第1章 模具材料综述 1.1 模具及模具材料的分类 1.2 模具的失效形式及影响因素 1.3 模具材料与使用寿命 1.4 模具材料的选用原则 第1章 模具材料综述 1.1 模具及模具材料的分类 1.2 模具的失效形式及影响因素 1.3 模具材料与使用寿命 1.4 模具材料的选用原则 1.5 模具材料的生产现状和发展趋势

1 模具及模具材料的分类 按合金元素含量的不同一般把模具钢分为碳素工具钢、低合金模具钢、中合金模具钢、高合金模具钢；按用途不同分类为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢三大类；其余还有按性能分类的。能用于制造模具的材料很多，通常可分为钢铁材料、非铁金属和非金属材料三大类，目前应用最多的还是钢铁材料。

2 模具的失效形式及影响因素 1.2.1 影响模具失效的因素 模具结构的影响 ,模具材料的影响 ,热处理及加工制造工艺的影响 2 模具的失效形式及影响因素 1.2.1 影响模具失效的因素 模具结构的影响 ,模具材料的影响 ,热处理及加工制造工艺的影响 1.2.2 模具失效的形式 磨损、断裂、局部崩块、腐蚀、疲劳和变形

1.3 模具材料与使用寿命 冷作模具钢中的6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo3V2Si、7CrSiMnMoV、6CrNiSiMnMoV等，热作模具钢中的3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、4CrMnSiMoV、4Cr2NiMoV、5Cr4Mo3SiMnVAl，，橡塑模具钢中的0Cr16Ni4Cu3Nb、10Ni3MnCuAlMo、Y55CrNiMnMoV、5CrNiMnMoVSCa、 8Cr2MnWMoVS、06Ni6CrMoVTiAl、Y20CrNi3AlMnMo等新钢种的采用，都获得提高模具寿命数倍的效果。

模具钢的冶金质量对模具寿命也有很大影响，钢中的非金属夹杂物、中心疏松、白点、成分偏析、碳化物大小、形状不理想，均能降低钢的强韧性及疲劳抗力，从而降低模具使用寿命。 采用先进的冶金生产技术如电渣重熔、炉外精炼、真空脱气等都明显提高模具钢冶金质量及模具寿命。

1.3.2 锻造与模具寿命 锻造的第一个目的是使钢材达到模具毛坯的尺寸及规格，为后续加工做好准备。 锻造的第二个目的是改善模具钢的组织和性能，使大块碳化物破碎，并均匀分布，改金属纤维的方向性，使流线合理分布，消除或减轻冶金缺陷，提高模具钢的致密度。

1.3.3 热处理与模具寿命 预备热处理，如正火、高温回火、球化退火、调质处理 提高模具使用寿命，还可采用一些表面强化技术，特别是化学热处理技术，如渗硼、渗硫、渗氮、气体及液体氮碳共渗、化学气相沉积、物理气相沉积、表面涂覆、刷镀等等

1.4 模具材料的选用原则 1．生产批量 2．被冲压材料的性能、工序性质和凸、凹模的工作条件 1.4 模具材料的选用原则 1．生产批量 2．被冲压材料的性能、工序性质和凸、凹模的工作条件 3．材料性能 应考虑模具材料的冷、热加工性能和工厂现有条件 4．生产、使用情况 应考虑我国模具钢的生产与使用情况

1.4.1 模具材料的使用性能 (1)硬度和热硬性 (2)耐磨性 (3)强度和韧性 (4)抗疲劳性

1.4.2 模具材料的工艺性能 (1)可加工性 (2)淬硬性和淬透性 (3)淬火温度和热处理变形 (4)脱碳敏感性

1.5 模具材料的生产现状和发展趋势 模具钢的内在质量主要包括两个方面： 1.5 模具材料的生产现状和发展趋势 模具钢的内在质量主要包括两个方面： (1)提高模具钢的纯净度 降低钢中有害杂质和气体的含量是各模具钢生产厂的主要努力方向之一。 如将4Cr5MoSiV1钢中磷的质量分数从0.03%阵至0.01%，可使其淬火回火后的冲击韧度提高1倍；如果进一步降至0.001%，则可提高冲击韧性2倍。将钢中的氧含量降低，也可以显著改善钢的韧性。 (2)提高钢的等向性 模具大部分是多向受力的，因此，提高模具钢的等向性，改善钢的横向韧性和塑性，使其与纵向性能接近，就可以大幅度提高模具的使用寿命。

