模具材料基础知识讲义

绪论模具是利用金属或非金属材料的塑性或流动性将其加工成一定形状和尺寸

的工艺装备总称。

第一章模具材料的分类:冷作模具材料。热作模具材料。塑料模具材料o其他

模具材料〔铸铁。有色金属及其合金。钢结硬质合金。非金属材料〕系统、设备、

工件等产品丧失正常使用功能的现象称为失效。工件的失效一般可分为非正常失

效和正常失效,非正常失效指设备未到达一定技术工艺水平公认的使用寿命。一

般出现在模具使用初期，正常失效是模具使用一段时间后,由缓慢塑性变形、均

匀磨损或疲劳破坏而出现的失效。

零件失效评定：1零件完全破坏，不能继续工作2零件严重损伤，不能保证工作

平安;3.零件虽能平安工作，但工作低效

由零件破坏的特点、所受载荷的类型以及外在条件，零件的失效形式可归纳为变

形失效、断裂失效和外表损伤失效三大类型。

1.变形失效：弹性变形失效、塑性变形失效

2.断裂失效：塑性断裂失效、低应力脆断失效、疲劳断裂失效、蠕变断裂失

效、应力腐蚀断裂失效

3.外表损伤失效：磨损失效、外表疲劳失效、腐蚀失效。磨损由于模具外

表相对运动，而从模具的接触外表逐渐失去物质的现象。磨损失效当磨

损使模具的尺寸发生变化或使模具外表状态发生改变而使其不能正常工作。

磨损分类：磨粒磨损、粘着磨损、疲劳磨损和腐蚀磨损。磨粒磨损：配合外

表之间在相对运动过程中，因外来硬颗粒或外表硬凸体的作用而造成外表损

伤〔被犁削形成沟槽〕的磨损称为磨料〔粒〕磨损。影响因素：磨粒的形状

和大小、硬度和磨具材料硬度的比值、模具和工件的外表应力。防止：提高

模具外表的硬度；及时清理模具及工件外表上的磨粒。粘着磨损:两个金属

外表的微凸局部在局部高压下产生局部粘结（固相粘着），使材料从一个外表转

移到另一外表或被撕下作为磨料留在两个外表之间的现象称为粘着磨损。影

响因素：材料性质〔塑性、晶体结构〕、材料硬度、外表压力。防止：选择与

工件材料互溶性小的材料、加润滑剂〔减少摩擦系数〕、外表强化处理〔减少

摩擦系数〕疲劳磨损:在循环应力下，两接触面相互运动时产生的外表金属

疲劳剥落的现象。影响因素：冶金质量〔气体含量、非金属夹杂物〕、材料

硬度、外表粗造度、外表应力状态，防止：加润滑剂、使外表处于压应力状

态、提高冶金质量、提高硬度、降低外表粗糙度。腐蚀磨损:腐蚀磨损是模

具外表与其周围的环境介质发生化学或电化学反响，以及模具与工件之间的

摩擦作用而引起模具外表材料的脱落现象。点腐蚀集中于局部,呈锋利小孔、

晶间腐蚀发生于晶粒边界或其近旁

断裂失效模具在工作中出现较大裂纹或局部别离而丧失正常服役能力的现象。

断裂分类：断裂性质〔脆性断裂/韧性断裂〕；按断裂机理〔一次性断裂/疲劳

断裂〕

按断裂路径〔沿晶断裂/穿晶断裂/混晶断裂〕

1一次性断裂：模具在承受很大变形历或冲击载荷作用下，产生裂纹并迅

速扩展所形成的脆性断裂。〔1〕沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展而造成材料脆性断裂

的现象

〔高温、杂质偏聚、晶界偏聚相的不连续易出现〕，〔2〕穿晶断裂：因拉应力

作用沿特定晶面的断裂。也称解理断裂。在较低温度使用是易出现

2、疲劳断裂：在较低的循环应力作用下，工作一段时间后，由裂纹缓慢扩

展，最后发生断裂的现象a、疲劳裂纹的萌生和扩展

萌生：外表不均匀处，晶界，夹杂物，第二相，尺寸过渡处，加工刀痕，磨损

沟痕。

扩展：在循环应力作用下已形成的裂纹便沿着主滑移面向模具材料内部扩展。

影响断裂失效的因素：主要是模具结构因素〔截面突变、凹槽、尖角〕和模具

材料〔材料韧性越高，越有利于防止裂纹的萌生和扩展〕

失效分析的主要方法：1.无损检测：无损检测是针对材料在冶金、加工、使用过

程中产生的缺陷和裂纹用无损探伤法进行检查，以查清其状态及分布。2.断口分

析：脆性断口u/韧性断口/疲劳断口。3.金相分析：通过观察分析零件〔特别是

失效源周围〕显微组织构成情况，如组织组成物的形态、粗细、数量、分布及其

均匀性等，辨析各种组织缺陷及失效源周围组织的变化，对组织是否正常作出判

断。4.化学分析：检验材料整体或局部区域的成分是否符合设计要求5.力学分析:

