强化基体

（二）热作模具钢成分特点79按性能分：高韧性热作模具钢高热强性热作模具钢按工作类型：锤锻模钢与大型压力机锻模用钢热挤压模、中小型压力机锻模用钢压铸模用钢热切边模用钢3.分类80二、锤锻模＆大型压力机锻模用钢1.使用环境特点（除上述共性特点，其还具备）冲击负荷大，工作温度不高（300-400℃）大型压力机锻模截面大，所用材料碳化物不均匀性大，心部性能低（可能淬不透）2.选用材料：高韧性热作模具钢3.代表钢种：

5CrNiMo

淬透性高，良好的综合力学性能适用制作形状复杂，冲击载荷重的大型或特大型锻模

5CrMnMo

以Mn代Ni，强度不降，韧性降低，淬透性差些适用制作中型锻模4.锻造：始锻温度1100-1150℃，终锻温度800-850℃5.热处理淬火温度：820-860℃油冷回火：490-510℃小型模HRC44-47520-540℃中型模HRC38-42560-580℃大型模HRC34-37

回火组织：回火索氏体六缸曲轴锤锻模81三、热挤压模＆小型压力机锻模用钢1.工作环境特点模具表面温度升高幅度更大很高的多种机械应力（压，弯，拉，冲击等）急冷急热的热应力2.性能要求更高的高温强度＆热稳定性更好的热疲劳，热磨损抗力较好的韧性

必须选用高热强性热作模具钢

823.分类：W系，Cr系，Cr－Mo系4.W系热作模具钢

优点:热稳定性高

代表钢种：3Cr2W8V

合金化特点：W，V提高热稳定性和耐磨性，低碳保证一定的热疲劳抗力和塑、韧性，Cr提高淬透性和抗氧化性

加工和热处理锻造:由于W含量高，导热性不好，锻造时须经长时间均匀加热淬火：1050-1100℃

回火：560-630℃明显的二次硬化效果使用温度：不超过650℃（超过硬度，强度急剧下降）

有被Cr系和Cr－Mo系取代的趋势835.Cr系热作模具钢代表：4Cr5MoSiV（H11）

4Cr5MoSiV1（H13）特点：高淬透性，良好的韧性（降低了由W造成的碳化物不均匀性）和热疲劳性热稳定性不如W系使用温度：不超过600℃也可做为中合金中碳二次硬化型超高强度钢84开发目的：工业的发展，对模具要求也越来越高，模具使用环境越来越恶劣，W系和Cr已经不能满足要求发展方向：（1）提高中合金热作模具钢的性能在3Cr3Mo3V（德国牌号）基础上适当增减碳量和合金量发展出Cr3Mo3W2V,4Cr3Mo3SiV,2Cr3Mo3VNb等，热稳定性，抗热疲劳及抗磨损能力优于3Cr2W8V（2）发展基体钢：5Cr4W5Mo2V，5Cr4Mo3SiMnVAl，6Cr4Mo3Ni2WV

特点：含W量高，红硬性＆高温强度好，碳化物少，保持一定韧性。用于条件恶劣的热挤压模及压力机用锻模6.Cr－Mo系热作模具钢85四、压铸模用钢汽车四缸压铸模压铸是铸造模锻的一种方法。压铸模锻工艺是一种在专用的压铸模锻机上完成的工艺。它的基本工艺过程是：金属液先低速或高速铸造充型进模具的型腔内，模具有活动的型腔面，它随着金属液的冷却过程加压锻造，既消除毛坯的缩孔缩松缺陷，也使毛坯的内部组织达到锻态的破碎晶粒。毛坯的综合机械性能得到显著的提高。另外，该工艺生产出来的毛坯，外表面光洁度达到7级（Ra1.6），如冷挤压工艺或机加工出来的表面一样，有金属光泽。所以，我们将压铸模锻工艺称为“极限成形工艺”，比“无切削、少余量成形工艺”更进了一步。压铸模锻工艺还有一个优势特点是，除了能生产传统的铸造材料外，它还能用变形合金、锻压合金，生产出结构很复杂的零件86压铸模用钢1.工作环境高压下与液体金属反复接触，承受一定压力反复加热、冷却型腔受高热液体金属冲刷，挤压（摩擦与腐蚀）2.失效形式热疲劳，崩块，