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熱作模具鋼和冷作模具鋼的區別
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間：2012-04-16
一、冷作模具鋼?
冷作模具鋼包括制造沖截用的模具（落料沖孔模、修邊模、沖頭、剪刀）、冷鐓模和冷擠壓模、壓彎模及拉絲模等?
1.冷作模具鋼的工作條件及性能要求?
冷作模具鋼在工作時．由于被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力及摩擦力。因此，冷作模具的正常報廢原因一般是磨損．也有因斷裂、崩力和變形超差而提前失效的。?
冷作模具鋼與刃具鋼相比．有許多共同點。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強度和足夠的韌性，以保證沖壓過程的順利進行、其不同之處在于模具形狀及加I工藝復雜．而且摩擦面積大．磨損可能性大．所以修磨起來困難。因此要求具有更高的耐磨化模具工作時承受沖壓力大．又由于形狀復雜易于產生應力集中，所以要求具有較高的韌性；模具尺寸大、形狀復雜．所以要求較高的淬透性、較小的變形及開裂傾向性?？傊渥髂＞咪撛诖阃感?、耐磨性與韌性等方面的要求要較刃具鋼高一些．而在紅硬性方面卻要求較低或基本上沒要求（因為是冷態成形），所以也相應形成了一些適于做冷作模具用的鋼種，例如，發展了高耐磨、微變形冷作模具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結合有關鋼種選用進一步說明。?
2.鋼種選擇?
通常接冷作模具的使用條件，可以將鋼種選擇分為以下四種情況：?
（1）尺寸小、形狀簡單、輕負荷的冷作模具。例如．小沖頭，剪落鋼板的剪刀等可選用T7A、 T8A、T10A、T12A等碳素工具鋼制造。這類鋼的優點是；可加工性好、價格便宜、來源容易。但其缺點是：淬透性低、耐磨性差、淬火變形大。因此，只適于制造一些尺寸小、形狀簡單、輕負荷的工具以及要求硬化層不深并保持高韌性的冷像模等。?
（2）尺寸大、形狀復雜、輕負荷的冷作模具。常用的鋼種有9SiCr、CrWMn、GCr15及 9Mn2V等低合金刃具鋼。這些鋼在油中的淬透直徑大體上可達40mm以上。其中9Mn2V鋼是我國近年來發展的一種不含Cr的冷作模具用鋼．可代替或部分代替含Cr的鋼。?
9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開裂傾向性比CrWMn鋼小、脫碳傾向性比9SiCr鋼小，而淬透性比碳素工具鋼大．其價格只比后者高約30％因此是一個值得推廣使用的鋼種。?
但9Mn2V鋼也存在一些缺點如沖擊韌性不高，在生產使用中發現有碎裂現象．另外回火穩定性較差，回火溫度一般不超過180℃在200℃回火時抗彎強度及韌性開始出現低值。?
9Mn2V鋼可在硝鹽、熱油等冷卻能力較為緩和的淬火介質中淬火。對于一些變形要求嚴格而硬度要求又不很高的模具，可采用奧氏體等溫淬火。?
（3）尺寸大、形狀復雜重負荷的冷作模具。須采用中合金或高合金鋼．如Cr12Mo、 Crl2MoV、 Cr6WV Cr4W2MoV等，另外也有選用高速鋼的。?
近年來用高速鋼做冷作模具的傾向巴日趨增大、但應指出，此時已不再是利用高速鋼所特有的紅硬性長處．而用它的高淬透性和高耐磨性。為此．在熱處理工藝上也應有所區別。?
選用高速鋼做冷模具時．應采用低溫淬火．以提高韌性。例如 W18Cr4V鋼做刃具時常用的淬火溫度為1280-1290℃。而做冷作模具時，則應采用1190℃的低溫淬火。又如 W6Mo5Cr4V2鋼．采用低溫淬火后可使壽命大大提高、特別是顯著減少了折損率。?
