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高 速钢是一种含多量碳(C)、钨(W)、钼(Mo)、铬(Cr)、钒(V)等元素的高合金钢，热处理后具有高热硬性。当切削温度高达600℃以 上时，硬度仍无明显下降，用其制造的刀具切削速度可达每分钟60米以上，而得其名。高速钢按化学成分可分为普通高速钢及高性能高速钢，按制造工艺可分为熔 炼高速钢及粉末冶金高速钢。
普通高速钢
高速钢是制造形状复杂、磨削困难的刀具的主要材料。
普通高速钢可满足一般需求。常见的普通高速钢有两种，钨系高速钢和钨钼系高速钢。
钨系高速钢
典型牌号为w18Cr4V，热处理硬度可达63-66HRC，抗弯强度可达3500MPa，可磨性好。
• 钨钼系高速钢
典 型牌号为W6Mo5Cr4V2，目前正在取代钨系高速钢，具有碳化物细小分布均匀，耐磨性高，成本低等一系列优点。热处理硬度同上，抗弯强度达 4700MPa，韧性及热塑性比w18Cr4V提高50％。常用于制造各种工具，例如钻头、丝锥、铣刀、铰刀、拉刀、齿轮刀具等，可以满足加工一般工程材 料的要求。只是它的脱碳敏感性稍强。
另一牌号的普通高速钢为W9Mo3Cr4V，这是中国近几年发展起来的新品种。强度及热塑性略高于 W6Mo5Cr4V2，硬度为HRC63-64，与韧性 相配合，容易轧制、锻造，热处理工艺范围宽，脱碳敏感性小，成本更低。这三个牌号的普通高速钢在中国市场的比例分别为:W18Cr4V，16.5％； W6Mo5Cr4V2, 69％;W9Mo3Cr4V,11％。
高性能高速钢
高性能高速钢具有更好的 硬度和热硬性，这是通过改变高速钢的化学成分，提高性能而发展起来的新品种。它具有更高的硬度、热硬性，切削温度达摄氏650度 时，硬度仍可保持在60HRC以上。耐用性为普通高速钢的1.5-3倍，适用于制造加工高温合金、不锈钢、钛合金、高强度钢等难加工材料的刀具。
主要品种有4种，分别为高碳系高速钢、高钒系高速钢、含钴系高速钢和铝高速钢。
• 高碳系高速钢
牌号为9w18Cr4V，因含碳量高(0.9％)，故硬度、耐磨性及热硬性都比较好。用其制造的刀具在切削不锈钢、耐热合金等难加工材料时，寿命显著提高，但其抗弯强度为3000MPa，冲击韧性较低，热处理工艺要求严格。
• 高钒系高速钢
牌号有W12Cr4V4Mo及W6Mo5Cr4V3(美国牌号M3)，含钒量达3-4％，使耐磨性大大提高，但随之带来的是可磨性变差。高钒系高速钢的使用及发展还需要依赖于磨削工艺及砂轮技术的发展。
• 钴高速钢
牌 号有W2Mo9Cr4VCo8(美国牌号M42)。其特点为：含钒量不高(1％)，含钴量高(8％)，钴能促使碳化物在淬火加热时更多地溶解在基体内， 利用高的基体硬度来提高耐磨性。这种高速钢硬度、热硬性、耐磨性及可磨性都很好。热处理硬度可达67-70HRC，但也有采取特殊热处理方法，得到67- 68HRC硬度，使其切削性能(特别是间断切削)得到改善，提高冲击韧性。钴高速钢可制成各种刀具，用于切削难加工材料效果很好，又因其磨削性能好，可制 成复杂刀具，国际上用得很普遍。但中国钴资源缺乏，钴高速钢价格昂贵，约为普通高速钢的5-8倍。
• 铝高速钢
牌号为 W6Mo5Cr4V2Al、W6Mo5Cr4V5SiNbAl等,主要加入铝(Al)和硅(Si)、铌(Nb)元素，来提高热硬性、耐磨性。适合中 国资源情况，价格较低。热处理硬度可达到68HRC，热硬性也不错。但是这种钢易氧化及脱碳，可塑性、可磨性稍差，仍需改进。国际市场上高性能高速钢使用 量已经超过普通高速钢25-30％。
粉末冶金高速钢
粉末冶金高速钢及其制品。
近几年来高速钢 的最大变革就是发展了粉末冶金高速钢，它的能优于熔炼高速钢。用高压氩气或氮气雾化熔融高速钢水，得到细小高速钢粉末，筛选后为0.4mm 以下的颗粒；在真空(0.04Hg)状态下，密闭烧结达到密度65％；再在1100℃高温、300MPa高压下制成密度100％的钢坯，然后锻轧成钢材， 这样有效地解决了熔炼高速钢在铸锭时要产生粗大碳化物偏析的问题，而它无论截面多大，其碳化物级别均为一级。碳化物晶粒极细，小于0.002mm，而熔炼 高速钢碳化物晶粒为0.008-0.02mm。
牌号为APM T15的粉末冶金高速钢，它的强度、韧性分别是同化学成分的熔炼高速钢的2倍及2.5倍。尽管含钒量达5％，但由于碳化物晶粒细，可磨性依然很好。高温热硬度也比熔炼高速钢提高0.5-1HRC。
又由于其物理机械性能高度各向同性，淬火变形小。碳化物颗粒均匀分布的表面较大，不易从刀具的切削刃上剥落，小尺寸刀具耐磨性提高1.5-2倍，大尺寸刀具提高20-30％。
粉末冶金高速钢具有良好的力学性能，适合制造：间断切削条件下易崩刃的刀具、强度高而切削刃又必须锋利的刀具，如插齿刀、滚刀、铣刀，高压动载荷下使用的刀具。
它的碳化物偏析小，晶粒细，可磨性好，适合制造：大尺寸刀具、精密刀具、复杂刀具。这类材料的高温热硬度高，又适合制造难加工材料所用的刀具，确实是面面俱到。
粉 末冶金高速钢生产过程较复杂，造价较高。中国钢厂提供的品种较少，市场用量也很少。国际上著名钢厂如美国Crucible公司已可提供近二十种粉末冶金 高速钢，日本神户制钢所、日立金属公司均可提供近十种粉末冶金高速钢，供应量也在迅速增长。日本著名的OSG公司用粉末冶金高速钢制造了钻头、铣刀、丝 锥，NACHI公司制造了滚刀、插齿刀、剃齿刀。有理由相信技术性能高的粉末冶金高速钢将会得到更广泛的应用，为金属加工业带来新的发展。
高速钢的市场定位及发展趋势
