冷作模具钢的特点与应用领域

1.冷作模具钢的性能要求

冷作模具在工作时要承受很大的载荷，如剪力、压力、弯矩等，而且这些载荷大都带有冲击性质，同时模具与坯料间还发生强烈摩擦。因此，冷作模具应满足以下要求。

(1)高的硬度和高的耐磨性。金属冷态变形时硬度增大，没有高的硬度与高的耐磨性，模具本身会变形或迅速磨损。

(2)足够的强度、韧性和疲劳强度。要保证模具在工作时，能承受各种载荷，而不发生断裂或疲劳断裂。

2.冷作模具钢的成分特点

(1)含碳量高。冷作模具钢的硬度一般在60HRC左右，同时要求有高的耐磨性，因此碳的质量分数较高，多在wC≥0.8%，有时甚至高达wC＝2%。

(2)加入能提高耐磨性的元素。如Cr、Mo、W、V等较强碳化物形成元素，形成难熔碳化物以提高耐磨性。常用冷作模具钢如Cr12、Cr12MoV，铬的质量分数高达wCr＝11%～13%。铬还可显著提高钢的淬透性。

对于要求不高的小型冷作模具，则大多采用碳素工具钢或低合金刃具钢。各种冷作模具钢的选用举例(见表8－1)。

表8－1　冷作模具钢的选用举例(www.xing528.com)

3.冷作模具钢的热处理

冷作模具钢的性能要求与刃具钢相似，但要求热处理后的变形要小，而对热硬性的要求不高。因此，冷作模具钢的化学成分和热处理特点与刃具钢也相似。下面以Cr12钢为例介绍冷作模具钢的热处理特点。

Cr12钢也属于莱氏体钢，因此，需要经过反复锻造来破碎网状共晶碳化物，并消除其分布的不均匀性。锻造后应进行等温球化退火。

Cr12钢在不同温度淬火后，又在不同温度下回火时，其硬度将会发生变化。用来提高这种类型钢的硬度有两种热处理方法。

(1)一次硬化法。采用较低的淬火温度和较低的回火温度。如Cr12钢加热到980℃保温后油中淬火，然后在170℃低温回火，硬度达61～63HRC。这种方法处理后模具的淬火变形小，耐磨性高，应用较广泛。

(2)二次硬化法。采用较高的淬火温度与多次回火。如Cr12钢1100℃保温后油淬，淬火后残留奥氏体较多，硬度较低，但经多次510℃～520℃回火，产生二次硬化，硬度可达60～62HRC。这种方法处理后可获得较高的热硬性，常用来处理在400℃～450℃条件下工作的模具。其缺点是韧性低于一次硬化，且淬火变形较大。

Cr12钢最终热处理组织为回火马氏体＋残留奥氏体，具有高的强度和硬度，良好的耐磨性，广泛应用于制造冷冲模和滚丝模等冷作模具。Cr12MoV钢的含碳量略低，由于加入钼、钒元素，细化了晶粒，改善了碳化物的分布，使其强度和韧性均高于Cr12钢，但耐磨性稍差。

近年来还发展了高强韧性冷作模具钢。此类钢的成分与高速钢在正常淬火后基体的成分相近，故亦称之为基体钢。这种钢的强度和韧性较高，淬火变形小，并具有一定的耐磨性和热硬性，常用于制造冷挤压模。常用牌号有5Cr4W2Mo3V、6CrMoNiWV等。