模具钢概况及其发展动向

模具材料是模具制造业的物质和技术基础，其中模具钢是传统的模具材料，其品种、规格、质量对模具的性能、使用寿命和制造周期起着决定性的作用。

模具钢的发展也推动了工业产品向高级化、个体化、高附加值化的方向发展。

一、模具的分类

模具的用途很广，各种模具的工作条件差别很大，所以，制造模具用材料范围很广，在模具材料中应用最广的当属模具钢。从—般的碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢、弹簧钢、高速工具钢、不锈耐热钢直到适应特殊模具需要的马氏体时效钢以及粉末高速钢、粉末高合金模具钢等。

模具钢按用途一般可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料成型用模具钢三大类

1.1 冷作模钢

冷作模具钢主要用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具。如：冷冲裁模具、冷冲压模具、冷拉深模具、压印模具、冷挤压模具、螺纹压制模具和粉末压制模具等。冷作模具钢的范围很广，从各种碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢到粉末高速工具钢和粉末高合金模具钢。

1.2 热作模具钢

热作模具钢主要用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具。如：热锻模具、热挤压模具、压铸模具、热镦锻模具等。常用的热作模具钢有：中高含碳量的添加Cr、W、Mo、V等合金元素的合金模具钢；对特殊要求的热作模具钢，有时采用高合金奥氏体耐热模具钢制造。

1.3 塑料模具用钢

由于塑料的品种很多，对塑料制品的要求差别也很大，对制造塑料模具的材料也提出了各种不同的性 能要求。所以，不少工业发达的国家已经形成了范围很广的塑料模具用钢系列。包括碳素结构钢、渗碳型 塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、耐蚀塑料模具钢、易切塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、马氏体时效钢以及镜面抛光用塑料模具钢等。

二、模具钢材料的选择

2.1 模具钢材料选择的基本原则

根据模具的生产条件和模具的工作条件的需要，结合模具钢材料的基本性能和相关的因素，未来选择适合模具需要的经济上合理，技术上先进的模具钢。对于一种模具，如果单纯以材料的基本性能考虑，几种模具材料都能符合要求，然而必须综合考虑模具的使用寿命，模具制造工艺过程的难易程度，模具制造的费用以及分摊到制造的每一个工件上的模具费用等多种因素，进行综合分析评价，才能得出符合实际的正确结论。

2.2 模具钢选择的主要指标

模具钢选择的主要指标，包括以下三个方面：模具钢的基本性能；模具钢的工艺性能；模具钢的冶金质量。

2.2.1 模具钢的基本性能

一般指模具钢的耐磨性、韧性、硬度和红硬性。这三种性能可以比较全面地反映模具钢的综合性能。

(1)耐磨性 模具工作时，表面往往要与工件产生多次强烈的摩擦，这样便要求制作模具的材料能承受机械磨损，即使在承受重载和高速摩擦时，也不至于和被加工工件的表面之间产生粘附、焊接招致工件表面擦伤，使模具仍能保持其尺寸精度和表面粗糙度。

(2)模具钢的韧性 对于受强烈冲击载荷的模具，如冷作模具的冲头、锤用热锻模具、冷镦模具、热锻模具等，模具钢的韧性是十分重要的考虑因素，对于在高温下工作的模具，还必须考虑其在高温下的高温韧性。对于多向受冲击载荷的模具，还必须考虑其向性。

(3)硬度和红硬性 硬度是模具钢的主要技术性能指标，模具在工作时必须具有高的硬度和强度，才能保持其原来的形状和尺寸，一般冷作模具钢，要求其淬回火硬度为HRC60左右，而热作模具钢则为HRC45-50左右。

红硬性是指材料在一定温度下保持其硬度和组织稳定性抗软化的能力，对于热作模具钢和部分重载荷冷作模具钢，是重要的性能指标。

2.2.2 磨具钢的工艺性能

一般指可加工性、淬火温度范围和淬火变形程度、淬透性和淬硬性、氧化脱碳敏感性。

(1)可加工性 包括冷加工性能，如：切削、磨削、抛光、冷挤压、冷拉工艺性，热加工性能包括热塑性和热加工范围温度等。

(2)淬火温度范围和淬火变形 要求模具钢有较宽的淬火温度范围和程度较小的淬火变形。

(3)淬透性和淬硬性 淬硬性取决于钢的含碳量，淬透性主要取决于钢的化学成分、合金元素含量和淬火前的组织状态。对于大部分要求高硬度的冷作模具，对淬硬性要求较高；对于大部分热作模具和塑料模具，对于硬度的要求不太高，往往更多考虑其淬透性；特别是对于一些大截面深型腔模具，为了使模具的心部也得到良好的组织和均匀的硬度，就要求选用淬透性好的模具钢。

(4)氧化脱碳敏感性 模具在加热过程中，如果产生氧化脱碳现象，就会改变模具的形状和性能，影响模具的硬度、耐磨性和使用寿命，招致模具早期失效。通过真空热处理等特殊热处理工艺，可避免氧化脱碳。

2.2.3 模具钢的冶金质量

冶金质量也对模具钢的性能有很大的影响，只有具有优秀的冶金质量，才能充分发挥模具钢的各种性能。冶金质量一般包括以下几方面：冶炼质量，锻造轧制工艺性能，热处理和精加工性能，导热性及精料和制品化程度。

除了上述性能要求之外，模具钢的通用性也是选用模具钢时必须考虑的因素。模具钢一般用量不大，品种规格很多，为了便于在市场卜采购和备料，应该考虑材料的通用性，除了特殊要求以外，尽可能采用大量的通用型模具钢，由于通用型模具钢技术比较成熟，性能数据完整，便于在设计和制造过程中参考。另外选用通用型模具钢，便于采购备料和材料管理。总之，选用高质量，高性能、高精度的模具钢的精料和制品，高效率、高速度、低成本的生产高质量的模具，已经成为当前工业发达国家模具制造业的主要发展趋势，我国也正在向这一方面努力。