高速钢材料按制造工艺可分为熔炼高速钢及粉末冶金高速钢。
自 二十世纪初发现高速钢以来，对现代工业发展起到了重要作用。可以说没有高速钢，就没有现代的金属加工业。尽管六十年代起，硬质合金等材料崛起，但是对于 制造形状复杂、磨削困难的刀具，如拉刀、剃齿刀、插齿刀等，高速钢始终处于主导地位。特别是要求刀具具备高韧性时，就非高速钢莫属了。
高速钢的主 要应用领域是机械和工具制造业，必然要适应这个行业的发展，近几年来机械加工采用了高速度的数控机床，例如加工中心、车削中心等，金属切削速度 越来越快，要求刀具必须具有高速使用性能，即热硬性、耐磨性、冲击韧性要好，因此，厂家纷纷研发符合上述要求的高速钢材料。
在机加工费用中，材料约占15-20％，刀具约占25-35％。用户对刀具的选用也越来越趋向合理，即选用性能与价格比好的刀具。
高速钢刀具占主导地位的领域，如精密零件、复杂零件、成形加工零件的市场也越来越大，对可磨性的要求也越来越高。
高速钢-走过一个世纪的钢种，应瞄准特定市场空间，提高自身技术含量，去抗衡其它材料的挑战。
中国常用高速钢材料性能表(本站整理) | 中国牌号 | 习惯名称 | 相似ISO牌号 | 淬、回火硬度HRC | 抗弯强度MPa | 冲击韧性 MJ/m² | 600℃下的硬度HRC | | W18Cr4V | T1 | HS18-0-1 | 62-65 | 3430 | 0.29 | 50.5 | | W6Mo5Cr4V2 | M2 | HS6-5-2 | 63-66 | 3500-4000 | 0.30-0.40 | 47-48 | | W6Mo5Cr4V3 | M3 | HS6-5-3 | 65-67 | 3200 | 0.25 | 51.7 | | W9Mo3Cr4V |
| 64-66 |
| 4000-4500 | 0.35-0.40 |
| | W6Mo5Cr4V2Co5 |
| HS6-5-2-5 | 65-66 | 3000 | 0.30 | 54 | | W10Mo4Cr4V3Co10 |
| HS10-4-3-10 | 67-69 | 2350 |
| 55.5 | | W2Mo9Cr4V2Co8 |
| HS2-9-2-8 | 66-68 | 2700-3800 | 0.23-0.35 | 55 | | W7Mo4Cr4V2Co5 | M41 | HS7-4-2-5 | 66-68 | 2500-3000 | 0.23-0.35 | 54 | | W12Cr4VCo5 |
| HS12-0-1-5 | 66-68 | 3000 | 0.25 | 54 | | W6Mo5Cr4V2Al | 501钢 |
| 66-69 | 3000-4100 | 0.25-0.30 | 55-56 | | 110W1.5Mo9.5Cr4VCo8 | M42 |
| 67-69 | 2650-3730 | 0.23-0.29 | 55.2 | | W10Mo4Cr4VAl | 5F6钢 |
| 68-69 | 3010 | 0.20 | 54.2 | |
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| | 随 着少无切削和精密成形技术在我国的快速发展，对模具材料的性能要求越来越高，一些五十年代以来长期沿用的老钢种已不能完全满足要求。为此，国内一些大学、 研究所、钢厂和模具使用单位相继开发了许多具有优良性能的模具钢，使国内模具的使用寿命得到了很大提高，并使我国模具钢的钢种系列逐渐得到了补充和完善。
1． 冷作模具钢的开发情况
对 冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐磨性，足够的强度和韧性，高的疲劳寿命，良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。九十年代以前，国内常用的 冷作模具钢有：碳素工具钢T1OA，合金工具钢9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si；高速工具钢 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2；轴承钢GCr15；弹簧钢60Si2Mn，渗碳钢20Cr、12CrNi3A；不锈钢3Crl3等。其中用量最大 的是 C r12、Cr12MoV、T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和 W18Cr4V。为满足生产要求，国内先后研究开发了一系列新型冷作模具钢。
1．1高强韧耐磨钢
Cr12系列冷 作模具钢是较广泛采用的钢种系列，具有良好的淬透性和耐磨性，但共晶碳化物偏析较严重，韧性较差，淬火后异常变形较大。为弥补此类钢的性能 缺陷，国内先后开发了一些高强韧耐磨钢，如7 Cr7Mo2V2Si(代号 L D)、Cr8WmoV3Si(代号 ER5)、9 Cr6W3Mo2V2 (代号 GM)、Cr8MoV2Ti、80Cr7Mo3W2V等。与 Cr12、Cr12MoV相比，此类钢的碳和铬的含量较低，改善了碳化物不均性，提高了韧性；适当增加了 W、Mo、V等合金元素的含量，从而增强了二次硬化能力，提高了耐磨性。所以，此类钢在具有良好的强韧性的同时，还有优良的耐磨性和较好的综合性能，主要 用于制造承受应力较大、要求高强韧性和耐磨损的各类冷作模具。
