模具材料及表面强化论文。陈

冲压模用钢的最新研究现状首先冲压模具材料制造冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。

目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。

其中新材料冲压模具使用的材料属于冷作模具钢，是应用量大、使用面广、种类最多的模具钢。

主要性能要求为强度、韧性、耐磨性。

目前冷作模具钢的发展趋势是在高合金钢D2（相当于我国Cr12MoV）性能基础上，分为两大分支：一种是降低含碳量和合金元素量，提高钢中碳化物分布均匀度，突出提高模具的韧性。

如美国钒合金钢公司的8CrMo2V2Si、日本大同特殊钢公司的DC53(Cr8Mo2SiV)等。

另一种是以提高耐磨性为主要目的，以适应高速、自动化、大批量生产而开发的粉末高速钢。

如德国的320CrVMo13，等。

热处理、表处理新工艺为了提高模具工作表面的耐磨性、硬度和耐蚀性，必须采用热、表处理新技术，尤其是表面处理新技术。

除人们熟悉的镀硬铬、氮化等表面硬化处理方法外，近年来模具表面性能强化技术发展很快，实际应用效果很好。

其中，化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及盐浴渗金属（TD）的方法是几种发展较快，应用最广的表面涂覆硬化处理的新技术。

它们对提高模具寿命和减少模具昂贵材料的消耗，有着十分重要的意义。

模具钢钢种的发展冷作模具钢：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。

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。

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而抛光用塑料模具钢等在冷作模具钢中，所发展的材料有：(1) 高韧性、高耐磨性模具钢这些钢C、C含量低于传统的Crl2型模具钢，增加了Mo、V合金数量，其耐磨性优于Crl2MolVl钢，韧性和抗回火软化能力则高于Crl2，如美国钒合金钢公司早期发表的VascoDie(8Cr8M02V2Si)、日本大同特殊钢公司的DC53(CrSM02VSi)，我国自行开发的则有7CrTM02V2Si(LD钢)、9CrW3M02V2(GM 钢)等，分别用于冷挤压模具，冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具。

(2)低合金空淬微变形钢这类钢的特点是合金含量低(≤5%)，淬透性、淬硬性好，Φ100mm 的工件可以空冷淬透、淬火变形小、工艺性好，主要用于制造精密复杂模具。

如美国ASTM 标准钢号A4(Mn2CrM-o)、A6(7Mn2CrMo)、日本大同特殊钢公司的G04。

我国自行研制的Gr2Mn2SiWMoV和8Cr2MnMoWVS等钢种也属于低合金空淬微变形钢，后一种钢号还兼备优良的切削性。

(3)火焰淬火模具钢这类钢的特点是淬火温度范围宽，淬透性好。

由于火焰局部淬火的工艺简便、以缩短模具制造周期，降低制造费用等特点，已经广泛地用于制造剪切、下料、冲压、冷镦等冷作模具，特别是大型镶块模具，如东风汽车公司采用我国研制的7CrSiMiMoV 火焰淬火钢制造汽车大型覆盖件镶块冲模刃口材料，取得了很好的使用效果。

这类钢代表性的钢号有日本爱知公司的SX5(Cr8MoV)，大同特殊钢公司的G05，日本日立金属公司的HMDl。

(4)粉末冶金冷作模具钢采用粉末冶金工艺生产的高碳高合金钢，由于钢液雾化形成的微细钢粉凝固很快，可以完全避免一般工艺生产的高碳高合金冷作模具钢在浇注后缓慢凝固产生的粗大碳化物和偏析等缺陷。

特点：磨削性好、韧性好、等向性好、热处理工艺性好。

已发表的粉末冷冶金钢号有美国坩埚钢公司的CPM9V，CPMl0V，日本日立金属的HAP40等。

在热作模具钢中新发展的材料有：(1)通用型热作模具钢1.5155NiCrMoV6为代表的低合金热作模具钢，以H13(4CrSMoSiVl)为代表的中合金热作模具钢；以HIO(3Cr3M03VSi)钨系钼系热作模具钢。

目前在我国4CrSMoSiVl是产量最高的热作模具钢。

(2)高淬透性特大型锻压模块用钢淬透性好，尺寸较大的模具心部可以获得均匀的性能。

如IS04957标准中的40NiCrMoV；法国NF-35-590标准中的dONCDl6；我国的4Cr2MoVNi、3Cr2MoWVNi等。

(3)高热强性模具钢又可分为以下四类。

a.中合金高热强性模具钢，一般是在3Cr3M03Si-V(H10)和4CrSMoSiVl(HB)钢的基础上增加W、Mo、Co、Nb等元素，提高其高温性能。

如美国ASTM标准钢号H10A、我国开发的3Cr3M03W2V等。

b.沉淀硬化型热作模具钢，这类钢的含碳量较低，一般在2%左右。

含有一些沉淀硬化的合金元素如V、Nb、Ni、Al、Mo等，模具淬火后，采用较低温度回火(≈400℃)，硬度为40HRC 左右，由于含碳量低，中温回火后的组织为板条状低碳马氏体，具有良好的韧性，而且具有良好的切削性，可以进行型腔加工。

模具在使用过程中，与高温工件接触的工作表面被工件加热到钢的沉淀硬化温度(500~600℃)，由于合金碳化物和金属间化合物的析出，工作表面的硬度可上升到45~48HRC，提高了型腔表面的耐磨性模具心部仍保留原有的组织和高韧性，从而提高了模具的使用寿命。