〔4)受沖擊負荷且刀間單薄的冷作模具。如上所述．前三類冷作模具用鋼的使用性能要求均以高耐磨性為主為此均采用高碳過共析鋼乃至榮氏體鋼。而對有的冷作模具加切邊樓、沖裁模等．其對口單薄．使用時又受沖擊負荷作用則應以要求高的沖擊韌性為主。為了解決這一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亞共折鋼．以避免由于一次及二次碳化物而引起鋼的韌性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高鋼的回火穩定性和回火溫度（240一270℃回火）這樣有利于充分消除淬火應力使嘰提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成難熔碳化物的元素以細化晶粒、提高韌性。常用的高韌性冷作模具用鋼有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。?
3.充分發揮冷作模具鋼性能潛力的途徑?
在用Cr12型鋼或高速鋼做冷作模具時，一個很突出的問題是鋼的脆性大．使用中易開裂。為此，必須用充分鍛打的方法細化碳化物．除此之外應發展新鋼種。發展新鋼種的著眼點，應是降低鋼的含碳量及碳化物形成元素的數量。?
Cr4W2MoV 鋼具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等優點．并具有較好的回火穩定性及綜合力學性能．用干制造硅鋼片沖模等．可使壽命比Cr12MoV鋼提高1～3倍以上但此鋼鍛造溫區范圍較窄，鍛造河縣開裂．應嚴格控制鍛造溫度和操作規認Cr2Mn2SiWMoV鋼淬火溫度低、淬火變形小、淬透性高．有空淬微變形模具鋼之稱7W7Cr4MoV鋼可代W18Cr4V和Cr12MoV鋼．其特點是鋼的碳化物不均勻性和韌性得到很大的改善。?
二、熱作模具鋼?
1.熱作模具的工作條件?
熱作模具包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模三類。如前所述．熱作模具工作條件的主要特點是與熱態金屬相接觸、這是與冷作模具工作條件的主要區別。因此會帶來以下兩方面的問題：?
（l）模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時．其模腔表面溫度可達300～400℃以上熱擠壓?？蛇_500一800℃以上；壓鑄模模腔溫度與壓鑄材料種類及澆注溫度有關。如壓鑄黑色金屬時模腔溫度可達1000℃以上。這樣高的使用溫度會使模腔表面硬度和強度顯著降低，在使用中易發生打垛。為此．對熱模具鋼的基本使用性能要求是熱塑變抗力高，包括高溫硬度和高溫強度、高的熱塑變抗力，實際上反映了鋼的高回火穩定性。由此便可以找到熱模具鋼合金化的第一種途徑，即加入Cr、W、Si．等合金元素可以提高鋼的回火穩定性。?
（2）模腔表層金屬產生熱疲勞（龜裂）。熱模的工作特點是具有間歇性．每次使熱態金屬成形后都要用水、油、空氣等介質冷卻模腔的表面。因此．熱模的工作狀態是反復受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產生反復的熱脹冷縮，即反復承受拉壓應力作用．其結果引起模腔表面出現龜裂，稱為熱疲勞現象，由此，對熱模具鋼提出了第二個基本使用性能要求．即具有高的熱疲勞抗力。一般說來，影響鋼的熱疲勞抗力的因素主要有：?
①鋼的導熱性。鋼的導熱性高，可使模具表層金屬受熱程度降低，從而減小鋼的熱疲勞傾向性。一般認為鋼的導熱性與合碳量有關，含碳量高時導熱性低，所以熱作模具鋼不宜采用高碳鋼。在生產中通常采用中碳鋼（C0.3%5～0.6%）合碳量過低．會導致鋼的硬度和強度下降．也是不利的。?
②鋼的臨界點影響。通常鋼的臨界點（Acl）越高．鋼的熱疲勞傾向性越低。因此．一般通過加入合金元素Cr、W、Si、引來提高鋼的臨界點。從而提高鋼的熱疲勞抗力。?
2.常用熱作模具用鋼?