检查分析失效零件的应力分布、承载能力以及脆断倾向等。

模具的服役条件与失效形式：冷作模具：承受拉伸、弯曲、压缩、冲击、疲劳等

不同应力的作用，而用于金属冷挤、冷锻、冷拉伸的模具；热作模具：高温下承

受交变应力和冲击力，抗高温氧化及烧损；塑料模具：模具在较强的磨损及浸蚀

条件下工作，而热塑性塑料注射模其受力、受磨损都不太严重，但局部塑料品种

含有氯及氟，当压制时易放出腐蚀性气体，模具型腔经受气体腐蚀作用。

模具的失效形式：1.塑性变形2.磨损失效3.疲劳失效4.断裂失效

冲裁过程可以分为三个阶段：弹性变形阶段/塑性变形阶段和剪裂阶段

拉深模具的主要失效形式为粘附磨损和磨粒磨损，并以粘附磨损为主。

高的机械疲劳强度、高的的冲击韧性、耐腐蚀性及减磨性。

〔2〕方法：化学热处理、外表淬火、外表涂覆、离子注入、喷丸强化及堆焊

等

1.影响冲压模具寿命的因素〔1〕模具材料的影响〔2〕模具结构的影响

〔①模具几何形状的影响/②模具间隙的影响/③结构形式的影响〕（3）模具制造

工艺的影响〔①锻造工艺的影响②加工工艺的影响③热处理工艺的影响⑷模

具工作条件和使用维护的彩响

〔①被加工材料的影响②冲压设备特性的影响③润滑条件的影响〕

第二章

模具材料的性能要求：〔冷冲压模具、冷挤压模具、热作模具、其他模具

材料〕

冷冲压模具：要求其材料具有高的强度，良好的塑性和韧性，高的硬度及耐磨

性；

冷挤压模具：要求其材料具有高强度、高韧性、高淬透性以及良好的耐磨性、

热稳定性和切削加工性；

热作模具：用钢要求在工作温度下保持高的强度和韧性、良好的抗腐蚀性、

热稳定性和优良的热疲劳抗力。

其他模具材料：铸铁、有色金属及其合金、钢结硬质合金、非金属材料

使用性能：机械性能〔硬度、强度和韧性等〕、化学性能、物理性能等。

1.硬度表示了钢对变形和接触应力的抗力，而且是很容易测定的一种性能，同时

硬度与强度也有一定关系，可通过二者的换算关系得到材料硬度值。可按硬度

范围划定模具类别，如高硬度〔52〜60HRC〕，一般用于冷作模具;中等硬度

[40-52HRC],一般用于热作模具。

2.强度是指钢在服役过程中，抵抗变形和断裂的能力。对于模具来说那么是整个

型面或各个部位在服役过程中抵抗拉伸力、压缩力、弯曲力、扭转力或综合力

的能力。

3.韧性是模具承受着冲击载荷，为了减少在使用过程中的折断、崩刃等形式的损

坏的能力，韧性是模具钢的一种重要性能指标，它决定了材料在冲击试验力作

用下对破裂的抗断能力。材料的韧性越高，脆断的危险性越小，热疲劳强度也

越高。对于衡量模具脆断倾向，冲击韧度试验具有重要意义。

4.耐磨性是模具在工作中承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在强烈

摩擦下仍保持其尺寸精度。

5.抗热疲劳性能热作模具钢在服役条件下除了承受载荷的周期性变化之外，

还受到高温及周期性的急冷急热的作用，抗热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹

萌生之前的工作寿命。因此，热作模具如要获得高的寿命，模具材料应具备高

的抗热疲劳性能、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值。

6.咬合抗力咬合抗力实际上就是发生“冷焊〃时的抵抗力。该性能对于模具

材料较重要。试验时通常在干摩擦条件下，把被试验的工具钢试样与具有咬合

倾向的材料〔如奥氏体钢〕进行恒速对偶摩擦运动，以一定的速度逐渐增大载

荷，此时，转矩也相应增大，该载荷称为“咬合临界载荷“，咬合临界载荷愈

高，标志着咬合抗力愈强。

7.耐蚀性是金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称为金属

的耐蚀性。

｛提高耐磨的方法｝〔1〕加合金元素形成单相组织〔2〕加合金元素提高基体

的电极电位〔3〕参加易钝化合金元素〔4〕参加能促使合金外表生成致密腐蚀产

物保护膜的合金元素

工艺性能：可加工性，淬透性和淬硬性，淬火温度和热处理变形，氧化、脱碳敏

感性及其他因素；材料费用一般占10%〜20%,而机械加工、热处理、装配和管

理费用占80%以上。

1.可加工性：热加工性能〔热塑性、加工温度范围等〕；冷加工性能〔切削、磨

削、抛光、冷拔等〕；特种加工〔如电火花加工〕

2.热处理工艺性淬透性主要取决于钢的化学成分。对于热作模具钢和塑料模

具钢，一般模具尺寸较大，尤其是制造大型模具，其淬透性更为重要；淬硬性

那么主要取决于钢中的碳含量,对于大局部的冷作模具钢，淬硬性往往是需考

虑主要的因素。淬火温度和热处理变形,要求模具钢淬火温度范围宽，热处

理变形小。氧化、脱碳敏感性影响硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低，

防止：真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等。

在选择模具钢时，除了必须考虑使用性能和工艺性能之外,还必须考虑模具钢的

通用性和价格。

模具材料的选用原则：一是使用性能原则——材料的使用性能应满足模具

的使用要求。对大量机器工件和工程构件，主要是机械性能;对一些特殊条件下工

作的工件，那么必须根据要求考虑到材料的物理化学性能。

二是工艺性能原则——材料的工艺性能应满足模具生产工艺的要求。

三是经济性原则——必须考虑材料的经济性。采用廉价的材料，把总本钱

降至最低，取得最大的经济效益，使产品在市场上具有最强的竞争力。

满足使用性能要求：1.耐磨性2.强韧性3.疲劳断裂性能4.高温性能

5.抗热疲劳性能6.耐蚀性

满足工艺性能要求：〔1〕良好的可锻性〔2〕良好的退火工艺性〔3〕良好的

切削加工性〔4〕较小的氧化、脱碳敏感性〔5〕良好的淬硬性〔6〕良好的

淬透性〔7〕较低的淬火变形开裂倾向〔8〕良好的可磨削性

满足经济性要求：1.材料的价格〔模具材料的通用性〕

2.］可变本钱〔生产本钱〕/固定本钱/制造厂利润）

b.使用本钱（维护费维修费〃呆险费/折旧费）

资源及环境因素：1.

