模具钢材的选择及应用现状

㈠模具钢材的选择原则

模具钢材的选择主要是从工作条件要求、工艺性能要求及经济实用性要求这三个方面考虑。

⒈满足工作条件要求

⑴耐磨性

坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。

硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。

⑵强韧性

模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。

模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。

⑶疲劳断裂性能

模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。

模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。

⑷高温性能

当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。

⑸耐冷热疲劳性能

有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。

⑹耐蚀性

有些模具如塑料模在工作时，由于塑料中存在氯、氟等元素，受热后分解析出HCI、HF等强侵蚀性气体，侵蚀模具型腔表面，加大其表面粗糙度，加剧磨损失效。

⒉满足工艺性能要求

模具的制造一般都要经过锻造、切削加工、热处理等几道工序。为保证模具的制造质量，降低生产成本，其材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。

⑴可锻性

具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。

⑵退火工艺性

球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。

⑶切削加工性

切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。

⑷氧化、脱碳敏感性

高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。

⑸淬硬性

淬火后具有均匀而高的表面硬度。

⑹淬透性

淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。

⑺淬火变形开裂倾向

常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。

⑻可磨削性

砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。

⒊满足经济性要求

在给模具选材是，必须考虑经济性这一原则，尽可能地降低制造成本。因此，在满足使用性能的前提下，首先选用价格较低的，能用碳钢就不用合金钢，能用国产材料就不用进口材料。

另外，在选材时还应考虑市场的生产和供应情况，所选钢种应尽量少而集中，易购买。

㈡模具钢材的应用现状:

目前我国模具选材用钢较为广泛，除了工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢）外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多，但常用的只有二十余种，而用量最多的只有八种：Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、SCrNIMo、45、40Cr。据估计，这八个钢号年用量占我国模具钢年总用量的80％。

近年，国内研制了近二百种新型模具钢种，如超硬高速钢W10Mo4Cr4V3A1、W6Mo5Cr4VsiA1Nb等；强韧耐磨钢7Cr7Mo2V2Si、Cr8MoV2Ti等；高速钢基体钢65W3Mo2Cr4VNb、5OMo3Cr4SiMnAl等；中碳超高强度钢4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3MoMnVNbB等；时效钢25Cr3NiMoAl、10Ni3MnCuAl等；火焰淬火钢7CrSiMnMoV、7Cr2SiMnMoVTiRe等；易切削模具钢8Cr2MnWMoVS、5CrNiMnMoVSCa等。新钢种满足了模具较高力学性能、特殊工艺性能和特殊使用性能的需求，解决了模具设计、加工、使用中的一些难题，大幅度提高了模具使用寿命，带来十分显著的经济效益和社会效益，对工业发展和少、无切削工艺广泛应用起了极大促进作用。也引进了国际通用的几种美国钢号，如D2（Cr12MolV1）、H13（4Cr5MoV1Si）、P20（3Cr2Mo）等。但因多种不利因素的影响，新型模具钢的应用量仍然较少，年用量仅相当于模具钢年总用量的1／40～l／50。当然其用量仍呈逐年上升态势。

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