（1）錘鍛模用鋼。一般說來，錘鍛模用鋼有兩個問題比較突出一是工作時受沖擊負荷作用．故對鋼的力學性能要求較高，特別是對塑變抗力及韌性要求較高；二是錘鍛模的截面尺寸較大（＜400mm）故對鋼的淬透性要求較高，以保證整個模具組織和性能均勻。?
常用錘鍛樓用鋼有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同類型的錘眼模應選用不同的材料。對特大型或大型的錘鍛模以5CrNiMo為好．也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。對中小型的錘鍛模通常選用5CrMnMO鋼。?
（2）熱擠壓模用鋼，熱擠壓模的工作特點是加載速度較慢，因此，模腔受熱溫度較高，通?？蛇_500一800℃。對這類鋼的使用性能要求應以高的高溫強度(即高的回火穩定性）和高的耐熱疲勞性能為主。對ak及淬透性的要求可適當放低。一般的熱擠壓模尺寸較小，常小于 70～90 mm。?
常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5％Cr型等熱作模具鋼．其化學成分如表4.16所示。?
其中4CrW2Si．既可做冷作模具鋼，又可做熱作模具鋼．由于用途不同，可采用不同熱處理方法。作冷模時采用較低的淬火溫度（870—900℃）及低溫或中溫回火處理；作熱模時則采用較高的淬火溫度（一般為950一1000℃）及高溫回火處理。?
（3）壓鑄模用鋼。從總體上看，壓鑄模用鋼的使用性能要求與熱擠壓模用鋼相近，即以要求高的回火穩定性與高的熱疲勞抗力為主。所以通常所選用的鋼種大體上與熱擠模用鋼相同．如常采用4CrW2Si．和3Cr2W8V等鋼。但又有所不同如對熔點較低Zn合金壓鑄模．可選用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；對Al和Mg合金壓鑄模，可選用4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等對Cu合金壓鑄模．多采用3Cr2W8V鋼。?
冷作模具鋼包括制造沖截用的模具（落料沖孔模、修邊模、沖頭、剪刀）、冷鐓模和冷擠壓模、壓彎模及拉絲模等?
1.冷作模具鋼的工作條件及性能要求?
冷作模具鋼在工作時．由于被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力及摩擦力。因此，冷作模具的正常報廢原因一般是磨損．也有因斷裂、崩力和變形超差而提前失效的。?
冷作模具鋼與刃具鋼相比．有許多共同點。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強度和足夠的韌性，以保證沖壓過程的順利進行、其不同之處在于模具形狀及加I工藝復雜．而且摩擦面積大．磨損可能性大．所以修磨起來困難。因此要求具有更高的耐磨化模具工作時承受沖壓力大．又由于形狀復雜易于產生應力集中，所以要求具有較高的韌性；模具尺寸大、形狀復雜．所以要求較高的淬透性、較小的變形及開裂傾向性?？傊渥髂＞咪撛诖阃感?、耐磨性與韌性等方面的要求要較刃具鋼高一些．而在紅硬性方面卻要求較低或基本上沒要求（因為是冷態成形），所以也相應形成了一些適于做冷作模具用的鋼種，例如，發展了高耐磨、微變形冷作模具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結合有關鋼種選用進一步說明。?
2.鋼種選擇?
通常接冷作模具的使用條件，可以將鋼種選擇分為以下四種情況：?
（1）尺寸小、形狀簡單、輕負荷的冷作模具。例如．小沖頭，剪落鋼板的剪刀等可選用T7A、 T8A、T10A、T12A等碳素工具鋼制造。這類鋼的優點是；可加工性好、價格便宜、來源容易。但其缺點是：淬透性低、耐磨性差、淬火變形大。因此，只適于制造一些尺寸小、形狀簡單、輕負荷的工具以及要求硬化層不深并保持高韌性的冷像模等。?
（2）尺寸大、形狀復雜、輕負荷的冷作模具。常用的鋼種有9SiCr、CrWMn、GCr15及 9Mn2V等低合金刃具鋼。這些鋼在油中的淬透直徑大體上可達40mm以上。其中9Mn2V鋼是我國近年來發展的一種不含Cr的冷作模具用鋼．可代替或部分代替含Cr的鋼。?