三章

冷作模具：冷态下完成对金属或非金属材料进行塑性变形的模具。

对制品的变形方式一般为：弯曲、拉深，冲裁、挤压、冷徼、滚丝、拉丝等

冷作模具材料有：冷作模具钢〔应用最多〕、硬质合金、陶瓷材料、铸铁等

冷作模具材料的工作条件：

冷作模具的主要失效方式：

冷作模具材料的失效形式主要是磨损、疲劳、脆断、弯曲、咬合、塌陷、啃伤、

软化等。

1.使用性能要求〔1〕耐磨性〔2〕韧性〔3〕强度〔4〕抗疲劳性〔5〕抗咬合性

2.工艺性能要求〔1〕可锻性〔2〕可切削性〔3〕可磨削性〔4〕热处理工艺性

3.淬火后回火组织：回火M或下贝氏体基体上分布着细小均匀的碳化物颗粒。

使用性能：

硬度：是衡量材料软硬程度的性能指标。钢的硬度主要决定于其化学成分和组织。

钢完全淬成马氏体时的硬度取决于马氏体的含碳量。

韧性：是衡量强度和塑性的综合指标。是工件在冲击载荷作用下抵抗产生裂纹的

特性。

影响韧性的因素主要是钢的成分、组织和冶金质量。碳量愈低，杂质愈少，

钢的韧性愈

高；细晶粒组织、板条状马氏体组织、下贝氏体组织和高温回火组织都具有

高的韧性

强度：是表征材料变形抗力和断裂抗力的性能指标。反映冷作模具材料的断裂抗

力指标是室温下的抗拉强

度、抗压强度和抗弯强度等。但这些指标仅反映模具的外表或内部不存在任何

裂纹时的静载断裂抗力。影响强度的因素较多。钢的含碳量与合金元素含量、晶

粒大小、金相组织、碳化物的类型、形状、大小及分布、剩余奥氏体量、内应

力状态。

疲劳抗力是反映材料在交变载荷作用下抵抗疲劳破坏的性能指标。〔冷徼、冷挤

压、冷冲〕

彩响疲劳破坏的因素很多，如冶金质量〔化学成分的均匀性，硫、磷含量，钢中

夹杂物的含量、碳化物的均匀程度〕、硬度、外表缺陷、外表应力状态、组织缺

陷

咬合当冲压材料与模具外表接触时，在高压摩擦下，润滑油膜破坏时，被冲压

件金属“冷焊〃在模具型腔外表形成金属瘤，从而在成型工件外表画出道痕。关

键应提高材料抗粘着磨损的能力。

工艺性能：

可锻造性：热锻变形抗力低，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及析出网

状碳化物倾向性小。

可切削性：切削力小，切削用量大，刀具磨损小，加工外表光洁。

可磨削性：对砂轮及冷却条件不敏感，不易发生磨伤和磨裂Q

热处理工艺性：包括淬透性、回火稳定性、脱碳倾向性、过热敏感性、淬火变形

和开裂的倾向性。

化学成分包括碳含量和合金元素的含量：

冷作模具材料的成分特点：含碳量高，含有辂、钥、鸦、锐等合金元素。

随着含碳量的增加，钢的硬度、强度和耐磨性提高，塑性、韧性变差。对于高耐

磨的冷作模具钢碳的质量分数一般控制在0.7%〜2.3%,以获得高碳马氏体，并形

成一定量的碳化物；对于需要抗冲击的高强韧性冷作模具，其钢材的碳的质量分

数一般控制在0.5%〜0.7%,以保证模具获得足够的韧性。

合金化特点：参加强碳化物形成元素，以获得足够的合金碳化物，提高淬透性和

回火稳定性以到达耐磨和强韧性要求。除Co,几乎冷作模具钢中所有的合金元

素均可增加钢的淬透性。

各合金对钢性能的影响：

辂：还可提高回火稳定性，防腐。

铝：可提高高温蠕变强度；回火稳定性和二次硬化效果也强于格；并能抑制络、

镒、硅引起第二类的回火脆性，但铜增加脱碳倾向。

鸽：的一大优点是，造成二次硬化，显著提高钢的热硬性；其提高耐磨性和降低

钢的过热敏感性的作用优于钥

锐：主要以V4c3形式存在于钢中。由于V4c3稳定难溶，硬度极高，所以锐能

显著地提高的耐磨性和热硬性；同时锐还可细化晶粒、降低钢的过热敏感性。但

筑量过多，会降低钢的可锻性和磨削性。

钻：提高告诉冷作模具的红硬性，增加二次硬化效果

媒：提高强度和韧性，含量高时，大大增加耐蚀性，缺点是增加第二类回火脆性。

冷作模具的热处理特点和组织特点：

通常应经过预先热处理和最终热处理

1、预先热处理：球化退火，球化退火后组织：粒状的P+粒状的K

目的：降低硬度，改善切削加工性能，为最终热处理作组织准备。

2、最终热处理：淬火〔K+A两相区内，碳素钢及低合金钢通常Acl+30-50℃,

如果有强K形成元素那么温度更高一些〕+低温回火［160-200℃〕组织：回

火M+K+A'

注意：如原材料中有大块状或网状的碳化物须在球化退火之前进行正火处理

冷作模具钢分类：

1、低淬透性冷作模具钢：T7A、T8A、T9A、T11A、T12A、8MnSi、Cr2、9Cr2、

W、GCrl5、V、CrW5

2、低变形冷作模具钢：9Mn2V、CrW'Mn、9CrW'Mn、9Mn2、MnCrWV、SiMnMo

3、高耐磨微变形冷作模具钢

4、高强度高耐磨冷作模具钢：W18Cr4VsW6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N

5、高强韧冷作模具钢：6W6Mo5Cr4V、6Cr4W3Mo2VN6、7Cr7Mo2V2Si、

6CrNiMnSiMoVs8Cr2MnWMoVSi

6、抗冲击冷作模具钢：4QW2Si、5Cr\X72Si、6CrW2Si、9SiCr、60Si2Mn、5CrMnM。、

5CrNiM。、5SiMnM（）V

7、特殊用冷作模具钢9Crl8Crl8MoV、Crl4Mo、Crl4Mo4、lCr：8Ni9Ti、

5Cr21Mn9Ni4W>7Mnl5Cr2A13V2WMo

8、硬质合金模具钢：普通硬质合金和钢结硬质合金〔GT35、R5、TLMW'50、GJW50

、DI、T1]

一、低淬透性冷作模具钢及热处理〔T10〕

1、成分特点：Wc=0.7-1.7%,WMc<l%

2、热处理特点及组织特点：〔水淬或油淬〕：预先热处理：球化退火；组织：粒状

P+粒状K

最终热处理：淬火+低温回火；组织：回火M+粒状K+A'