7Cr7Mo2V2Si，代号LD，最初是针对冷镦模具而研制的。其碳含量低于 G．Steven推荐的'平衡碳'规律，使钢在具有高硬度的同时，又具有较好的韧性；加入Cr、Mo、V元素，有利于二次硬化，保证钢具有较高的硬度、强 度和良好的耐磨性；加入一定量的 Si，以强化基体，提高回火稳定性。LD钢常用的热处理工艺是1100～1150℃ 淬火，530～570℃ 回火，回火后硬度 HRC57～63。1100℃淬火后的组织为细针马氏体十残留奥氏体十剩余碳化物，晶粒度10.5级。 l100℃ 淬火、570℃回火后的组织为回火马氏体十残余碳化物。 LD钢已被广泛应用于制造冷锻、冷冲、冷压、冷弯等承受冲击、弯曲应力较大，又要求耐磨损的各类冷作模具。
Cr8MoWV3Si，代号 ER5，在具有较高强韧性的同时，又具有突出好的耐磨性。该钢在回火过程中弥散析出的特殊碳化物，是 ER5比 Crl2系钢具有更高强韧性和耐磨性的重要原因。ER5钢适用于制造承受冲击力较大，冲击速度较高的精密冷冲，重载冷冲以及要求高耐磨的其他冷作模具。
9Cr6W3Mo2V2， 代号GM，也是以提高耐磨性为主要目的而研制的高耐磨冷作模具钢。该钢通过 Cr、 W、Mo、V等碳化物形成元素的合理配比，并根据'平衡碳'规律配碳，使钢具有最佳的二次硬化能力及抗磨损能力，同时又保持了较高的强韧性和良好的冷热加 工性能，适用于制造冲裁、冷挤、冷锻、冷剪、高强度螺栓滚丝轮等精密、高耐磨冷作模具。
1．2高速钢基体钢
高速 钢基体钢具有相当于正常淬火高速工具钢的基本成份．并允许钢中保留5％左右的过剩碳化物，另外再适当增加或减少某些元素的含量。此类钢有效地解决了高 速钢碳化物不均匀分布和韧性较差的问题，钢的抗弯强度、韧性、塑性和疲劳抗力高于高速钢，但耐磨性低于高速钢，用于制造要求高强度和足够韧性的冷挤压、冷 冲、冷镦等模具。由于高速钢基体钢的红硬性好，所以也用于制造热作模具。国内研制的高速钢基体钢有：65Cr4W3Mo2VNb（简称65Nb）、 60Cr4Mo3Ni2WV（代号CG-2）、5Cr4Mo3SiMnVA1（代号O12A1）、65W8Cr4VTi（代号LMI）、 65Cr5Mo3W2VSiTi（代号LMZ）等。
65Cr4W3Mo2VNb，其基体成份相当于淬火后的W6Mo5Cr4V2钢，但碳含量较一 般基体钢高，以增加碳化物量和提高耐磨性。加入 0.2～0.35％ Nb，以提高钢的强韧性和改善工艺性。65Nb用于制造冷挤压、厚板冷冲、冷镦等承受较大载荷的冷作模具，也可用于温热挤压模具。
1．3低合金冷作模具钢
国内开发的低合金冷作模具钢中，有7CrSiMnMoV（代号CH）、
6CrMnNiMoVSi（代号GD）、 6CrMnNiMoVWSi（DS）、CrNiWMoV等。这些钢的淬透性好，淬火温度较低，热处理变形小，价格低，具有较好的强度和韧性的配合，适用于制造精度复杂模具。
7CrSiMnMoV， 代号CH，在820～1000℃淬火，可获得HRC60以上的硬度，是一种空淬微变形钢，可以火焰加热空冷淬硬。该钢的耐磨性尽管 比Cr12MoV差，但比9Mn2V和T10A好；抗弯强度、抗压强度和冲击韧性都优于Cr12MoV和9Mn2V；热处理后的变形量和常用的 Cr12MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr4W2MoV等钢相当。 CH钢具有良好的强韧性和良好的工艺性，可用于代替T10A、9Mn2V、CrWMn、GCr15、Cr12MoV等制造对强韧性要求较高的冷作模具，如 冲孔凸模、中薄钢板（2～5mm厚）的修边落料模等。由于该钢可以采用火焰加热空冷淬硬，所以也用于制造要求表面火焰淬火的部分汽车模具。 6CrMnNiMoVSi，代号GD，较CH钢增加了0.85％左右的Ni，进一步强韧化了基体。该钢的淬火温度范围较宽，淬透性好，也可火焰加热空冷淬 火，具有良好的强韧性。当用于制造易崩及断裂的冷冲模具时，模具寿命较高。
． 4无磁高强度模具钢
电子工业中的 部分磁性元件需用无磁性的模具生产，7Mnl5Cr2A13V2WMo钢的导磁系数很低，强度、耐磨性也良好，但切削加工比较困难。国内开发 的无磁模具钢有18Mn12Crl8NiN（代号A18）、8Mnl5Cr18（代号WCG）、50Mnl8Cr4WN（简称 50Mn）等。其中50Mn具有低磁导率（μ＜1.1H／m），较高强度和良好的加工性能，经1020～1070℃（水冷）固溶处理后，硬度HRC30左 右。再经过590℃士10℃时效，硬度上升至HRC35左右。
2．热作模具钢的开发情况热作模具大体分为热锻模、热挤压模、压铸模和冲裁模。 5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8V是热作模具钢中应用量仍然 较大的钢种。5CrNiMo主要用于厚度300～400mm的大中型锻模，5CrMnMo适用于厚度在250mm以下的小型锻模。但当用于更大截面或更高 温度时，这两种钢存在淬透性、热稳定性、热疲劳性及耐磨性不够的问题。3Cr2W8V的高温强度较高，但钢的热疲劳性较差，韧性也不高，用于压铸模具和 铝、铜合金热挤压模具时，模具的使用寿命都较低。国内在热作模具方面先后开发了几十种钢。