9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開裂傾向性比CrWMn鋼小、脫碳傾向性比9SiCr鋼小，而淬透性比碳素工具鋼大．其價格只比后者高約30％因此是一個值得推廣使用的鋼種。?
但9Mn2V鋼也存在一些缺點如沖擊韌性不高，在生產使用中發現有碎裂現象．另外回火穩定性較差，回火溫度一般不超過180℃在200℃回火時抗彎強度及韌性開始出現低值。?
9Mn2V鋼可在硝鹽、熱油等冷卻能力較為緩和的淬火介質中淬火。對于一些變形要求嚴格而硬度要求又不很高的模具，可采用奧氏體等溫淬火。?
（3）尺寸大、形狀復雜重負荷的冷作模具。須采用中合金或高合金鋼．如Cr12Mo、 Crl2MoV、 Cr6WV Cr4W2MoV等，另外也有選用高速鋼的。?
近年來用高速鋼做冷作模具的傾向巴日趨增大、但應指出，此時已不再是利用高速鋼所特有的紅硬性長處．而用它的高淬透性和高耐磨性。為此．在熱處理工藝上也應有所區別。?
選用高速鋼做冷模具時．應采用低溫淬火．以提高韌性。例如 W18Cr4V鋼做刃具時常用的淬火溫度為1280-1290℃。而做冷作模具時，則應采用1190℃的低溫淬火。又如 W6Mo5Cr4V2鋼．采用低溫淬火后可使壽命大大提高、特別是顯著減少了折損率。?
〔4)受沖擊負荷且刀間單薄的冷作模具。如上所述．前三類冷作模具用鋼的使用性能要求均以高耐磨性為主為此均采用高碳過共析鋼乃至榮氏體鋼。而對有的冷作模具加切邊樓、沖裁模等．其對口單薄．使用時又受沖擊負荷作用則應以要求高的沖擊韌性為主。為了解決這一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亞共折鋼．以避免由于一次及二次碳化物而引起鋼的韌性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高鋼的回火穩定性和回火溫度（240一270℃回火）這樣有利于充分消除淬火應力使嘰提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成難熔碳化物的元素以細化晶粒、提高韌性。常用的高韌性冷作模具用鋼有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。?
3.充分發揮冷作模具鋼性能潛力的途徑?
在用Cr12型鋼或高速鋼做冷作模具時，一個很突出的問題是鋼的脆性大．使用中易開裂。為此，必須用充分鍛打的方法細化碳化物．除此之外應發展新鋼種。發展新鋼種的著眼點，應是降低鋼的含碳量及碳化物形成元素的數量。?
Cr4W2MoV 鋼具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等優點．并具有較好的回火穩定性及綜合力學性能．用干制造硅鋼片沖模等．可使壽命比Cr12MoV鋼提高1～3倍以上但此鋼鍛造溫區范圍較窄，鍛造河縣開裂．應嚴格控制鍛造溫度和操作規認Cr2Mn2SiWMoV鋼淬火溫度低、淬火變形小、淬透性高．有空淬微變形模具鋼之稱7W7Cr4MoV鋼可代W18Cr4V和Cr12MoV鋼．其特點是鋼的碳化物不均勻性和韌性得到很大的改善。?
二、熱作模具鋼?
1.熱作模具的工作條件?
熱作模具包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模三類。如前所述．熱作模具工作條件的主要特點是與熱態金屬相接觸、這是與冷作模具工作條件的主要區別。因此會帶來以下兩方面的問題：?