第2章 冷作模具材料 2.1冷作模具材料及性能要求 2.1.1冷作模具材料 第2章 冷作模具材料 2.1冷作模具材料及性能要求 2.1.1冷作模具材料 冷作模具材料主要用于制造在冷状态（室温）条件下进行压制成型的模具，如冷冲压模具、冷拉伸模具、冷镦模具、冷挤压模具、压印模具、辊压模具等。

9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、 CrWMn、Cr2 空淬冷作模具钢 钢 种 牌 号 举 例 碳素工具钢 T7、T8、T10、T11、T12 油淬冷作模具钢 9Mn2V、9SiCr、9CrWMn、 CrWMn、Cr2 空淬冷作模具钢 Cr5Mo1V、Cr6WV、Cr4W2MoV、8Cr2MnWMoVS 高碳高铬冷作模具钢 Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1 基体钢和低碳高速钢 6W6Mo5Cr4V、 6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo2V2Si 高耐磨高强模具钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N 火焰淬火冷作模具钢 7CrSiMnMoV 无磁冷作模具钢 7Mn15Cr2Al3V2WMo（7Mn15） 硬质合金 YG8、YG15、YG20、YG25 钢结硬质合金 DT、TLMW50、GT35

1. 冷作模具材料的使用性能要求 1）变形抗力 衡量冷作模具材料变形抗力的指标主要有：硬度、抗拉强度、抗压强度、抗弯曲强度。 2）断裂抗力 3）耐磨性 4）咬合抗力 5）受热软化抗力

2. 冷作模具材料的工艺性能要求 1）锻造工艺性 良好的锻造工艺性是指可锻性好，即热锻变形抗力低、塑性好、锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及析出网状碳化物缺陷的倾向低。 2）切削工艺性 切削工艺性是指可加工性和可磨削性。 3）热处理工艺性 （1）退火工艺性（2）淬透性 （3）淬硬性 （4）脱碳、侵蚀敏感性 （5）过热敏感性 （6）淬裂敏感性 （7）淬火变形倾向

3. 冷作模具材料的内部冶金质量要求 1）化学成分不均匀性 2）磷和硫的含量 3）钢中夹杂物 4）碳化物不均匀性 5）疏松

2.2 碳素工具钢 2.2.1碳素工具钢的一般特性 碳素工具钢的含碳量在0.7%～1.3%范围内，价格便宜，原材料来源方便，加工性能好，热处理后可得到高硬度和高耐磨性，用于制作尺寸不大、形状简单、受轻负荷的模具零件。

2.2.2常用的碳素工具钢 常用的碳素工具钢有T7，T8，T10，T11，T12，其中T7钢为亚共析钢，T8钢为共析钢，T10，T11，T12钢为过共析钢。。

T10钢 T10钢在淬火加热（温度达800°C）时不致过热，仍能保持细晶粒组织，是力学性能较好的碳素工具钢，经适当热处理可得到高的耐磨性、较高强度和一定韧性，适于制造切削刃口在工作时不变热的工具

T12钢 T12钢由于含碳量高，淬火后有较多的过剩碳化物，按其耐磨性和硬度适于制作不受冲击载荷、切削速度不高、切削刃口不变热的工具，如制作车床、刨床用的车刀、铣刀、钻头；可制绞刀、扩孔钻、丝锥、板牙、刮刀、量规、切烟草刀、锉刀，以及断面尺寸小的冷切边模、冲孔模等。

2.3 油淬冷作模具钢 2.3.1油淬冷作模具钢的一般特性 油淬冷作模具钢是在碳素工具钢的基础上适当加入铬、钨、钼、锰、硅、钒等合金元素（总含量一般在5%以下），以提高过冷奥氏体的稳定性，降低了淬火冷却速度，减少了热应力、组织应力和淬火变形及开裂倾向，钢的淬透性也明显提高。

2.3.2 常用油淬冷作模具钢 9Mn2V钢是一个比碳素钢具有更好综合力学性能和工艺性能的低合金模具钢，是合金工具钢中惟一不含Ni、Cr元素的经济型钢种。该钢淬透性较好，淬火、低温回火后有高的硬度和耐磨性，淬火时可用油冷，变形较小，易于实现微变形淬火。 国外同类型的钢号有90MnV（ISO），美国的O2（AISI）。 该钢适宜于制作碳素工具钢不能满足要求的冷作模具零件和塑料模具零件，如一般要求的尺寸较小的冷冲压模和雕刻模等。