3、性能特点：本钱低，具有较好的工艺性能，易于冷热加工，锻造是变形抗力

小，锻

造范围宽，但变形大，耐磨性不高〔HRC59-63〕。〔如何减少变形？〕

4、应用：用于制造形状简单、负荷较轻、生产批量不大的冷作模具

5、碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降，在低温区（150〜200c）回火，硬

度下降不多，淬火温度越高淬透越高，但晶粒粗大，韧性降低

二、低变形冷作模具钢及热处理（CrWMn钢）

1、成分特点：在碳素工具钢根底上加Cr、Mn、Si、W、V

2、热处理特点及组织特点：〔大多油淬，9M2水淬〕但易出现K的不均匀性或网

状K,对于易产生断裂的模具可在260-280℃等温淬火得下贝氏体，比普通淬火

强韧性高。

3、性能特点：与碳素钢相比，强韧性、耐磨性、热硬性更好，寿命更长。

4、应用：用于要求变形小、形状较复杂的轻载冲裁模。

三、高耐磨微变形冷作模具钢（高碳高辂钢及高碳中辂钢）

1、高合金模具钢的锻造特点及锻造操作要点

锻造特点：导热性差；塑性低；变形抗力大；锻造范围窄，淬透性高；组织缺

陷严重；形变效应大Q

锻造操作要点〔1〕注意原材料的质量，对中心疏松、一般疏松、共晶K的不均

匀性、网状1＜、断口组织及非金属夹杂物应检验；〔2〕严格执行加热工艺标准；

〔3〕锤击应做到“两轻一重〃“两均匀”，即始锻和终锻轻，变形和温度均匀。

〔4〕要有足够的锻造比。

2、锻后K的偏析检查：要求有高的耐磨性而对其他性能及淬火变形要求不高的

模具K偏析控制在5级以下；对一般形状简单的冲模，K级别在4级以下，精密

模具在3级以下；高韧性细小模具3级以下，高负荷、高强度2-3级(K偏析等级

有国家标准〕。

3、成分特点C:L5-2.2%,合金元素含量高〔尤其是辂的含量高〕CM2型：CH2

[C：2.2%〕；rl2MoV[C：1.5%〕〔应用最广泛的冷作模具钢〕；Crl2MolVlo

Cr4W2MoV〔C：1.2%〕

〔一〕CU2型1、热加工

由于Crl2型钢属于高碳高合金钢，其导热性能差，塑性低，变形抗力大，

锻造温度范围窄，组织缺陷严重，所以其锻造性能差。反复锻打，破碎共晶组织

中的共晶K、带状及网状K改善K的不均匀性。〔不能通过正火的方法消除〕

2]最终热处理：

a、低温淬火(950-1000)+低温回火〔200〕〔也称一次硬化处理，是最广泛使用的热

处理方式〕组织：回火M+过剩K+A',可获得高硬度，高韧性，但抗压强度

较低

b、高温淬火〔1080-1100〕+高温回火〔500-520〕〔二次硬化处理，只有在使用温

度较高时采用〕组织：回火M+K+A',可获得高硬度及高的抗拉强度，但韧

性较差

c、中温淬火〔1030〕+中温回火〔400〕组织：回火M+K+A',可获得最好的

强韧性

3、性能特点〔温度越高A中C和合金元素含量越高MS低，反之〕：优点：高耐

磨性，可通过控制淬火温度控制剩余奥氏体的量，从而实现微变形。缺点：K不

均匀性严重，导热性差，锻造性能差，使用中脆断的倾向性大。

4、应用用于要求变形小、形状复杂的重载冷作模具、切边模、落料模、拉丝模、

搓丝模

（二〕Cr4W2MoV：1、成分特点：C:1.2%,在CH2型的根底上IC和Cr,[Mo、

W,使K不均匀性减少。

2、热处理：通常在等温球化退火后采用高淬〔1030〕+高回〔520三次〕获得高

耐磨和红硬性。或采用低淬[900-980]+低回〔200-290〕获得良好强韧性

3、性能：耐磨性、强韧性稍优于Crl2型，K细小均匀，淬火变形小，是Crl2MoV

的替代钢种。

〔三〕Crl2MolVl：Mo、V的量比CM2MoV高，进一步细化了晶粒，改善了碳

化物的不均匀性,锻造性能比Cr12MoV差，热处理方法与Crl2MoV根木相同，

其综合性能优于Crl2MoV,用于代替CM2型钢制大型复杂的冷作模具〔冷切模、

切边模、滚丝模等〕

四、冷作模具用高速钢（高强度高耐磨冷作模具钢〕tW18Cr4VsW6Mo5Cr4V2〕

①锻造工艺：反复锻打，严格锻造工艺〔锻造性能差〕，破碎共晶莱氏体组织。

〔粗大的K不能通过正火消除〕