2． l大截面热锻模具钢为弥补5CrMnMo和5CrNiMo在较大截面和较高温度时热稳定性、热疲劳性及淬透性不够的缺陷，内开发了 45Cr2NiMoVSi（简称45Cr2）、5Cr2NiMoVSi（简称5Cr2）、3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi（代号B2） 等大截面热锻模具钢。与5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2中既含有较高的Cr和Mo，又加入了少量的V，使 CCT曲线上的高温转变区上移，低温转变区显著右移，提高了钢的淬透性。截面尺寸在500*500mm以下的模具经970-990℃淬火， 650～680℃回火后，硬度可达HRC36-44。45Cr2和5Cr2还具有二次硬化能力，它们的高温强度较5CrNiMo钢高50％，热稳定性高出 100～150℃，冲击韧性则相当。另外，钢的热磨损性、热疲劳性及抗热裂纹扩展的能力也强于5CrNiMo。这二种钢用于12000t以下机械压力机模 具及16t以下模锻模具，模具的使用寿命是5CrNiMo钢制造的同种模具寿命的数倍。
2．2中小热锻模具钢
中 小热锻模具的表面温度可达600℃以上，5CrMnMo和5CrNiMo的高温性能显然不能满足要求。3Cr2WSV钢的高温强度较高，但韧性及热疲劳 性能较差。为此，国内较早开发了2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB（代号ER8）等3％Cr-3％Mo和3％Cr-2％Mo型的中碳铬系高强 度热作模具钢，其中3Cr3Mo3VNb是根据形成合金碳化物所需的碳量对2Cr3Mo3VNb做进一步成份调整而来的。这二种钢中加人了3％左右的 Mo，既能提高钢的淬透性和防止出现回火脆性，又能提高钢的热稳定性。加人V和Nb则可起到细化晶粒，降低钢的过热敏感性作用。因此，钢的淬透性高，淬火 加热温度范围宽，过热敏感性低，具有高温强度高、热稳定性好、塑性韧性好、冷热疲劳性能好、热磨损性能好等优点，用于制造不锈钢（2Crl3）等热锻模， 轴承凹模和辊锻模，都取得了良好的使用效果。
| 4Cr3Mo3W4VNb， 代号GR，除Cr、Mo、V和Nb外，又加入了4％W，所以钢的高温强度和热稳定性得到了进一步 提高，是中碳铬系热作模具钢中高温强度较高，热稳定性较好的钢种。该钢还具有良好的冷热疲劳性能，该钢适用于制造工作温度600-700C℃的浅型腔中小 锻模，也可用于铜合金热挤压模具。
除以上 30Cr-30Mo型热作模具钢外，国内先后开发的5％Cr系中碳中合金热作模具钢已较大量用于热锻模具，如4Cr5MoVSi、 4Cr5MoV1Si等，其中4Cr5MoV1Si具有优异的韧性和良好的冷热疲劳性能，适用于制造工作温度在600℃以下，对韧性和塑性要求较高的模 具。如用4Cr5MoV1Si代替5CrNiMo、 5CrMnMo制造汽车连杆、曲轴锻模，模具的使用寿命得到了明显提高；用于制造铝合金压铸模具和铝型材挤压模具，模具的使用寿命较高。另外，该钢还可作 塑料模具钢使用。目前，4Cr5MoV1Si钢的优良性能已在国内得到了广泛认可，应用量已较大。许多大学、研究院所和钢厂不惜花重金对该钢做研究和生产 质量改进工作，并就此打出了自己的优质品牌。
2．3压铸模具钢
在有色金属压铸中，3Cr2W8V曾是应用广泛的模具钢，5CrNiMo、 5CrMnMo、3Cr2Mo等中碳低合金钢也作为铝锌合金压铸模具钢使用。 3Cr2W8V的冷热疲劳性能较差，模具的使用寿命不高。国内为此先后开发了几个新型模具钢，如4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）和 4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10）等。
4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4），最初就是针对铜合金压铸模具而研制的。该钢通过合理的成份 配比，使其在达到高的热强性及热稳定性的同时，又保持 了良好的韧性和塑性，抗冷热疲劳性能明显优于3Cr2W8V，模具的使用寿命较3Cr2W8V制造的模具的使用寿命有明显提高。该钢也可用于制造热挤压和 中小热锻模具。
4Cr5Mo2MnVSi（代号Y10），是针对铝合金压铸模具而研制的，与3Cr2W8V钢相比，该钢具有抗冷热疲劳性能好、热 处理变形小、抗铝溶损性 能好等优点，模具的使用寿命普遍比3Cr2W8V钢制造的模具的使用寿命提高一倍以上。该钢还可用于制造工作温度在600℃以下的中小热锻等模具。
2．4铜、铝型材热挤压模具钢
铜 合金热挤压模的穿孔针、底模等长时与高温铜坯接触，模具的使用工况较苛刻。用3Cr2W8V或4Cr5MoV1Si钢制作此类模具，模具的使用寿命一直 较低。国内曾试图采用奥氏体热作模具钢来解决此类模具寿命低的问题，但因钢的冷热疲劳性能较差而仍未得到圆满解决。在此背景下，国内有关大学、研究院所和 钢厂先后推出了可以提高此类模具使用寿命的钢种，如4Cr3Mo2NiVNbB（代号 HD）、4Cr3Mo2MnVNbB（代号Y4）等。HD钢较一般中碳3％Cr～2％Mo或3％Cr～3％Mo型热作模具钢又增加了1％左右的 Ni，进一步提高了钢的韧性和塑性。在相同硬度（HRC43）下，其断裂韧性比3Cr2W8V钢高30％。用HD钢制造的铜合金管材挤压底模和穿孔针的使 用寿命较3Cr2W8V钢提高一倍左右，并在轴承环热挤冲头和凹模、汽门挤压底模上也有成功应用的例子。用Y4钢制造铜合金挤压模底模和穿孔针顶头，模具 的使用寿命也比3Cr2W8V钢制造的模具稳定地提高一倍以上。
铝型材热挤压模平模和组合模对韧性的要求较高，4Cr5MoV1Si是首选的模具材料，已被大量推广应用。