9SiCr钢是低合金刃具用钢，但也常常制作冷作模具零件，效果很好。该钢最早引自前苏联的9XC（ГOCT），过去曾称作9CrSi钢。成分和性能与9XC（ГOCT）完全一样。在我国已经有很长的应用历史 。 国外同类钢号有德国的90CrSi5（DIN），瑞典的2092（SIS）、SR1855（UHB、Bofors）和DF-1（ASSAB）。 9SiCr钢中因含有硅和铬，所以淬透性好，适宜分级或等温淬火，这对于防止模具发生淬火变形极为有利。因此该钢可做多种形状复杂、变形要求小的冷作模具零件，如冷冲裁模和打印模等。

9CrWMn钢是低合金冷作模具钢，具有一定的淬透性和耐磨性，淬火变形小，碳化物分布均匀且颗粒细小。 国外同类型的钢号有95MnWCr1（ISO），日本的SKS3（JIS），俄国的9XBT（гOCT），瑞典的2140（SIS），美国的O1（AISI），但是O1的含Cr、W量均比9CrWMn低而Mn稍高。 主要用于碳素工具钢不能满足要求的截面较大，形状较复杂的模具零件，如冷冲模以及各种量规量具等。

2.4 空淬冷作模具钢 2.4.1空淬冷作模具钢的一般特性 中铬耐磨高韧性冷作模具钢，在这类钢中，有含有中等铬量的Cr5Mo1V、Cr6WV和Cr4W2MoV钢，还有含铬锰的8Cr2MnMoWVS钢。这些钢都具有很好的空冷淬硬性和淬透深度，其耐磨性好，又具备一定的韧性，热处理变形小，适宜制造重负荷、高精度的冷作模具。8Cr2MnMoWVS钢含有易切削元素，切削加工性能好，热处理变形小，适用于制造精密模具。

2.4.2 常用空淬冷作模具钢 Cr5Mo1V钢属于中合金空淬模具钢，具有良好的空淬硬化性能，这对于要求淬火和回火之后必须保持其形状的复杂模具是极为有益的。 Cr5Mo1V钢引自美国的A2（AISI、ASTM），A2是国际上广泛应用的通用型冷作模具钢，日本的SKD12（JIS）、DC12（大同特钢）。 该钢特别适合用于要求具备好的耐磨性同时又具有好的韧度的工具，广泛用于下料模和成形模、轧辊、冲头、压延模和滚丝模，也用于某些类型的剪刀片。

Cr6WV钢是一种具有较好综合性能的高碳中铬冷作模具钢。该钢由于合金元素和含碳量较低，所以比Cr12型钢的碳化物分布均匀，在正常淬火情况下（980゜C油淬），抗弯强度、冲击韧度优于Cr12MoV钢。选用Cr6WV钢制造承受冲击力较大的要求高硬度、高耐磨的板料冲裁模比Cr12钢更优。 Cr6WV钢具有广泛的用途，制造具有高机械强度，要求一定的耐磨性和经受一定的冲击载荷的模具，如冷镦模、圆滚模、钻套、冷冲模及冲头、切边模、压印模、搓丝板以及块规量规等。

Cr4W2MoV钢是代替Cr12型钢而研制的一种新型高碳中铬钢，性能比较稳定，其模具的使用寿命较Cr12，Cr12MoV钢有较大的提高。 经实际使用证明，该钢是性能良好的冷作模具钢，可用于制造各种冲模、冷镦模、落料模、冷挤凹模及搓丝板等工模具。 此钢的缺点是热加工温度范围较窄，变形抗力较大，易锻裂、软化退火也比较困难，使用时有时会发生崩刃开裂现象。

8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）钢是我国研制的含硫易切削精密冷作模具钢，该钢预硬化处理到40～45HRC，仍可以采用高速钢刀具进行车、铣、刨、镗、钻、铰、攻丝等常规加工，使模具在加工后可以直接使用，这对于形状复杂或要求尺寸配合特别高的模具非常适用。 用该钢制作的模具的配合精度较其他合金工具钢高1～2个数量级，表面粗糙度值低1～2级，使用寿命长2～10倍以上。

2.5 高碳高铬冷作模具钢 2.5.1高碳高铬冷作模具钢的一般特性 2.5 高碳高铬冷作模具钢 2.5.1高碳高铬冷作模具钢的一般特性 高碳高铬冷作模具钢包括Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1，具有高硬度、高强度、高耐磨性、易淬透、稳定性高、抗压强度高及淬火变形小等优点. 适用于制造承受负荷不大，但耐磨性要求高，而且在400～500°C温度下工作的模具。