如日本日立金属公司的YHD3、大同特殊钢公司的DH76等。

c.低碳高速钢和基体钢高速工具钢具有良好的抗回火软化性能和高温硬度，但是其韧性和抗冷热疲劳性能较差。

低碳高速钢是将高速钢的碳含量由1%左右降至0.3%-0.6%，在牺牲部分红硬性和耐磨性的情况下，提高韧性和抗冷热疲劳性能，如美国ASTM标准钢号H42，我国标准钢号6W6MoSCr4V。

基体钢的化学成分相当于淬火后的高速钢基体组织成分，所以淬火后过剩碳化物的数量少，细小均匀，使钢的韧性和抗冷热疲劳性能进一步得到改善。

如美国钒合金铁公司的VasooMA(5Gr4W3Mo2V),我国的6Cr4Mo3W2VNb。

这种钢由于综合性能较好，即可以用于热作模具钢，也可以用于制造高性能的冷作模具。

d.奥氏体型热作模具钢，这类钢经固熔时效处理后，在700-800℃仍保持较好的强度，如日本日立金属公司的5Mnl8CrlOV2，我国的7Mnl0Cr8Nil0M03V2等。

塑料模具钢由原国标中的3Crl2Mo(P20)一个钢号发展成由有以下七大类构成的塑料模具用钢系列：(1)非合金塑料模具钢主要用于制造生产通用型热塑性塑料生产工件批量不大，技术要求不太严格制品模具。

如20、45等碳素结构钢和T8、T10等碳素工具钢。

2)预硬型塑料模具钢采用中碳合金钢预先经过淬火和高温回火状态下(硬度为30~40HRC)交货：代表性的钢号如美国的P20、瑞典ASSAB公司的718(3Cr2MnNiMo)，日本大同特殊钢公司的PDS5，我国的3Cr2Mo等。

(3)时效硬化型塑料模具钢由于时效温度低，变形小，而且有规律，适用于制造形状复杂，尺寸精度要求高的模具，如美国ASTM标准钢号P21，日本大同特殊钢公司的NAK55(2Ni2A1CuMoS)，NAK80，我国的25CrNi3MoAl等。

(4)渗碳型塑料模具钢一般为C、Si含量很低的低碳钢或低碳合金钢，以保证钢在常温下具有高塑性和很低的变形抗力，以便进行型腔的冷挤压，挤压成型腔后进行渗碳淬火、回火，使模具表面具有高硬度和抗磨损性能，一般用于制造要求耐磨性较高的热固性塑料模具和增强塑料模具。

如美国ASTM标准钢号P2(10CrMo)、P3(10CrNi)；我国的20Cr、12CrNi2等。

(5)整体淬硬型模具钢一般都是借用高耐磨性冷作模具钢及热作模具钢。

如Cr5M01V(A2)和Crl2MolVl(D2)等冷作模具钢和4Cr5MoSiVl等热作模具钢。

(6)耐蚀塑料模具钢有些塑料制品如聚氯乙烯、氟化塑料、阴燃塑料等在压制过程中对模具有腐蚀作用，因此，对此类塑料模具一般采用马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢，如瑞典ASSAB公司的STVAX(4Crl3)，我国的研制的PCR(OCrl6Ni4Cu3Nb)等。

(7)无磁塑料模具钢为了适应磁性塑料制品的生产，国内外发展了一些无磁塑料模具钢，将奥氏体型模具钢通过时效硬化处理得到要求的硬度强度和低的导磁率，如日本日立金属公司的HPM7，我国的7Mnl5Cr2A13V2WMo等。

我国冲压模具钢应用技术现状与发展目前我国模具选材用钢较为广泛，除了工具钢（碳素工具钢、合金工具钢、高速工具钢）外，还有轴承钢、弹簧钢、调质钢、渗碳钢、不锈钢等，钢种达数十种之多，但常用的只有二十余种，而用量最多的只有八种：Cr12、Cr12MoV、CrWMn、3Cr2W8V、5CrMnMo、SCrNIMo、45、40Cr。

据估计，这八个钢号年用量占我国模具钢年总用量的80％。

随着产业生产发展和少、无切削工艺广泛应用，对模具钢性能提出了更多、更高的要求，常用钢种已经不能完全满足需要，迫切需要研制和应用新型模具钢。

近年，国内研制了近二百种新型模具钢种，如超硬高速W10Mo4Cr4V3A1、W6Mo5Cr4VsiA1Nb等；强韧耐磨钢7Cr7Mo2V2Si、Cr8MoV2Ti等；高速钢基体钢65W3Mo2Cr4VNb、5OMo3Cr4SiMnAl等；中碳超高强度钢4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3MoMnVNbB等；时效钢25Cr3NiMoAl、10Ni3MnCuAl等；火焰淬火钢7CrSiMnMoV、7Cr2 SiMnMoV TiRe等；易切削模具钢8Cr2MnWMoVS、5CrNiMnMoVSCa等。

也引进了国际通用的几种美国钢号，如D2（Cr12MolV1）、H13（4Cr5MoV1Si）、P20（3Cr2Mo）等。

新钢种满足了模具较高力学性能、特殊工艺性能和特殊使用性能的需求，解决了模具设计、加工、使用中的一些困难，大幅度进步了模具使用寿命，带来十分明显的经济效益和社会效益，对产业发展和少、无切削工艺广泛应用起了极大促进作用。