2． 5高温玻璃模具钢玻璃制品模具要求模具材料具有优良的抗高温氧化性能和冷热疲劳性能，良好的耐芒硝腐蚀性能，足够高的强度，良好的抛光性能，并要易于 脱模。此类模具常用铸铁、合金铸铁或3Crl3不锈钢制造，钢的性能远满足不了实际需要。为此，国内开发了代号为GY的高温玻璃模具钢。该钢是Si-Cr -Mo系预硬钢，具有良好的冷热疲劳性能，优异的抗氧化性能，优良的抗热触性能和较高的玻璃粘附温度。该钢在预硬后（HRC35左右）加工，加工性能良 好，尤其适用于制造玻璃熔化或成型温度较高、表面质量要求高的玻璃制品模具。
3．塑料模具钢的开发情况
塑料模具钢是国内发展得较滞后，到 目前为止仍未成完整系列的钢种。在九十年代之前，国内常用的塑料模具钢仍然是0.4～0.6％碳的碳素结构钢，如45# 和40Cr，另外再以T10A、Gcrl5、CrWMn、5CrNiMO、 5CrMnMo、Cr12、Crl2MoV等作补充。国内先后开发了十余种新型塑料模具钢。
3．l预硬化型塑料模具钢
为避免大、中型精密塑料模具热处理后变形，保证模具的精度和使用性能，相继研制开发了预硬化型塑料模具钢。此类钢一般是中碳低合金钢，在调质（HRC3O-40）后切削加工成型，然后直接投入使用，主要用于制造复杂、精密和长寿命的大、中型塑料模具。
3Cr2Mo 是国内较早开发的塑料模具钢，与AISIP20相当，目前已在许多钢厂生产。在使用时，一般先进行预硬处理，即先850～880℃淬火， 580～640℃回火，预硬至HRC28～35的硬度，然后再进行切削加工。该钢适用于制造大、中型精密塑料模具，如电视机、洗衣机壳体等塑料模具，并已 获得较大量应用。另外，也可用于制造锌合金压铸模具。除3Cr2Mo外，国内先后开发的5CrNiMnMoVSCa（简称5 NiSCa）、8Cr2MnWMoVS（简称8Cr2）、40CrMnVBSCa（简称P20BSCa）、Y55CrNiMnMoV（代号SM1）等是易 切削型预硬塑料模具钢，在这些钢中加人了S、Ca、 Pb、Se等元素以改善预硬钢的加工性能。如 5NiSCa钢预硬硬度为HRC39时，磨削力比HRC25的40Cr的磨削力还小。此类钢不仅适用于制造大、中型精密注塑模具，还可用于制造精密冷作模 具。
3．2时效硬化型塑料模具钢
根据制造高精度、复杂塑料模具的需要，国内先后开发的几种时效硬化型塑料模具钢，如 10Ni3MnCuAl（代号PMS）、25CrNi3MoAl、 Y20CrNi3AlMnMo（代号SM2）、 06Ni6CrMoVTiAl（简称06）等。此类钢一般含较低的碳，含Ni、Al、Ti、Cu、MO等合金元素，在固溶后硬度较低（一般HRC ≤ 32），可以被较容易地切削加工，加工后再时效处理，以获得所需要的使用性能。由于时效温度低，时效后模具变形很小，所以适用于制造高精度、复杂的热塑性 模具。
10Ni3MnCuAl，代号PMS，经850士 20℃固溶后，硬度为 HRC30～33。经 500℃左右时效后，弥散析出硬化相Al3Ni，基体硬度随之上升至HRC38～43。该钢具有优良镜面加工性能，模具表面粗糙度可达Ra0.05μm， 适用于制造要求高镜面、高精度的各种热塑性塑料制品模具，如光学仪器：镜片模具，磁带内外壳和电话机、石英钟、车辆灯具等塑料壳体模具。 Y20CrNi3AlMnMo，代号M2，含0.1％左右的S，切削加工性能得到了改善，是一种易切削型号时效硬化塑料模具钢。
3．3耐蚀塑料模具钢
当较大批量地生产聚氯乙稀、氟化塑料、阻燃塑料等塑料制品时，模具需耐氟、氯等卤族元素气体的腐蚀，为此需在模具表面镀铬或直接采用耐腐蚀钢。
国 内开发的耐腐蚀塑料模具钢OCrl6Ni4Cu3Nb（代号PCR）属于马氏体沉淀硬化不锈钢，在1050℃固溶（空冷）后得到单一的板条马氏体组织， 硬度为HRC32～35，经480℃左右时效后，析出弥散强化相CuNi，硬度上升到HRC39～44。该钢在含有氟、氯等离子的腐蚀性介质中的耐蚀性明 显优于17一4PH（OCrl7Ni4Cu4），适用于制造含氯、氟或混入阻燃剂的热塑性塑料的注射模具。
3．4非调质塑料模具钢
非调质 钢在锻、轧后即可达到预硬，不需再进行调质处理。为改善切削加工性能，有些钢中还添加了适量的 P、S和 Ca。国内对非调质塑料模具钢的开发较晚，25CrMnVTiSCaRE（代号FT）、2Cr2MnMoVS和2Mn2CrVCaS即是近几年开发的新钢 种。锻、轧空冷后，FT钢Φ100mm圆钢的硬度可以达到HRC30～35。
4．国内模具钢开发与应用中存在或需要解决的主要问题
目前，我国模具新钢种的推广应用工作还存一些需要解决的问题：
（l）缺乏有关指导性强、实用的技术资料，给用户合理选择和使用新钢种带来了困难。
（2）除4Cr5MoV1Si、3Cr2Mo等个别钢种已获较大量应用外，一些性能优良的钢种的生产和应用量仍太少。
（3）钢的质量不够稳定。直接影响了钢的性能的发挥和新钢种的推广应用。不断提高钢的纯净度、致密度、均匀性和质量稳定性，仍是今后长期努力的方向。
（4）规格单一，绝大部分是黑皮圆钢，用户不得不另行改锻。品种规格多样化、产品精品化是今后需要尽快解决的问题之一。
（5）尚待开发具有特殊性能的钢种，进一步完善钢种系列，如开发粉末冶金模具钢，补充完善塑料模具钢系列，建立陶瓷、耐火砖、地砖等成形模具用钢等。
（6）产销渠道不畅通，用户甚至不知道从何处购买所需的新钢种。 | |