2.5.2 常用高碳高铬冷作模具钢 Cr12钢是高碳高铬型冷作模具钢的代表性钢号之一。含有极高量（质量分数）的C2.00%～2.30%和Cr11.00%～13.00%，属于莱氏体钢,所以有很高的淬透性、淬硬性和耐磨性，且淬火变形小。但当碳化物不均匀时,变形量多向性且不规则，它的组织不良是主要缺点。 Cr12钢具有良好的耐磨性，但冲击韧度较差，易脆裂，主要用于制造冲击负荷较小，要求高耐磨的冷冲模工作零件（凸模凹模）、冷挤压模的凹模、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模以及滚螺纹模等模具。

Cr12MoV钢是由Cr12钢发展而来的，由于含碳量较低，且添加了Mo、V，碳化物不均匀性较Cr12钢有所改善，所以强度、韧度都比较高，有较好的热加工性，且具有更高的淬透性，淬火变形较小，在300°C～400°C时仍能保持良好的硬度和耐磨性。 国外类似的钢号有德国的X165CrMoV12（DIN）,日本的SKD11（JIS）等。 可以制造截面大，形状复杂，经受较大冲击负荷的冷作模具。如形状复杂的冲孔凹模、高耐磨冲模、硅钢片落料模、切边模、滚边模、拉丝模等。

Cr12Mo1V1简称（D2）是仿美国ASTM标准中的D2钢而引进的新钢号，已纳入GB1299-85《合金工具钢技术条件》中。由于Cr12Mo1V1钢中Mo、V含量比Cr12MoV钢高，改善了钢的铸造组织，细化了晶粒，改善了碳化物的形貌，因而其强韧性（抗弯强度、挠度、冲击韧度等）较Cr12MoV钢高，耐磨性也有所增加。 实践表明，Cr12Mo1V1钢模具寿命较Cr12MoV钢模具寿命有所提高。如用Cr12Mo1V1钢制做的冷冲裁模、滚丝模、滚轧轮等均比Cr12MoV钢模具寿命提高5～6倍。而Cr12Mo1V1钢的锻造性能及热塑成形性比Cr12MoV钢略差。

2.6 基体钢和低碳高速钢 2.6.1 基体钢和低碳高速钢的一般特性 2.6 基体钢和低碳高速钢 2.6.1 基体钢和低碳高速钢的一般特性 基体钢，其化学成分相当于高速钢淬火后的基体组织成分，因基体钢中共晶碳化物数量少且细小均匀，韧性也相对提高了。近年来我国研制的基体钢是以W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V钢的基体成分为基础发展改性的，如6Cr4W3Mo2VNb、7Cr7Mo2V2Si等。低碳高速钢，其钢中的合金元素与高速钢相近，但碳含量较低，常用于高冲击载荷下耐磨损的模具，典型的钢号是6W6Mo5Cr4V，它和基体钢都有接近高速钢的强度，且韧性好，同时在某些工艺性能方面也有明显的改善。

2.6.2 常用基体钢和低碳高速钢 6W6Mo5Cr4V钢是一种低碳高速工具钢类型冷作模具钢，与普通高速钢W6Mo5Cr4V2相比，仅降低含C量和含V量，属于基体钢类型。它的淬透性好，并具有类似高速钢的高硬度、高耐磨性、高强度和好的红硬性，且韧性比高速钢高。已列入我国合金工具钢标准，是我国目前较成熟的一种高强韧、高承载能力的冷作模具钢。 该钢主要用于取代高速钢或高碳高铬钢制作易于脆断或劈裂的冷挤压凸模或冷镦凸模，可成倍提高模具的使用寿命，用于大规格的圆钢下料剪刀，能提高寿命数10倍。

7Cr7Mo2V2S钢是我国研制的基体类型的高强韧性冷作模具钢，代号LD。经适当热处理后，抗弯强度可达5000MPa以上，冲击韧度k值达100J/cm2以上，其强韧性远高于高速钢或高碳高铬钢，同时还具有高的耐磨性，好的冷、热加工工艺性，热处理变形小，通用性强等优点。 由于它的性能优于Cr12型高碳高铬钢和高速钢W6Mo5Cr4V2，应用日益普遍。据报道用该钢制造的螺栓冷镦切边模，冷镦光冲模、汽车弹簧冲孔模、自行车中轴碗冷挤压模、硅钢片冲模等几十种模具，使用寿命比原用钢种（Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、Cr12、GCr15、9SiCr等）成倍甚至10余倍地提高。

