? ? ? ?1使用環境的變化

　　1.1生產動向

　　日本國內模具鋼的月產量從2000年的1.2萬t穩定增長到2005年的月產1.4萬t以上，其需求量和模具產值也保障了這種增長態勢。與模具生產有關的環境最近發生了變化；其需求量和模具產值也保障了這種增長態勢。與模具生產有關的環境最近發生了變化：

　　① 向國外轉移（如2004年日本某公司在中國合資生產了80萬輛小轎車、約占當年中國小轎車總產量的30％），在生產地共同籌措模具材料、熱處理及加工的動向正加速進行，且日本產模具鋼和模具也增大了在以中國為主體的東亞地區的使用；另外，模具的無維修化和使用環境的變化，都對模具及所用鋼材提出了更多的新要求。

　　② 為了滿足市場對模具的高質量、低成本和縮短交貨期（即生產周期）的要求，必須不斷對模具的質量、性能進行改善并開發新產品。

　　1.2環保問題

　　因燃料費用上漲及CO2氣體減排都迫切需要實現汽車的輕量化，以及提高汽車的抗撞擊安全性能，這都擴大了高強度鋼零部件在汽車上的應用，從而對相關的模具材料提出了更多、更苛刻的要求。

　　2模具鋼的開放動向

　　2.1模具鋼所需特性

　　無論是冷用、溫·熱用或塑料用模具鋼，都必須滿足模具使用對耐磨性、韌性、疲勞強度、抗壓強度、抗熱負荷損傷、耐蝕性、高鏡面性、表面處理性的要求，以及模具制造對淬透性、切削性、焊接性和低熱處理應變的要求。因此，廠家總是根據不同的用途選擇這些特性和各自所需的模具鋼。

　　2.2各種用途模具鋼的開發動向

　　2.2.1冷模具用鋼

　　冷模具鋼使用SK、SKS、SKD、SKH等廣泛的JIB（日本工業標準）鋼種及獨有鋼種，特別是以1.5C-1.5Cr鋼（SKDⅡ）為代表的高C-高Cr系鋼為基礎，所開發的獨有鋼種改善了韌性和切削性，還能高溫回火處理、其代表性鋼種有1C-8Cr系的DC53。

　　最近的冷模具有高精度、高硬度材的傾向，要求高疲勞強度模具鋼；為了改善模具表面耐磨性；也在積極應用PVD、CVD、TRD處理等鍍層技術。

　　冷模具的主要損耗原因是磨損和裂紋。研究表明，鋼的耐磨性隨鋼中硬質碳化物數量的增多而提高；當鋼中碳化物的體積百分數由10％增至20％時，其比磨損量（mm2/N）也減至原來的1/2。各種碳化物的硬度（HV）按Fe3C（5Cr鋼）→Cr7C3（10~15Cr鋼）→Mo2C（5Mo鋼）→WC（5~10W鋼）→VC（2.5~5V鋼）的順序逐步升高（從1800HV→2800HV），所列鋼種耐磨性也相應地逐次升高，然而碳化物數量的增加會降低鋼的韌性。作為保證耐磨性和韌性都不下降而單純提高一方面性能的方案有：改變降低韌性和碳化物形態，以提高強度并抑制韌性下降；均勻分散細小的硬質碳化物；對韌性鋼材進行表面改質。

　　模具熱處理應變和精加工余量的大小與產品尺寸精度密切相關，而冷態磨削精加工時數又介質影響成本和交貨期。因此，如何減少熱處理應變，改善磨削加工性是實現產品高質量、低成本并縮短交貨期的模具鋼開發重點。

　　按不同的冷加工用途，分別開發了A（彎曲與深沖）型、B（冷鍛）型和C（精密下料和沖裁）型模具鋼。A型的代表性鋼種為DC53（1C—8Cr），不但韌性和切削性優良，且高溫回火后能獲得63HRC高硬度，還與表面處理CVD、TD被膜有良好粘合性。B型的代表性鋼種為馬特里克斯（matrix）系高速鋼DraM（分為1、2、3共3個鋼號），是以化學成分、特殊熔煉及其后的鍛造、熱處理技術改善而顯著減少了粗大碳化物的鋼種，其顯微組織的碳化物比原來的MH85和AISIM2的分布更均勻且更細小，即使在各種苛刻的使用條件也能延長模具壽命。C型的代表性鋼種為高純凈粉末冷工具模，其耐磨性、耐屑性優良，可顯著減少模具壽命的波動。

　　2.2.2熱模具用鋼

　　這類模具的主體是溫·熱鍛壓模具，含熱沖壓模具、高速沖壓模具和閉塞鍛壓模具。

　　在熱沖壓模具方面，廣泛應用的材料是SKD61鋼。它具有優良的高溫耐磨性、韌性、淬透性，能滿足熱鍛模具的要求。熱鍛模材料最近的研究動向是在把握模具的損壞形態并查清鋼種特性的基礎上選定鋼種，以期延長模具壽命。有研究認為，應充分利用5Cr-3Mo鋼優良的低周疲勞強度，以提高模具壽命。

　　在溫鍛模具中，正在廣泛使用耐高負荷強度優良且能確保韌性的馬特里克斯高速鋼DRM1。這是因為此鋼的實用表明其無塑性變形，在≥500℃的溫度范圍的強度比原來的SKD7、SKD61更高，且疲勞強度高，韌性也優良。

　　2.2.3塑料模具用鋼

　　廣泛使用的塑料模具用鋼除SCM系鋼之外，其主體是沉淀硬化和SUS420J2鋼等高性能鋼。近幾年對這類鋼的要求是確保穩定的光潔度，改善耐蝕性并提高精密模具的韌性。

　　高性能精密塑料模具正廣泛使用以NAD55、NAK80為代表的3Ni-IA1-1Cu系沉淀硬化鋼，且使用范圍還在擴大；還進行了同系列耐蝕性、韌性、光潔度改善鋼的開發，其產品已經投放市場。

　　既保持了耐蝕性、又改善了切削性能的SUS420F系易切鋼C-STAR能用于塑料模具襯套以外的主要部分，有助于改善模具維修性能。另外，以SUS420J2鋼為基礎而改善了淬透性的模具鋼已開發成功；還開發生產了向高Cr系鋼（如C-16~r鋼）中加N以提高耐蝕性的模具鋼，切已成功用于生產實際。

　　3今后面臨課題及展望

　　在模具性能方面，將會繼續要求更穩定的模具壽命；以高級鋼材制作模具有利于其制作技術的改善，性能和壽命波動少的通用模具鋼材的生產是關鍵。

　　另一方面，必須建立能與穩定的材料供應體制和生產現場熱處理設備相適應的高性能、小應變熱處理技術。并且，在使用了高硬度鋼板作為加工材料的汽車部件冷成形中，必須對模具進行高性能表面處理；隨著表面處理技術的改善，為了提高模具表面的粘合性，以改善鍍層性能，將需要研發表面處理專用的模具鋼。

　　針對壓鑄模具使用的高周期化傾向，為了解決模具材料易產生大裂紋的弊端，如何改善模具材質的超細化組織和韌性也是今后的重要課題。

　　雖然如何將提高模具鋼切削性能的要求與縮短模具制作的交貨期相結合仍是今后需要繼續完善之處，但對耐熱模具鋼而言，特別學要開發對模具破損行為不會廠商負面影響的易切削技術。

　　模具壽命的提高，推動了模具的開發。而模具設計與制造技術的數字化和模具壽命預測技術的發展則將進一步促進模具加工、熱處理及表面處理技術的最佳化。