②预先热处理：锻后等温球化退火:加热温度为840〜860℃[18-4-1钢的AC1

温度是820-860℃〕,保温2〜4h;炉冷至740〜760℃,保温4〜6h,炉冷到500℃

以下出炉空冷，硬度4255HBS。

③敢终热处理：高温淬火〔1280〕+高温回火三次〔560〕高速钢必须经过三次

以上的回火，其原因主要是淬火后剩余奥氏体体积分数达30%,经三次回火后剩

余奥氏体体积分数才降到2%〜3%,硬度到达64HRC以上。前次回火冷却过程中

剩余奥氏体转变成“淬火〃马氏体，必须经再次回火才能消除前次回火时产生的

组织应力。

性能特点：高速钢具有高强度、高抗压性，高耐磨性和高热稳定性，广泛用于制

造各种刀具，也用于制造高负荷冷作模具，如冷挤压

模，冷冲裁模。但高速钢作为冷作模具钢存在一定的局限性，主要是合金元素消

耗达，价格贵，制造工艺性能差热处理工艺复杂，变形难控制

五、高强韧性冷作模具钢

典型钢种：6W6Mo5Cr4V〔W6Mo5Cr4v的变种〕也称降碳高速钢，还有基体钢和

7Cr7Mo2V2Si

成分特点：C、V],改善了碳化物分布的不均匀性

热加工：按莱氏体钢的操作要领操作〔与高速钢相似〕

热处理：1180-120()淬火+560-58()三次回火〔每次1.5h〕

性能：C低，耐磨性稍差，易脱碳，但韧性好。

应用：代替高速钢或高碳高辂钢制作黑色金属冷挤冲头、冷徽冲头寿命可提高

2-10倍，也用于制造易折断、劈裂的冷挤压凸模或冷墩凸模。

六、高耐磨高强韧性冷作模具钢

典型钢种：9Cr6WMo2V2—GM钢最终热处理：1160淬火+500-600二次回火

性能特点：克服了高辂钢及高速钢的脆断倾向，具有较宽的淬火温度范围，晶粒

不易长大。但由于含碳量较低，耐磨性不如前两者。

七、抗冲击冷作模具钢

1、成分特点：接近合金调质钢。0.5%-().9%C,含一定的Mn、Si、Cr等合金元素

2、典型钢种：(一〕CrWSi系：4CrW2Si5CrW2Si6CrW2Si

a、热加工：锻造性能好，800-1180b、预先热处理：730-750退火8-1Oh,HB241

c、最终热处理：950淬火+250回火，HRC54-56d、性能：耐冲击，但脱碳敏

感性大，变形难控制，且在磨粒磨损条件下耐磨性缺乏，渗碳可T硬度和耐磨性。

e、应用：用于制造大、中型重载冷剪刀片，中厚板穿孔冲头、风开工具等。

〔二〕60Si2Mn：预先热处理：退火

最终热处理：方法1：亚温淬火〔800-82()〔碱水〕+回火〔380-400〕组织：F+T+A'

HRC49-52,强韧性好。但耐磨性稍差

方法2:亚温淬火〔800-8200〔碱水〕+回火〔200-280〕组织：F+M+A'HRC57-60,

耐磨性更好。

八、特殊冷作模具钢及热处理

〔一〕耐蚀型：9018、Crl8MoVsCr14MoxCr14Mo4

成分特点：高碳高辂组织：回火M+K+A'

性能：淬火后马氏体中辂的质量分数达12%左右既具有高硬度和高耐磨性，又具

有良好的耐蚀性。用途：用于制作在腐蚀介质中工作的模具。

〔二〕无磁钢lCrl8Ni9Ti、5Cr21Mn9Ni4W>Mn5Cr2A13V2WMo〔含Mn、Ni〕

热处理：固溶+时效组织:A

性能和应用：导热系数低，在磁场中不被磁化，用于制造磁性材料用的无磁模具。

九、硬质合金〔金属陶瓷〕

金属陶瓷是以金属氧化物（如A12O3,ZrO2等）或金属碳化物（如

TiC,WC,TaC,NbC等）为主要成分，再参加适量的金属粉末（如Co,Cr,Ni,Mo等）通过

粉末冶金方法制成，具有金属某些性质的陶瓷.

鸽钻类硬质合金：由碳化鸦和钻组成，常用代号有YG3,YG6,YG8、YG15、YG20、

YG25等。代号中“YG”为"硬〃，"钻"两字的汉语拼音字首，后面的数字表示

钻的质量分数。

YG8:即8%Co,92%WC

⑵鸽钻钛类硬质合金："YT”为"硬"，"钛〃两字的汉语拼音字首，后面的数字表

示碳化钛的质量分数。

硬质合金中，碳化物含量越多，钻含量越少，那么硬质合金的硬度，热硬性及耐磨性

越高,但强度及韧性越低.

（3）通用硬质合金：是在成分中添加TaC或NbC来取代局部TiC.其代号用“硬“和“

万”两字汉语拼音节首“YW”加顺序号表示，如YW1,W2.