2.7 高耐磨高强模具钢 2.7.1 高耐磨高强模具钢的一般特性力学性能 高速钢（W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W12Mo3Cr4V3N）具有高硬度、高抗压强度、高耐磨性和高的热稳定性，采用低温淬火、快速加热淬火等工艺措施又可以有效地改善其韧性，因此越来越多地被用于要求重负荷、长寿命的冷作模具。 高速钢的抗压强度、耐磨性及承载能力居各冷作模具钢之首，主要用于重载荷凸模，如冷挤压凸模、重载冷镦凸模、中厚钢板冲孔凸模（厚度为10～25mm）、直径Φ小于5～6 mm的小凸模以及各种用于冲裁奥氏体钢、弹簧钢、高强度钢板的中、小型凸模和粉末冶金压模等。

2.7.2 常用高耐磨高强模具钢 W18Cr4V为钨系高速钢，具有高的硬度、红硬性及高温硬度。其热处理范围较宽，淬火不易过热，热处理过程不易氧化脱碳，磨削加工性能较好。该钢在500°C及600°C时硬度分别保持在57～58HRC及52～53HRC，对于大量的、一般的被加工材料具有良好的切削性能。 W18Cr4V钢碳化物不均匀度、高温塑性较差，不适宜制作大型及热塑成形的刀具，但广泛用于制造各种切削刀具，也用于制造高负荷冷作模具，如冷挤压模具等。

W6Mo5Cr4V2为钨钼系通用高速钢的代表钢号，属于高强韧性降碳、减钒钢。该钢具有碳化物细小均匀、韧性高、热塑性好等优点，由于它具有优良的室温和高温力学性能以及资源和生产成本低的优势，许多国家（包括中国）以W6Mo5Cr4V2取代W18Cr4V而成为高速钢的主要钢号。 W6Mo5Cr4V2钢韧性、耐磨性、热塑性均优于W18Cr4V，而硬度、红硬性、高温硬度与W18Cr4V相当。 W6Mo5Cr4V2高速钢除了用于制造各种类型的一般工具外，还可制作大型及热塑成形刀具。由于强度高、耐磨性好，因而又可制作高负荷下耐磨损的零件，如冷挤压模具等，但此时必须适当降低淬火温度以满足强度及韧性的要求。

2.8 其他类型冷作模具钢 2.8.1 火焰淬火冷作模具钢（7CrSiMnMoV） 7CrSiMnMoV钢是一种火焰淬火冷作模具钢，可用于模具刃口部位，其淬火温度范围宽，过热敏感性小，经氧－乙炔火焰加热到淬火温度，然后空冷即达到淬硬目的，其硬度可达62～64HRC，且淬火变形小，无需再经其他处理。 7CrSiMnMoV钢具有高于T10A，9Mn2V，CrWMn，Cr12MoV钢的强韧性，在要求强韧性较高的落料模、冲孔模、切边模、弯曲模、压型模、拉深模、冷镦模等冷作模具，用该钢取代上述模具钢，可使模具寿命延长1～3倍以上。

2.8.2特殊用途冷作模具钢 特殊用途冷作模具钢主要有两类：一类为耐蚀冷作模具钢，如9Cr18，Cr18MoV，Cr14Mo等。一类为无磁模具钢，如1Cr18Ni9Ti，5Cr21Mn9Ni4W，7Mn15Cr2A13V2WMo等。 7Mn15Cr2A13V2WMo钢是一种高Mn-V系无磁冷作模具钢，除具备一般冷作模具钢的使用性能外，还具有在磁场中使用时不被磁化的特性。7Mn15钢在各种状态下都能保持稳定的奥氏体，具有非常低的磁导率、高的硬度、强度和较好的耐磨性。

2.8.3 硬质合金和钢结硬质合金 硬质合金是将一些高熔点、高硬度的金属碳化物粉末（如WC，TiC等）和粘结剂(Co，Ni等)混合后，加压成型，再经烧结而成的一种粉末冶金材料。根据金属碳化物的种类通常将其分为钨钴类（YG）硬质合金和钨钴钛（YT）类硬质合金。冷冲裁模用的硬质合金一般是钨钴类。

