冷作模具钢

冷作模具钢是指在冷态下用于金属变形或成型的模具钢。最常用的特种冷作模具钢是Crl2钢，其碳含量为1.45%～2.30%，含铬量为11%～13%

由于冷作模具大多在室温下工作，材料的塑性变形抗力大，模具的工作应力大，工作条件苛刻一般来说，这类模具的性能要求高硬度和耐磨性、足够的强度、适当的韧性。

因此，冷作模具钢通常由高碳组成，以满足高硬度和高耐磨性的需要。如果为了提高模具的抗冲击性能，需要增加韧性，可以选用中碳钢，也可以用热作模具钢代替。

在冷作模具钢中加入合金元素，主要是为了提高淬透性和耐磨性对于具有高耐磨性要求的模具，通常添加碳化物形成元素，如铬、Mo、W、含钒和其他元素的多元合金钢。

从钢种上考虑，冷作模具钢多为过共析钢和莱氏体钢，一般属于工具钢范畴。

1．冷作模具钢的性能

1)较高的耐磨性

冷作模具在工作时，表面与毛坯之间有许多摩擦在这种情况下，模具必须保持低表面粗糙度值和高尺寸精度，以防止早期失效。

由于模具材料的硬度和显微组织是影响模具耐磨性的重要因素，为了提高冷作模具的耐磨性，通常要求模具的硬度比工件的硬度高30%～50%材料的组织为回火马氏体或下贝氏体，均匀分布在其上、细粒状碳化物。为达到这一目的，钢中碳的质量分数一般为0.60%以上。

2)高强度和韧性

模具的强度是指模具零件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。强度指标是冷作模具设计和选材的重要依据，包括拉伸屈服点、压缩屈服点等。屈服点是衡量模具零件塑性变形抗力的指标，也是最常用的强度指标。为了获得高强度，在模具制造过程中，模具材料的韧性应根据模具的工作条件来确定对于冲击负荷大的模具，如冷作模具的冲头，、冷镦模具等，因为冲击负荷大，需要高韧性。对于一般工况下的冷作模具，通常承受较小的能量和多次冲击载荷，模具的失效形式为疲劳断裂，因此模具没有必要具有太高的冲击韧性。

3)较强的抗咬合性

咬合阻力实际上是正确的事情“冷焊”的抵抗能力。通常，在干摩擦条件下，将待测模具钢样品与具有咬合倾向的材料混合（如奥氏体钢）进行等速双摩擦运动，在一定速度下逐渐增加负载，扭矩也会相应增加。

当载荷增加到某一临界值时，扭矩突然急剧增加，这就意味着发生了咬合这种负荷被称为“咬合临界载荷”临界负荷越高，抗咬合能力越强。

4)受热软化能力

热软化能力反映了载荷下温升对冷作模具钢硬度的影响、变形阻力和耐磨性的影响。软化温度是表征冷作模具钢抗软化性能的主要指标（℃）和二次硬化硬度（HRC）

2．冷作模具钢的技术性能要求

冷作模具钢的工艺性能直接关系到模具的制造周期和成本。冷作模具钢的工艺性能要求主要包括锻造工艺、切削工艺性、热处理工艺性等。

1)锻造工艺性

锻造不仅减少了模具材料的加工余量，节约了钢材，而且改善了模具材料的内部缺陷，如碳化物偏析、减少有害杂质、改善钢的显微组织等。

为了获得良好的锻造质量，对可锻性的要求是热锻的低变形抗力、塑性好、锻造温度范围宽，锻造裂纹、冷裂和网状碳化物析出的趋势较小。

2)切削工艺性

加工后模具磨损小，表面光滑。冷作模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢，大部分属于难切削钢为了获得良好的可加工性，必须正确地进行热处理对于表面质量要求高的模具，可以选择S、含钙和其他元素的易切削模具钢。

3)热处理工艺性

热处理过程主要包括：淬透性、淬硬性、耐回火性、过热敏感性、氧化脱碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。

根据冷作模具钢的性能要求和形状尺寸，材料的选择如下。

1)工作时受力不大、形状简单、较小的模具可以用碳素工具钢制造。

2)工作时受力一般、低合金工具钢可用于形状复杂或尺寸较大的模具（如9Mn2V、9SiCr、9CrWMl3、CrWMn、Cr2等）制造。

3)工作时受力大，要求耐磨性高、高淬透性、变形量小、形状复杂的模具多由高碳高铬钢制成（Crl2、Crl 2MoV等）制造。已经开发了几种替代Crl2型钢的钢（如Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV等）此外，也可以选择高速钢、低碳高速钢（6W6M05Cr4V等）和基体钢（化学成分相当于高速钢正常淬火后的基体成分）来制造这类模具。

4)在冲击条件下工作，刃口薄的模具采用韧性好的中碳合金工具钢（如4CrW2Si、6CrW2Si等）制造。

选择冷作模具钢时应考虑加工方法、应力状态、成型物体的材料特性、生产数量、板材厚度等，除了模具的大小和尺寸精度也是一个不可忽视的因素。

低合金工具钢用于轻负荷或小批量生产（SKS）冷作模具钢用于重载或大批量生产（SKD）载荷较大时选用高速工具钢和粉末高速工具钢。

适用于耐磨场合的冷作模具钢、适用于抗冲击场合的高速工具钢和高合金高速工具钢为8Cr-2Mo系列模具钢和基体高速工具钢。

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