冷作模具的选材应遵循的原则：

1〕形状简单、轻负荷、精度要求不高、生产批量不大选择价格廉价的"T”；

〔2〕对于形状复杂、尺寸精度要求高的应选用低变形的；〔3〕承受负荷大的采

用高强度的〔4〕承受强烈摩擦和磨损的选高硬度高耐磨的；〔5〕承受冲击的选

用韧性高的

1、冷冲冷作模具性能要求：高硬度、高耐磨、足够的抗压、抗弯和适当的韧性。

选材：根据产品形状和尺寸、被冲材料性质、工作载荷大小、失效形式、生产批

量大小、模具本钱。

:对于小批量生产，可选用外表淬火钢或铸铁；

对于轻载拉深模，宜选用碳素钢T10A钢，高碳低合金钢9Mn2V,CrWMn,GD

钢，基体钢〔65Nb钢〕等；

对于重载拉深模，可选用高耐磨冷作模具钢Crl2,Crl2MoV,Crl2MolVl,

Cr5MolV,GM钢等

3.挤压模模具材料的选用：传统的冷挤压模模具材料有碳素工具钢T10A钢，高

碳低合金钢CrWMn,60Si2Mn钢，高耐磨冷作模具钢Crl2,Crl2MoV钢，冷作

才算具用高速钢W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2钢等。

4.冷锹模模具材料的选用：凸模必须承受强烈的冲击力，对模具寿命要求不高

或轻载的冷锹模凸模——可采9SiCr,T10A,Crl2MoV,GCrl5,60Si2Mn钢制造；

凹模——可采用T10A,Crl2MoV,GCrl5钢制造;对于重载、高寿命冷锹模，应

采用高强韧性、高耐磨性新型模具钢，如012A1,65Nb,LD,LM,18Ni,GM,

6W6Mo5Cr4V钢。

二、冷作模具的制造工艺路线

〔一〕常用冷作模具的制造工艺路线

⑴一般成型冷作模具：皱造一球化退火—机械加工成型一淬火与回火一钳修装

配；

⑵成型磨削及电加工冷作模具：锻造->球化退火->机械粗加工->淬火与回火一

精加工成型〔凸模成型磨削，凹模电加工〕一钳修装配；

(3)复杂冷作模具：锻造一球化退火一机械粗加工一高温回火或调质一机械加工

成型T钳修装配。

〔二〕冷作模具材料的淬火考前须知

⑴冷作模具钢含合金元素量多且品种多，合金化较复杂。钢的导热性差，而奥氏

体化温度又高，因此加热过程宜缓慢，多采用预热或阶梯式升温方式。

⑵为保护钢的外表质量，加热介质应予重视，所以普遍采用控制气氛炉、真空炉

等先进加热设备和方法，盐浴加热应充分净化。

⑶在到达淬火目的的前提下，应采用较缓和的冷却方式，如等温淬火、分级淬火、

高压气淬、空冷淬火等。

(4)为了进一步强化，应采用冷处理、渗氮等外表处理方式。

⑸盐浴处理后应及时清理，并高度重视工序间的防护工作。

⑹冷作模具钢价格昂贵，冷作模具工件加工复杂、周期长、制造本钱高、不宜返

修。所以工艺制定和操作应十分慎重，以保证生产全过程的平安。

1.冷冲裁模的热处理

冷冲裁模的热处理特点：①薄板冲裁模的热处理特点:②厚板冲裁模的热处理特

占，

厚板冲裁模失效分析说明，崩刃、折断往往是厚板冲裁模最早出现的失效形式。

合理选择回火工艺，生产中制定热处理工艺时可参考如下方法：

・高碳钢低温、短时、快速加热工艺:•等温淬火工艺：•利用屡次相变重结晶，

促使奥氏体晶粒细化：•细化碳化物处理：

2.冷拉深模的热处理

⑴冷拉深模的性能要求：在冷拉深时，冲击力很小，主要要求模具具有高的

强度和耐磨性，在工作时不发生粘附和划伤，具有一定韧性及较好的切削加工性

能，并要求热处理时模具变形小。对模具用钢的强度要求可以根据被拉深材料的