钢结硬质合金 钢结硬质合金是以难熔金属碳化物（TiC、WC）为硬质相，以合金钢为粘结剂，用粉末冶金方法生产的一种新型模具材料。它既具有硬质合金的高硬度、高耐磨性和高抗压性，又具有钢的可加工性和热处理性。它的出现填补了工具钢与普通硬质合金的空白。以WC为硬质相的钢结硬质合金又简称DT合金。

DT合金性能优越，越来越多的DT合金用来制造冷镦模、冷挤压模、冷冲裁模、拉深模等，使用效果良好。据不完全统计，在定转子冷冲裁模、落料模方面，DT合金模具比W18Cr4V，Cr12MoV模具的使用寿命至少延长6～30倍；在民用五金行业的冷镦模、拉深模方面，DT合金模具比Cr12模具寿命延长10～32倍，从而使成本大幅度降低。

2.9 冷作模具钢材料的选用 2.9.1冷作模具材料的选用原则 首先要满足模具的使用性能要求，同时兼顾材料的工艺性和经济性。具体选择时应从模具的种类、结构、工作条件、制品材质、制品形状和尺寸、加工精度、生产批量等方面综合考虑，最后根据模具使用寿命和模具成本作出选择。

2.9.2. 冷作模具材料的选用 Cr12型高碳合金钢仍是大多数模具的通用材料，典型代表钢种是Cr12MoV，这类钢的强度和耐磨性较高，韧性较低。在对模具综合力学性能要求更高的场合，常用的替代钢种是W6Mo5Cr4V2高速钢。

1. 冷冲裁模材料的选用 冷冲裁模材料的选用原则和方法 选用冷冲裁模用钢主要应考虑模具寿命，但寿命长短不是惟一的选用依据；还应考虑冲压件的材质，另外应考虑冲压件的产量，如批量不大，选用长寿命模具就没有必要；冲压件的形状、尺寸、厚度、尺寸公差和毛刺等各种因素对模具寿命影响极大，也应考虑；还要考虑钢种价格以及模具材料费占模具总费用的份额

2）冷冲裁模材料的具体选用 （1）薄板冷冲裁模用钢要求具有高的耐磨性。 冷冲裁模主要用材有T10A，CrWMn，9Mn2V，Cr12及Cr12MoV钢等 新型冷冲裁模用钢 Cr4W2MoV（120），6CrNiSiMnMoV（GD），7Cr7Mo2V2Si（LD），9Cr6W3Mo2V2（GM），Cr8MoWV3Si（ER5），7CrSiMnMoV（CH-1），8Cr2MnWMoVS（8Cr2S），以及引进国外的新钢号Cr12Mo1V1（D2）及Cr5Mo1V等

（2）厚板冷冲裁模用钢 同薄板冷冲裁模相比，厚板冷冲裁模承受的机械载荷更高 。 厚板冷冲裁模用钢主要有Cr12MoV，W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2及T8A等。 新型模具钢LD，65Nb，012Al，CG2，LM1，LM2，GD，低碳M2、火焰淬火模具钢7CrSiMnMoV及马氏体时效钢，代替Cr12MoV和高速钢制造模具，可以大幅度延长模具寿命。

2. 冷拉深模材料的选用 模具具有高的强度和耐磨性，在工作时不发生黏附和划伤，具有一定韧性和较好的切削加工性，并要求热处理时模具变形小。 如属轻载拉深模具，则可选用T8A，9Mn2V，CrWMn等碳素工具钢或低合金工具钢；如属重载拉深模具，则可选用强度较高的Cr12MoV，Cr12等高合金模具钢或钢结硬质合金等；用于小批量生产的拉深模具可选用较低级的材料，如表面淬火钢及铸铁等；当拉深件生产批量很大时，则要求拉深模具有很高的磨损寿命，应对模具进行渗氮、渗硼、镀硬铬、渗钒，对中碳合金钢模具进行渗碳等表面处理。

3. 冷挤压模材料的选用 制作冷挤压模具的材料必须具有高的强韧性及良好的耐磨性。一般要求硬度61～63HRC，硬度过高，模具容易碎裂、崩块；硬度不够，模具容易磨损，也可能发生压塌及变形。 目前工厂最常用的是60Si2Mn、Cr12、Cr12MoV、W18Cr4V及降碳高速钢6W6Mo5Cr4V、基体钢LD、65Nb、012Al、LM1、LM2、低合金高强韧性钢GD、马氏体时效钢、硬质合金等。

