工模具鋼在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用非常的廣泛并且占據(jù)著非常的重要性及不可磨來性，被譽為“現(xiàn)代工業(yè)之母"，其中工模具鋼是模具重要的組成部分，也是模具材料中應(yīng)用較為廣泛的材料，是工模具制造產(chǎn)業(yè)重要的物質(zhì)載體和技術(shù)基礎(chǔ)，其品種、規(guī)格、質(zhì)量對工模具的性能、使用壽命和制造周期起著決定性的作用。

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一、什么是工模具鋼？

工模具鋼是用來制造刃具、模具和量具的鋼種。

二、刃具用鋼

性能要求

①、高切斷抗力,防止折斷、崩刃和變形

②、高的耐磨性,防止過早和過量磨損破壞

③、高硬度,使其具有高耐磨性

④、高的彎曲強度和足夠的韌性

⑤、高的熱穩(wěn)定性:防止高溫工作下軟化導(dǎo)致耐磨性下降

三、碳素工具鋼

含碳量:0.65~1.35%,足夠高的硬度和較好的耐磨性。

優(yōu)點:易于鍛造及切削加工、價格便宜。

缺點:淬透性差、回火抗力差

典型鋼號：T7~T13,只能制作尺寸小、形狀簡單、切削速度低、低溫(<200℃)，不受大沖擊的工具。

熱處理工藝

熱處理：球化退火+淬火+低溫回火

1、預(yù)先熱處理一球化退火

其目的是獲得粒狀P，降低硬度便于切削加工、并為淬火作組織準(zhǔn)備；

若鍛造組織不良(如出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物缺陷)，則應(yīng)在球化退火之前先進行正火處理，以消除網(wǎng)狀碳化物；

2、最終熱處理一淬火+低溫回火(回火溫度一般180~200℃)

正常組織為隱晶M+細粒狀滲碳體及少量AR

缺點：淬透性低，組織穩(wěn)定性低，耐磨性不夠

四、低合金工具鋼

彌補碳素刃具鋼的不足

高碳：碳含量為0.8%~1.5%，以保證鋼淬火后具有高硬度和高耐磨性。

主要合金元素：Cr、Mn、Si、W和V等。

熱處理工藝

熱處理：球化退火+淬火+低溫回火

1、預(yù)先熱處理一球化退火

其目的是獲得粒狀P，降低硬度便于切削加工、并為淬火作組織準(zhǔn)備；

球化退火采用等溫退火，由退火溫度以30~40℃/h冷至700℃，等溫4h，再爐冷至600℃出爐。

2、最終熱處理一淬火+低溫回火

淬火溫度A。1+(30~50℃)，碳化物不全溶阻礙晶粒長大；

油冷、熔鹽分級淬火、等溫淬火，以減少變形和開裂。

五、高速工具鋼

高速鋼：高碳高合金元素，為適應(yīng)高速切削的需要而發(fā)展起來的一種合金工具鋼。

高速鋼廣泛用于制造尺寸大、切削速度快、負荷重及工作溫度高的各種機加工工具。如車刀、刨刀、拉刀、鉆頭等，也可用來制造高耐磨性的冷作模具。

常用牌號

通用型

鎢系，代表牌號W18Cr4V(18-4-1)，M1

鎢-鉬系，代表牌號W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)，M2

高性能

高碳高釩型，代表牌號W6Mo5Cr4V3(6-5-4-3)

一般含鈷型，代表牌號W18Cr4VCo%(18-4-1-5)

高釩含鈷型，代表牌號W12Cr4V5Co5(12-4-5-5)

超硬型，代表牌號W7Mo4Cr4V2Co5(7-4-4-2-5)