强度和板材的厚度来决定，拉深件批量的大小及形状也应予以考虑。

⑵冷拉深模的热处理特点：制定和实施热处理工艺时主要注意以下几点：

①防止模具外表产生氧化、脱碳②防止模具外表产生硬化接点

③对被拉深材料进行良好的润滑

3.冷挤压模的热处理

⑴冷挤压模模具的性能要求：冷挤压时，金属在三向不均匀的压力下产生

塑性变形，这就需要模具不但具有很高的强度和耐磨性，能承受住反复作用的高

压力而不发生破坏，而且还应该具备抵抗微小塑性变形的能力，才能保证模具在

高压下工作时不变形。此外，金属变形过程中会产生热效应，使工件和模具的温

度升高，因此还需要模具具有较高的回火稳定性。

(2)冷挤压模模具的热处理特点：为了能满足冷挤压模具的性能要求，在制定

和实施热处理工艺时应注意以下几点：①防止材料碳化物偏析②采用常用工艺

的下限温度淬火

③控制一定的剩余奥氏体量④采用等温淬火方法⑤应用外表强化处理

⑥在使用过程中进行低温去应力回火

⑴冷做模模具的性能要求：冷锻压是指金属坯料在室温下受冲击压力后高度方

向尺寸减少，而垂直于压力方向的横截面积尺寸增加的成型方法。

要求冷锹模具有高硬度、高强度、高耐磨和足够的韧性。为保证冷徼模具有

较好的强度和韧性，冷锁凹模的表层应有L5mm以上的硬化层，硬度为58〜

62HRC,而心部只需硬度较低、韧性较好的索氏体组织，不能将整个截面都淬硬。

（2）冷锻模模具的热处理特点：①采用喷水淬火方法；②回火要充分

，③采用快速加热工艺以减少冷微模的淬火变形；④采用外表处理

第四章

热作模具的工作条件主要有以下三方面：

⑴型腔表层受热、（2）型腔表层产生热疲劳、（3）载荷作用

热作模具的使用性能要求：

[1）高的硬度和红硬性（2）高的高温耐磨性⑶较好的强度和韧性（4；高的热疲

劳性能

影响钢的热疲劳性能的因素主要有：1钢的导热性②钢的临界点

工艺性能：〔1〕加工性〔切削加工性能和热加工中的锻压加工性能〕

〔2〕淬透性和淬硬性〔对于小型模具，由于尺寸小，容易淬透，所以只要求

高的硬度，偏重于高淬硬性;对于尺寸较大的模具，如果截面未淬透，那么

回火后未淬透局部的屈服点和韧性会显著降低，影响模具工作寿命〕

〔3〕热处理变形性（主要取决于热处理工艺和钢的冶金质量）

〔4〕脱碳敏感性〔防止：如真空热处理、可控气氛热处理〕。

热作模具用钢的成分特点、热处理特点及组织特点：

成分特点：碳含量质量分数一般在0.3〜0.6%,还参加Cr、Mo、Si、Mn、V

等合金元素，以提高钢的淬透性和高温性能。

热处理特点：包括预先热处理和最终热处理。

预先热处理：退火处理

最终热处理：淬火+高温回火〔回火温度高于工作温度〕但对于压铸模，为了提

高其耐磨蚀型，通常在淬火+高温回火后采用外表强化处理〔如氮化等〕进一步

提高其耐磨性和耐蚀性。

组织特点：回火S+A'或回火M+K+A'〔钢种不同，组织不同〕

热作模具材料：

1、按用途分：热锻模用钢、热挤压模用钢、压铸模用钢、热冲裁模用钢；

2、按工作温度分：低耐热性钢〔35()-37()℃〕、中耐热性钢〔550-6()()℃〕、高耐热

性钢［580-650℃］；3、按性能分：高韧性热作模具钢、高热强热作模具钢、高耐

磨热作模具钢。

热锤锻模钢：

服役条件性能要求

1］反复冷、热龟裂、热疲劳T热疲劳抗力I硬度是有利的；

2］表层温度〜500℃,冲击力大T热强性、韧度一高温回火；一消除回脆,