4. 冷镦模材料的选用 冷镦成形是少无切削先进加工工艺之一，具有生产效率高、节能、节材，提高零件机械强度和精度，适合大批量自动化生产等特点。 工作时，冷镦凸模承受强烈的冲击力、压力、弯曲应力、摩擦力及切向拉应力作用，因此，要求凸模材料应具有高的强韧性、高的抗弯强度及较高的耐磨性；冷镦凹模在工作时要承受冲击性的切向拉应力、强烈的摩擦和压力作用，因此，要求凹模材料必须具备高强度、高硬度、高耐磨性及高的冲击韧度。

1）一般载荷冷镦模用钢 冷镦凸模可采用T10A，60Si2Mn，9SiCr，GCr15等钢制造，凹模可采用T10A，Cr12MoV，GCr15等钢种。

2）重载冷镦模用钢 模具通常采用Cr12型冷作模具钢、高速钢及新开发研制的冷作模具钢，如012Al，65Nb，LD，RM2，LM1，LM2，GM钢等。

3）新型冷镦模用钢 6W6Mo5Cr4V1（6W6）、6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（LD）、5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）、65W8Cr4VTi （LM1）、65Cr5Mo3WVSiTi（LM2）、9Cr6W3Mo2V2（GM）等。

2.9.3冷作模具钢的热处理工艺 1）为减少热处理变形，对于位置公差和尺寸公差要求严格的模具，常在机加工之后安排高温回火或调质处理。 2）由于线切割加工破坏了脆硬层，增加了脆硬层脆性和变形开裂的危险，因此，线切割加工之前的淬火、回火，常采用分级淬火或多次回火和高温回火，使淬火应力处于最低状态，避免模具线切割时变形、开裂。 3）为使线切割模具尺寸相对稳定，并使淬硬层组织有所改善，工件经线切割后应及时进行再回火，回火温度不高于淬火后的回火温度。

1. 冷作模具的制造工艺路线 1）一般成形冷作模具 一般成形冷作模具的制造工艺路线：锻造→球化退火→机械加工成形→淬火与回火→钳修装配。 1）一般成形冷作模具 一般成形冷作模具的制造工艺路线：锻造→球化退火→机械加工成形→淬火与回火→钳修装配。 2）成形磨削及电加工冷作模具 成形磨削及电加工冷作模具的制造工艺路线：锻造→球化退火→机械粗加工→淬火与回火→精加工成形（凸模成形磨削，凹模电加工）→钳修装配。 3）复杂冷作模具 复杂冷作模具的制造工艺路线：锻造→球化退火→机械粗加工→高温回火或调质→机械加工成型→钳修装配。

2. 冷作模具的淬火 淬火是冷作模具的最终热处理中最重要的操作，合理选择淬火加热温度，保温时间，淬火介质及采用合适的淬火加热方法，都会有效地提高模具的使用性能。

3. 冷作模具的强韧化处理工艺 冷作模具的强韧化处理工艺主要包括：低淬低回、高淬高回、微细化处理、等温和分级淬火等。 1）冷作模具钢的低温淬火工艺 2）冷作模具钢的高温淬火工艺 3）冷作模具的微细化处理 4）冷作模具钢的分级淬火和等温淬火 5）其他强韧化处理方法

冷作模具的微细化处理 包括钢中基体组织的细化和碳化物的细化两个方面。基体组织的细化可提高钢的强韧性；碳化物的细化不仅有利于增强钢的强韧性，而且增加钢的耐磨性。

微细化处理的方法通常有两种： （1）四步热处理法：第一步，采用高温奥氏体化然后淬火或等温淬火。第二步是高温软化回火，回火温度以不超过Ac1为界，从而得到回火托氏体或回火索氏体。第三步为低温淬火，由于淬火温度低，已细化的碳化物不会溶入奥氏体而得以保存。第四步为低温回火。

（2）循环超细化处理法：将冷作模具钢以较快速度加热到Ac1或Accm以上的温度，经短时停留后立即淬火冷却，如此循环多次。由于每加热一次，晶粒都得到一次细化，同时在快速奥氏体化过程中又保留了相当数量的未溶细小碳化物，循环次数一般控制在2～4次，经处理后的模具钢可获得12～14级超细化晶粒，模具使用寿命可延长1～4倍左右。