熱處理工藝

鍛造→球化退火→機加工→淬火/回火

1、預(yù)先熱處理一球化退火

高速鋼Ac1在820~840℃，退火溫度860~880℃；

可分為一般退火和等溫退火兩種。

最終熱處理-淬火十回火

淬火

淬火加熱須預(yù)熱(800~850℃)，截面大形狀復(fù)雜的可500~600℃再加一次預(yù)熱；

淬火加熱溫度高于1200℃，保證M中合金元素含量，從而獲得二次硬化效果；

一般油淬，通常采用分級或等溫淬火，減少變形，提高韌性。

回火

回火溫度高，560℃左右，提高韌性，產(chǎn)生二次硬化效果；

一般進行三次回火。

六、模具鋼

模具是機械制造、無線電儀表、電機電器等工業(yè)部門門中制造零件的主要加工工具。

分類

1、冷作模具鋼

常溫下使金屬塑性變形所用的模具，如冷擠壓模、冷拉伸模。

2、熱作模具鋼

使熱態(tài)、液態(tài)金屬成型所用模具，如錘鍛模、熱擠壓模、壓鑄模。

3、塑料模具鋼

塑料成型所用的模具。

七、冷作模具鋼

常溫下使金屬材料變形的模具用鋼，如沖裁、冷擠壓、冷鐓、冷拉伸等模具。

1、與刃具鋼的異同

共同點：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；

不同之處：更高的耐磨性；較高的韌性；模具尺寸大、形狀復(fù)雜，所以要求較高的淬透性、較小的變形及開裂傾向性。

2、碳素及低合金模具鋼

6CrMnNiMoVSi(代號GD鋼)國內(nèi)研制并推廣的高強韌性低合金冷作模具鋼

成分：C0.69、Cr1.15、Mn0.85、Ni0.85、Mo0.45、V0.18、Si0.7

特點：強韌性高，淬火溫度范圍寬，淬火變形小，耐磨性較好；

GD鋼代替常用的低合金工具鋼CrWMn，9SiCr，GCr15及部分高鉻模具鋼Cr12型鋼，用于易崩刃、易開裂的各類冷作模具，模具使用壽命長。

3、高鉻和中鉻模具鋼

特點：較碳素、低合金工具鋼，具有更好的耐磨性、淬透性，淬火變形微小；

用途：制造負荷大，生產(chǎn)批量大，耐磨性要求高，熱處理變形要求小，形狀復(fù)雜的冷作模具。

1）、高鉻冷作模具鋼

常用鋼號：Cr12和Cr12MoV，用于制造冷沖模、擠壓模等。

2、中鉻冷作模具鋼

C：約1%，Cr：5%-7%，少量W、Mo、V，較高鉻加工性能、韌性好適用于既要求耐磨性又具有一定韌性的模具。

4、高速鋼類模具鋼

要求：較刃具用高速鋼具有更高的強、韌性，不要求紅硬性。

4.1、低碳高速鋼

6W6Mo5Cr4V(6W6)我國研制的一種低碳；

高速鋼高速鋼W6Mo5Cr4V2基礎(chǔ).上降碳降釩→↓碳化物不均勻性，沖擊韌度↑50%；

代替高速鋼或Cr12型鋼制作易于脆斷或劈裂的冷擠壓沖頭或冷鐓沖頭，可成倍地提高模具的使用壽命。

4.2、基體鋼

基體鋼：成分相當(dāng)于高速鋼淬火組織中基體成分的鋼種；

與高速鋼比，過剩碳化物少，顆粒細小均勻→沖擊韌度和疲勞強度都較好，同時也保持了較高的耐磨性和紅硬性。不僅適于冷作模具，也可用于熱作模具。

牌號：6Cr4W3M02VNb、6Cr4Mo3Ni2WV、5Cr4Mo3SiMnVAl

八、熱作模具鋼

熱作模具鋼：使熱態(tài)金屬或液態(tài)金屬成形的模具用鋼。包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模。

應(yīng)用與性能要求

化學(xué)成分

中碳0.3~0.6%；

合金元素：

合金元素還可提高材料的共析溫度，保證材料高溫組織和性能穩(wěn)定性，提高了其抗熱疲勞能力

分類

1)、熱錘鍛模：高溫下，沖擊加壓使金屬成形

2)、熱擠壓模：沖頭和凹模

3)、壓鑄模：高壓下使熔融金屬成形

1、錘鍛模與大型壓力機鍛模用鋼

錘鍛模：工作時沖擊負荷很大，工作溫度不太高(300~400℃)；

大型壓力機鍛模：截面大，碳化物不均勻性升高，特別降低心部沖擊韌度。選用高韌性熱作模具鋼制作。

2、熱擠壓模與中小型壓力機鍛模用鋼

工作條件：

工作溫度高(550~900℃，與熱金屬接觸時間長或坯料溫度高)；

工作溫度高(550~900℃，與熱金屬接觸時間長或坯料溫度高)熱應(yīng)力大(急冷急熱)；

工作條件比錘鍛模具更加惡劣。

性能要求：

更高的高溫強度和熱穩(wěn)定性，更好的熱疲勞、熱磨損抗力及較好的韌性。

3、壓鑄模用鋼

工作條件：

高壓下反復(fù)與熔融金屬接觸，承受一定壓力、交變應(yīng)力和摩擦、腐蝕。

性能要求：

高溫力學(xué)性能好，高溫下保持高強度、硬度和耐磨性及足夠的韌性；

優(yōu)良的熱：疲勞抗力；

高的導(dǎo)熱性；

良好的耐蝕性。

九、塑料模具鋼

工作條件

工作溫度：150~250℃，工作壓力：40~150MPa；

與冷、熱模具用鋼比力學(xué)性能要求較低，但要求形狀復(fù)雜、尺寸精密、光潔、耐蝕。

性能要求

●拋光性能好，要求材質(zhì)純凈，組織致密。

●切削加工、冷擠成形性好，熱處理變形小。

●表面高硬度、耐磨耐蝕，保證尺寸精度、表面質(zhì)量長期不變。

●有足夠的強度和韌性，能承受負荷不變形和不破損。

十、量具鋼

制造各種量具用鋼。如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。

性能要求

高的硬度和耐磨性，避免接觸磨損而發(fā)生尺寸改變；

組織穩(wěn)定，避免熱處理后M分解，殘余A轉(zhuǎn)變及殘余應(yīng)力引起尺寸變化；

低的表面粗糙度，保證緊密接觸和貼合，要求鋼材純凈，組織致密；

耐蝕性。

鋼種選用

低碳鋼滲碳、中碳鋼表面淬火；

碳素工具鋼、低合金工具鋼，兩者用于尺寸小、形狀簡單、精度要求不高的量具；

滾動軸承鋼、冷作模具鋼，用于制造精密量具；

不銹鋼用于制造接觸腐蝕介質(zhì)的量具。

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