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1、 碳（C）：钢中含碳量增 加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23％超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20％。 碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。
2、硅（Si）：在炼钢过 程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30％的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60％,硅就算合 金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2％的硅，强度可提高15－20％。硅和钼、 钨、铬等结合，有提高抗腐蚀性和抗氧化的作用，可制造耐热钢。含硅1－4％的低碳钢，具有极高的导磁率，用于电器工业做矽钢片。硅量增加，会降低钢的焊接 性能。
3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50％。在碳素钢中加入0.70％以上 时就算“锰钢”，较一般 钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40％。含锰11－14％的钢有极高的 耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。
4、磷（P）：在一般情况下，磷是钢中有害元素，增加钢的冷脆性，使焊接性能变坏，降低塑性，使冷弯性能变坏。因此通常要求钢中含磷量小于0.045％，优质钢要求更低些。
5、硫（S）：硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所 以通常要求硫含量小于0.055％，优质钢要求小于0.040％。在钢中加入0.08-0.20％的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
6、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。
7、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
8、 钼(Mo)：钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性和热强性能，在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力(长期在高温下受到应力，发生变形，称蠕变)。结构钢中加入钼，能提高机械性能。 还可以抑制合金钢由于火而引起的脆性。在工具钢中可提高红性。
9、钛(Ti)：钛是钢中强脱氧剂。它能使钢的内部组织致密，细化晶粒力；降低时效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在铬18镍9奥氏体不锈钢中加入适当的钛，可避免晶间腐蚀。
10、钒(V)：钒是钢的优良脱氧剂。钢中加0.5％的钒可细化组织晶粒，提高强度和韧性。钒与碳形成的碳化物，在高温高压下可提高抗氢腐蚀能力。
11、钨(W)：钨熔点高，比重大，是贵生的合金元素。钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性。在工具钢加钨，可显著提高红硬性和热强性，作切削工具及锻模具用。
12、铌(Nb)：铌能细化晶粒和降低钢的过热敏感性及回火脆性，提高强度，但塑性和韧性有所下降。在普通低合金钢中加铌，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀能力。铌可改善焊接性能。在奥氏体不锈钢中加铌，可防止晶间腐蚀现象。
13、钴(Co)：钴是稀有的贵重金属，多用于特殊钢和合金中，如热强钢和磁性材料。
14、铜(Cu)：武钢用大冶矿石所炼的钢，往往含有铜。铜能提高强度和韧性，特别是大气腐蚀性能。缺点是在热加工时容易产生热脆，铜含量超过0.5％塑性显著降低。当铜含量小于0.50％对焊接性无影响。
15、铝(Al)：铝是钢中常用的脱氧剂。钢中加入少量的铝，可细化晶粒，提高冲击韧性，如作深冲薄板的08Al钢。铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能， 铝与铬、硅合用，可显著提高钢的高温不起皮性能和耐高温腐蚀的能力。铝的缺点是影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。
16、硼(B)：钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。
17、氮(N):氮能提高钢的强度，低温韧性和焊接性，增加时效敏感性。
18、稀土(Xt)：稀土元素是指元素周期表中原子序数为57-71的15个镧系元素。这些元素都是金属，但他们的氧化物很象“土”，所以习惯上称稀 土。钢中加入稀土，可以改变钢中夹杂物的组成、形态、分布和性质，从而改善了钢的各种性能，如韧性、焊接性，冷加工性能。在犁铧钢中加入稀土，可提高耐磨 性。 | |
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一、冷作模具钢
