模具钢的发展与应用
时间：2013-07-31 作者：91再生 来源：91再生网
回收模具钢的发展与应用冷作模具钢主要用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具。如冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拉深模具、印压模具、冷挤压模具、荧光显微镜螺纹压制模具和粉末压制模具等。冷作模具钢涵盖的范围很广，从各种碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢到粉末高速工具钢和粉末高合金工具钢等。
冷作模具材料是应用比较广泛的一类模具钢，主要用于制造冲压、剪切、锟压、冷镦、冷挤压等模具，国外通用的代表性钢种有低合金油淬模具钢01（9CrWMnV）,中合金空淬模具钢A2(Cr5Mo1V)和高铬高碳模具钢D3（Cr12),D2(Cr12Mo1V1)。
我国通用的是20世纪50年代从前苏联引进的CrWMn,Cr12,Cr12MoV三种模具钢。1981年我国引进了高碳高铬工具钢D2.为了满足冷作模具的特殊要求，各国有针对性地发展了一些新型的模具钢，主要有：
（1） 高韧性高耐磨模具钢其碳含量低于Cr12型模具钢，增加了钼、钒的含量，钢中形成大量的MC型高弥散度碳化物，其耐磨性不低于或优于Cr12Mo1V1钢，韧性和抗回火软化能力高于Cr12型钢。比较有代表性的有美国铬合金公司早期开发的Vasco Die,近年来日本山阳特殊钢公司开发的QCM8，我国自行开发的LD,GM钢等，分别用于冷挤压模具、冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具，都取得了良好的使用效果。
（2） 低合金淬火微变形钢该类钢的特点是合金含量低（质量分数不超过5%），淬透性、淬硬性好，且价格低，主要用于制造精密复杂的模具。代表性的钢有美国ASTM标准钢号A4,A6；日本大同公司的G04；我国自行研制的Cr2Mn2SiWMoV和CrMnMoVS钢。另外由于粉末冶金模具具有耐磨性、韧性、等向性、热处理工艺性好的特点，近20年来美国在国外发展很快，代表性的钢号有美国的CPM10V，德国的320CrVMo13.5，用于制造形状比较复杂、工作条件苛刻的长寿命模具。
1.2热作模具钢热作模具钢主要用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具。如热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦锻模具等。常用的热作模具钢有：中高含碳量的添加铬、钨、钼和钒等合金元素的合金模具钢；当有特殊要求时，有时采用高合金奥氏体耐热模具钢作为热塑模具钢。
热作模具钢用于制造锻压、压铸、热挤压、热镦锻等模具。国外通用的热作模具钢有三种类型：①以55NiCrMoV6和56NiCrMoV7为代表的低合金热作模具钢；②以H13(4Cr5MoSiV1)和H11(4Cr5MoSiV)为代表的中合金热作模具钢；③以H10(3Cr3Mo3VSi)和H21(3Cr2W8V))为代表的钨系钼系热作模具钢。我国通过的热作模具钢原来主要是5CrNiMo,5CrMnMo，3CrW8V三个标牌，但这样很不合理，近20年来我国对H13(4Cr5MoSiV1)钢进行了比较系统的研究和推广工作，1995年其产量已达到26976t，成为产量最高的热作模具钢。
为了适应热作模具钢的发展需要，国内外相继开发了一些产品，主要可分为以下类型：
（1） 高淬透性特大型锻压模块用钢通用型的锻压块用钢如5CrNiMo，5CrNiMoV等，由于淬透性的限制，一般只适用于制造厚度为300～400mm的模具，而大型锻压设备有时模具重达几十吨，随者模块体积的增大，要求进一步提高模具材料的淬透性，使模具心部能得到较高的、均匀的性能。有代表性的钢种有ISO 4957标准中的4NiCrMoV7钢，我国也开发了一些淬透性较好的钢种，如4Cr2MoVNi,3Cr2NiMoWV等。
（2）高热强性模具钢新工艺的发展使一些热作模具的工作温度不断提高，工作条件日益苛刻，传统的3Cr2W8V型高合金热作模具钢不能适应要求，国内外陆续研制、开发了不少新型热作模具钢，主要可分为四种类型：①中合金高热强性热模具钢，如3Cr3Mo3W2V，与3Cr2W8V相比，它具有更高的高温强度和抗回火软化能力；②沉淀硬化型热作模具钢，如日本日立金属公司的YHD13，由于加入了钒、铌、镍、铝等，工作中模具表面的硬度可上升到45～48HRC，模具的心部仍保留原有的组织和高韧性，从而提高了模具的寿命；③低碳高速钢，如我国的6WMo5Cr4V,将高速钢的碳含量降低至0.3%～0.6%，在牺牲部分红硬性和耐磨性的情况下，改善其韧性和抗冷热疲劳性能；④奥氏体热作性模具钢，如GP使钢和日本大同公司的5Mn15Ni5Cr8Mo2V。
1.3塑料性模具近50年来，世界塑料工业高速发展，塑料制品的大部分依靠模具成型，由于对塑料制品要求不同，所以对制造塑料的模具材料也提出了各种不同的性能要求。不少于工业发达国家已经形成了范围很广的塑料模具用钢系列，由3Cr12Mo(P20)一个钢号发展成由以下七大类构成的塑料模具用钢系列：