整体性能好；

3〕强烈摩擦磨损T模具高温耐磨性

4］模具尺寸比拟大淬透性好，导热性好

成分：C:一般在0.45〜0.60%,以保证一定硬度和冲击韧度。

Cr：一般1%左右，T淬透性，T回稳性，改善AK；

Ni：能TTAK,和Cr共同作用TT钢淬透性；

Mn：主要代Ni,但MnT过热敏感性和回火脆性。

Si:能f强度、回稳性和耐热疲劳性，Si量VI%o

M。、V:有效地细化晶粒，【过热倾向，T回稳性。

Mo［W］最重要的作用是II钢的回火脆性.所以，不但热锤锻模钢都含有MQ

元素，其他热作模具钢也都用M。〔《:〕合金化。

使用最广泛的是5CrNiMo和5CrMnMo钢。〔属低耐热高韧性热作模具钢〕

工艺特点：小型模硬度要求在40〜44HRC相对较高；大型模硬度在35〜38HRC

为宜相对较低

工艺要求：注意保护模面和模尾，以防止脱碳。加热要注意预热，450左右预热，

升温速度

要慢,v50℃/h;冷却要注意预冷，预冷到780℃左右，循环油冷，冷至15()〜2(：)0℃

取出；淬火后必须立即回火，绝对不允许冷至室温。

锻压模具用钢的选用：工作温度、承受的载荷、模具的形状与尺寸、被加工材料

的性质、质量、成型方式等因素。工作时受冲击负荷作用和锤锻模的截面尺寸较

大这两个最为重要所以大型及型腔复杂的锤锻模通常选用淬透性较高的钢，如

5CrNiMo钢。5Cr2NiMoVSi钢耐热疲劳性、冲击性好，适于制造大截面锤锻模具

热挤压模钢：工作条件和性能要求：

热挤压模具主要由挤压筒、冲头、凹模和心棒(用于挤压管材)等主要部件组成。

工作条件：热挤压模具是在高温［50()〜80()℃〕、高压、磨损和热疲劳等恶劣

条件下服役的。模具的尺寸一般都不大，比锤锻模要小。彳艮多有色金属和钢的型

材、管材和异型材是采用热挤压工艺成型的。

性能要求：使用性能要求应以高的热稳定性、较高的高温强度、耐热疲劳性和高

的耐磨性为主。有格系、鸽系和辂相系热模具钢三类。

1、辂系〔中耐热〕：4Cr5MosiV〔Hll)、4Cr5MoSiV14Cr5W2SiV等常用。

淬透性较高，较高的强度和韧度，抗氧化性较好。常用于制造尺寸不大的热锻模、

钢及铜的热挤压模、铝及铜合金的压铸模等。

2、鸦系〔高耐热〕：3Cr2W8V钢使用最多，具有高的热稳定性、耐磨性，但韧

度和抗热疲劳性较差。国外已根本停止，以H13代之。

3、辂铜系：3Cr3Mo3V〔德国X32CrMoVll)>3Cr3Mo3VNb〔HM-3),其性能介

于辂系和鸦系之间，即热稳定性比格系好，韧性比鸨系好。常用于制造热挤压模

和中小型锻模。

挤压模材料的选择

热模具名称

凹模冲头芯棒挤压缸内套

件

4Cr5MoSiVl4Cr5MoSiVl4Cr5MoSiVl4Cr5MoSiVl

铝、4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV

4CrMnSiMoV4Cr5W2VSi

镁合金

4Cr5MosiVl4Cr5MoSiVl4Cr5MoSiVl4Cr5MoSiVl

铜、4Cr5MoSiV3Cr2W8V3Cr2W8V4Cr3Mo3SiV

3Cr3Mo3W24CrMnSiMoV3Cr3Mo3W2V

铜合金

V5Cr4W5Mo2V

3Cr2W8V

5Cr4W5Mo2

V

压铸模具用钢：

压铸模具在服役条件：下不断承受高速、高压喷射、金属的冲刷腐蚀和加热作用，

从总体上看，压铸模具用钢的