冷作模具钢包括制造冲截用的模具（落料冲孔模、修边模、冲头、剪刀）、冷镦模和冷挤压模、压弯模及拉丝模等
1.冷作模具钢的工作条件及性能要求
冷作模具钢在工作时．由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损．也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。
冷 作模具钢与刃具钢相比．有许多共同点。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加I 工艺复杂．而且摩擦面积大．磨损可能性大．所以修磨起来困难。因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大．又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要 求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂．所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。总之，冷作模具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具 钢高一些．而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求（因为是冷态成形），所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模 具用钢及高韧性冷作模具用钢等。下面结合有关钢种选用进一步说明。
2.钢种选择
通常接冷作模具的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况：
（1） 尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如．小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、 T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只 适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。
（2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及 9Mn2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国近年来发展的一种不含Cr的冷作模具用钢．可代替或部分代替含Cr的钢。
9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小，而淬透性比碳素工具钢大．其价格只比后者高约30％因此是一个值得推广使用的钢种。
但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高，在生产使用中发现有碎裂现象．另外回火稳定性较差，回火温度一般不超过180℃在200℃回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。
9Mn2V钢可在硝盐、热油等冷却能力较为缓和的淬火介质中淬火。对于一些变形要求严格而硬度要求又不很高的模具，可采用奥氏体等温淬火。
（3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢．如Cr12Mo、 Crl2MoV、 Cr6WV Cr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的。
近年来用高速钢做冷作模具的倾向巴日趋增大、但应指出，此时已不再是利用高速钢所特有的红硬性长处．而用它的高淬透性和高耐磨性。为此．在热处理工艺上也应有所区别。
选用高速钢做冷模具时．应采用低温淬火．以提高韧性。例如 W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290℃。而做冷作模具时，则应采用1190℃的低温淬火。又如 W6Mo5Cr4V2钢．采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。
〔4) 受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述．前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加 切边楼、冲裁模等．其对口单薄．使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亚共折钢．以 避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高钢的回火稳定性和回火温度（240一270℃回火）这样有利于充分消 除淬火应力使叽提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、 4CrW2Si；、5CrW2Si等。
3.充分发挥冷作模具钢性能潜力的途径