（1）非金属塑料模具钢该种钢主要用于制造生产通用型热塑性塑料工件批量不大，技术要求不太严格的制品模具。如20，45等碳素结构钢和T8,T10等碳素工具钢。
（2）预硬型塑料模具钢该种钢采用中碳合金钢预先经过淬火和高温回火（硬度30～40HRC）得到，代表性的钢号如美国的P20,瑞典的ASSAB公司的718（3Cr2MnNiMo），日本大同特殊钢材料公司的PDS5、我国的3Cr2Mo等。
（3）时效硬化型塑料模具钢该种钢由于时效温度低、变形小，而且有规律，故适用于制造形状复杂、尺寸精度要求高的模具，如美国ASTM标准钢号P21、日本大同特殊钢公司的NAK55（2Ni2AlCuMoS）和和NAK80、我国的25CrNi3MoAl等。
（4）渗碳型塑料模具钢该种钢一般为碳、硅含量很低的低碳钢或低碳合金钢，以保证钢在常温下具有高塑性和很低的变形抗力，以便进行型腔的冷挤压，挤压成型后进行渗碳淬火、回火，使模具表面具有高硬度和抗磨损性能，一般用于制造要求耐磨性较高的热固性塑料模具和增强型塑料模具，如美国ASTM标准钢号P2(10CrMo),P3(10CrNi);我国的20Cr,12CrNi2钢等。
（5）整体淬硬型模具钢该种钢是借用高耐磨性冷作模具钢及热作模具钢，如Cr5Mo1V(A2)和Cr12Mo1V1(D2)等冷作模具钢以及4Cr5MoSiV1等热作模具钢。
（6）耐蚀塑料模具钢有些塑料制品如聚氯乙烯、氟化塑料、阻燃燃料等压制过程中对模具有腐蚀作用，因此，对此类塑料模具一般采用马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢制造，如瑞典ASSAB和STVAX(4Cr13)、我国研制的PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)等。
（7）无磁塑料模具钢该种钢是将奥氏体型模具钢通过时效硬化处理得到要求的硬度、强度和低的磁导率，如日本大同特殊钢公司的NAK301、我国的7Mn15Cr2Al3V2WMo钢等。
2新型模具钢2.1冷作模具钢新钢种2.1.1高韧性、高耐磨性模具钢这些钢碳含量低于传统的Cr12型模具钢，增加了钼、钒合金的含量，其耐磨性优于Cr12Mo1V1钢，韧性和抗回火软化能力则高于Cr12钢，如美国钒合金钢铁公司早期发表的VascoDie(8Cr8Mo2V2Si)、日本大同特殊钢公司的DC53(CrSMo2VSi),我国自行开发的则有7CrTMo2V2Si（LD钢）、9CrW3Mo2V2(GM钢)等，分别用于冷作模具钢、冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具。
2.1.2低合金空淬微变形钢该类钢的特点是合金含量低（质量分数不超过5%），淬透性、淬硬性好，Φ100mm的工作可以空冷淬透、淬火变形小、工艺性好，主要用于制造精密复杂的模具。如美国ASTM标准钢号A4(Mn2CrMo)和A6(7Mn2CrMo))、日本大同特殊钢公司的G04。我国自行研制的Cr2Mn2SiWMoV和8Cr2MnMoWVS等钢种也属于低合金空淬微变形钢，后一种钢号还兼备优良的切削性。
2.1.3火焰淬火模具钢该类钢的特点是淬火温度范围宽、淬透性好。由于火焰局部淬火的工艺简便、缩短了模具制造周期，降低了制造费用，已被广泛地用于制造剪切、下料、冲压、冷镦等冷作模具，特别是大型镶块模具，如东风汽车公司采用我国研制的7CrSiMiMoV火焰淬火钢制造汽车大型覆盖件镶块冲模刃口材料，取得了很好的使用效果。该类钢代表性的钢号有日本爱知公司的SX5(Cr8MoV)、大同特殊钢公司的G05、日本日立金属公司的HMD1和HMD5等。
2.1.4粉末冶金冷作模具钢采用粉末冶金工艺产生的高碳高合金钢，由于钢液雾化形成的微细钢粉凝固很快，可以完全避免一般工艺生产的高碳高合金冷作模具钢在浇注后缓慢凝固产生的粗大碳化物和偏析等缺陷。具有磨削性好、韧性好、等向性好、热处理工艺性好等优点。有代表性的钢号有美国钳锅公司的CPM9V和CPM10V、日本日立金属的HAP40等。
2.2热作模具钢新钢种2.2.1通用型热作模具钢包括以1.5155NiCrMoV6为代表的低合金热作模具钢、以H13（4CrSMoSiV1）为代表的中合金热作模具钢、以H10（3Cr3Mo3VSi）为代表的钨系钼系热作模具钢。目前在我国4CrSMoSiV1是产量最高的热作模具钢。
2.2.2高淬透性的特大型锻压模块用钢该种钢淬透性好，对尺寸较大的模具心部也可以获得均匀的性能。如1SO 4957标准中的40NiCrMoV、法国NF-35-590标准中的d DONCD16、我国的4Cr2MoVNi和3Cr3MoWVNi等。
2.2.3高热性模具钢2.2.3.1中合金热强行模具钢一般是在3Cr3Mo3Si-V（H10）和4CrSMo3Si-V1（H13）钢的基础上增加了钨、钼、钴、铌等元素，以提高其高温性能。如美国ASTM标准钢号H10A、我国开发的3Cr3Mo3W2V等。