（l）模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時．其模腔表面溫度可達300～400℃以上熱擠壓?？蛇_500一800℃以上；壓鑄模模腔溫度與壓鑄材料種類及澆注溫度有關。如壓鑄黑色金屬時模腔溫度可達1000℃以上。這樣高的使用溫度會使模腔表面硬度和強度顯著降低，在使用中易發生打垛。為此．對熱模具鋼的基本使用性能要求是熱塑變抗力高，包括高溫硬度和高溫強度、高的熱塑變抗力，實際上反映了鋼的高回火穩定性。由此便可以找到熱模具鋼合金化的第一種途徑，即加入Cr、W、Si．等合金元素可以提高鋼的回火穩定性。?
（2）模腔表層金屬產生熱疲勞（龜裂）。熱模的工作特點是具有間歇性．每次使熱態金屬成形后都要用水、油、空氣等介質冷卻模腔的表面。因此．熱模的工作狀態是反復受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產生反復的熱脹冷縮，即反復承受拉壓應力作用．其結果引起模腔表面出現龜裂，稱為熱疲勞現象，由此，對熱模具鋼提出了第二個基本使用性能要求．即具有高的熱疲勞抗力。一般說來，影響鋼的熱疲勞抗力的因素主要有：?
①鋼的導熱性。鋼的導熱性高，可使模具表層金屬受熱程度降低，從而減小鋼的熱疲勞傾向性。一般認為鋼的導熱性與合碳量有關，含碳量高時導熱性低，所以熱作模具鋼不宜采用高碳鋼。在生產中通常采用中碳鋼（C0.3%5～0.6%）合碳量過低．會導致鋼的硬度和強度下降．也是不利的。?
②鋼的臨界點影響。通常鋼的臨界點（Acl）越高．鋼的熱疲勞傾向性越低。因此．一般通過加入合金元素Cr、W、Si、引來提高鋼的臨界點。從而提高鋼的熱疲勞抗力。?
2.常用熱作模具用鋼?
（1）錘鍛模用鋼。一般說來，錘鍛模用鋼有兩個問題比較突出一是工作時受沖擊負荷作用．故對鋼的力學性能要求較高，特別是對塑變抗力及韌性要求較高；二是錘鍛模的截面尺寸較大（＜400mm）故對鋼的淬透性要求較高，以保證整個模具組織和性能均勻。?
常用錘鍛樓用鋼有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同類型的錘眼模應選用不同的材料。對特大型或大型的錘鍛模以5CrNiMo為好．也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。對中小型的錘鍛模通常選用5CrMnMO鋼。?
（2）熱擠壓模用鋼，熱擠壓模的工作特點是加載速度較慢，因此，模腔受熱溫度較高，通?？蛇_500一800℃。對這類鋼的使用性能要求應以高的高溫強度(即高的回火穩定性）和高的耐熱疲勞性能為主。對ak及淬透性的要求可適當放低。一般的熱擠壓模尺寸較小，常小于 70～90 mm。?
常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5％Cr型等熱作模具鋼．其化學成分如表4.16所示。?
其中4CrW2Si．既可做冷作模具鋼，又可做熱作模具鋼．由于用途不同，可采用不同熱處理方法。作冷模時采用較低的淬火溫度（870—900℃）及低溫或中溫回火處理；作熱模時則采用較高的淬火溫度（一般為950一1000℃）及高溫回火處理。?
（3）壓鑄模用鋼。從總體上看，壓鑄模用鋼的使用性能要求與熱擠壓模用鋼相近，即以要求高的回火穩定性與高的熱疲勞抗力為主。所以通常所選用的鋼種大體上與熱擠模用鋼相同．如常采用4CrW2Si．和3Cr2W8V等鋼。但又有所不同如對熔點較低Zn合金壓鑄模．可選用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；對Al和Mg合金壓鑄模，可選用4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等對Cu合金壓鑄模．多采用3Cr2W8V鋼。?
近年來．隨著黑色金屬壓鑄工藝的應用，多采用高熔點的鋁合金和鎳合金．或者對3Cr2W8V鋼進行Cr-Al-SI三元共滲，用以制造黑色金屬壓鑄模。最近國內外還正在試驗采用高強度的銅合金作黑色金屬的壓鑄模材料。
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