在用Cr12 型钢或高速钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢的脆性大．使用中易开裂。为此，必须用充分锻打的方法细化碳化物．除此之外应发展新钢种。发展新钢种的着 眼点，应是降低钢的含碳量及碳化物形成元素的数量。近年来国内研制并推广以下几种新钢种、如表4.11所示。
Cr4W2MoV 钢具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等优点．并具有较好的回火稳定性及综合力学性能．用干制造硅钢片冲模等．可使寿命比Cr12MoV钢提高1~3倍以上但 此钢锻造温区范围较窄，锻造河县开裂．应严格控制锻造温度和操作规认Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低、淬火变形小、淬透性高．有空淬微变形模具钢之 称7W7Cr4MoV钢可代W18Cr4V和Cr12MoV钢．其特点是钢的碳化物不均匀性和韧性得到很大的改善。
二、热作模具钢
1.热作模具的工作条件
热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。如前所述．热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触、这是与冷作模具工作条件的主要区别。因此会带来以下两方面的问题：
（l） 模腔表层金属受热。通常锤锻模工作时．其模腔表面温度可达300~400℃以上热挤压模可达500一800℃以上；压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温 度有关。如压铸黑色金属时模腔温度可达1000℃以上。这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。为此．对热模具钢的基本使 用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。由此便可以找到热模具钢合金化的第一种途径，即加入 Cr、W、Si．等合金元素可以提高钢的回火稳定性。
（2）模腔表层金属产生热疲劳（龟裂）。热模的工作特点是具有间歇 性．每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的表面。因此．热模的工作状态是反复受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反 复承受拉压应力作用．其结果引起模腔表面出现龟裂，称为热疲劳现象，由此，对热模具钢提出了第二个基本使用性能要求．即具有高的热疲劳抗力。一般说来，影 响钢的热疲劳抗力的因素主要有：
①钢的导热性。钢的导热性高，可使模具表层金属受热程度降低，从而减小钢的热疲劳倾向性。 一般认为钢的导热性与合碳量有关，含碳量高时导热性低，所以热作模具钢不宜采用高碳钢。在生产中通常采用中碳钢（C0.3％5~0.6％）合碳量过低．会 导致钢的硬度和强度下降．也是不利的。
②钢的临界点影响。通常钢的临界点（Acl）越高．钢的热疲劳倾向性越低。因此．一般通过加入合金元素Cr、W、Si、引来提高钢的临界点。从而提高钢的热疲劳抗力。
2.常用热作模具用钢
（1）锤锻模用钢。一般说来，锤锻模用钢有两个问题比较突出一是工作时受冲击负荷作用．故对钢的力学性能要求较高，特别是对塑变抗力及韧性要求较高；二是锤锻模的截面尺寸较大（＜400mm）故对钢的淬透性要求较高，以保证整个模具组织和性能均匀。
常 用锤锻楼用钢有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同类型的锤眼模应选用不同的材料。对特大型或大型的锤锻模以5CrNiMo为好．也可采用5CrNiTi、 5CrNiW或5CrMnMoSi等。对中小型的锤锻模通常选用5CrMnMO钢。
（2）热挤压模用钢，热挤压模的工作特 点是加载速度较慢，因此，模腔受热温度较高，通常可达500一800℃。对这类钢的使用性能要求应以高的高温强度(即高的回火稳定性）和高的耐热疲劳性能 为主。对ak及淬透性的要求可适当放低。一般的热挤压模尺寸较小，常小于 70~90 mm。
常用的热挤压模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5％Cr型等热作模具钢．其化学成分如表4.16所示。
其中4CrW2Si．既可做冷作模具钢，又可做热作模具钢．由于用途不同，可采用不同热处理方法。作冷模时采用较低的淬火温度（870—900℃）及低温或中温回火处理；作热模时则采用较高的淬火温度（一般为950一1000℃）及高温回火处理。
（3） 压铸模用钢。从总体上看，压铸模用钢的使用性能要求与热挤压模用钢相近，即以要求高的回火稳定性与高的热疲劳抗力为主。所以通常所选用的钢种大体上与热挤 模用钢相同．如常采用4CrW2Si．和3Cr2W8V等钢。但又有所不同如对熔点较低Zn合金压铸模．可选用40Cr、30CrMnSi及40CrMo 等；对Al和Mg合金压铸模，可选用4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等对Cu合金压铸模．多采用3Cr2W8V钢。
近年来．随着黑色金属压铸工艺的应用，多采用高熔点的铝合金和镍合金．或者对3Cr2W8V钢进行Cr-Al-SI三元共渗，用以制造黑色金属压铸模。最近国内外还正在试验采用高强度的铜合金作黑色金属的压铸模材料。 | |
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