冷作模具钢典型的循环超细化处理工艺规范： 9SiCr钢：（600℃预热升温至800℃保温后，油冷至600℃，等温30min）+860℃加热保温+160～180℃分级淬火+180～200℃回火。 Cr12MoV钢：1150℃加热油淬+650℃回火+1000℃加热油淬+650℃回火+（1030℃加热油淬，170℃等温30min，空冷）+170℃回火。

液化气钢瓶封头冷拉深模具 钢瓶坯料为日本产NS50W钢板，厚度3mm，化学成分相当于20Mn钢，其力学性能为：s≥330MPa，b≥500MPa，≥24%。 拉深模圈3曾先后采用灰铸铁、ZG35Mn、T8钢、Cr12钢等材料制造，寿命均不高（低于1万件）。主要失效形式为磨损和粘料。

采用高强度球墨铸铁QT500-7制作模圈后，其寿命明显提高，提高的幅度与其热处理工艺有关。所采用的热处理工艺是，模具先经缓慢预热，再升温至800～900゜C加热，经保温后出炉空气预冷，待其棱角稍见暗红色时立即淬入盐水冷却，待模具温度降至550゜C左右（约需60s）立即转入油中冷却，待模具温度降至250゜C左右（约需5min）再转入180～200゜C的热油中等温（QT500-7的Ms点为250゜C左右），2～3h后将油温降至160～180゜C继续等温5～7h出油空冷。

QT500-7球墨铸铁模具经过这种预冷、双液淬火及马氏体转变区分级等温处理后，可获得高强度和较高韧性，硬度为55～58HRC。同时，球墨铸铁组织中的游离石墨既有自润滑作用，又能浸入润滑油，可减轻拉深过程中的摩擦，从而提高耐磨性。这使得模圈的工作寿命提高到16万件以上。

轴承滚柱冷镦凹模 凹模材料及热处理工艺 凹模中的上模和底模采用Cr12MoV钢制造，外套和压板采用GCr15钢制造。 上模和底模的热处理工艺为1100゜C盐炉加热油淬，510゜C1.5h回火2次。回火后的硬度要求为60HRC以上。 被冷镦的坯料为GCr15钢，硬度为170～207HBS，相当于强度s=370MPa。

凹模服役寿命和失效形式 小规格凹模的工作寿命为3000粒（滚柱），大规格凹模的寿命更低，有时只有几十粒。其失效形式主要是擦伤、剥落和开裂。

凹模失效分析 （1）Cr12MoV钢制滚柱冷镦凹模的主要失效形式是径向开裂和型腔表面剥落。当表面擦伤严重时，也会造成失效。 擦伤的观察分析 剥落的观察分析 开裂的观察分析 失效分析结论 （1）Cr12MoV钢制滚柱冷镦凹模的主要失效形式是径向开裂和型腔表面剥落。当表面擦伤严重时，也会造成失效。 （2）型腔表面剥落是由表面擦伤和冲击接触疲劳所造成的。 （3）凹模开裂是周期性冲击切向拉应力作用的结果，裂纹萌生于型腔表面擦伤处或剥落凹坑尖角处，并逐渐向下向外扩展。 （4）Cr12MoV钢中含有大量碳化物，可能是造成裂纹萌生、扩展而引起失效的一个重要原因。 （5）擦伤的产生说明模腔内表面的硬度和耐磨性不足。

影响凹模寿命的因素及改进措施 最主要最严重的失效形式是开裂，引起开裂的根本原因是凹模的韧性较差，抗拉强度不足。凹模的剥落也说明了材料的韧性不够。显然，擦伤促成了剥落和开裂，但防止擦伤应当提高材料的硬度和耐磨性，与提高材料的韧性相矛盾。

采取技术措施进行试验 1）采用提高韧性的热处理工艺 经采用1030～1050゜C中温淬火和400゜C中温回火新处理工艺后，凹模的硬度为58～60HRC，提高了材料的多冲断裂抗力，使凹模具有较高的强韧性。结果，凹模使用寿命提高2倍以上。 2）改用高强韧的新钢种 采用基体钢012Al代替Cr12MoV钢制造凹模，结果寿命提高4倍。

克服表面擦伤 （1）在采用高强韧基体钢的基础上，再进行渗氮、氮碳共渗等表面强化处理，实现凹模的整体强韧和表面耐磨相结合，同时又提高了疲劳抗力，有可能进一步提高凹模寿命。 （2）采用高耐磨、高强韧性冷模钢ER5，其强度、韧性和耐磨性均优于Cr12MoV钢，成本适中。