我国模具材料与模具热处理研究进展

时间：2013-04-23 17:59:28 来源：武汉华中科技大学模具技术与成形模拟国家重点实验室作者：崔崑

崔崑

武汉华中科技大学模具技术与成形模拟国家重点实验室

五十年代，我国模具用钢全部因袭国外钢号。进入六十年代，为了节约原材料和提高毛坯精度，少无切削工艺和精密成形技术有了迅速的发展，为了提高生产效率，采用了许多高效压力加工设备，锻锤逐渐被压力机替代。原用模具钢的性能常不能满足服役条件对性能的高要求，影响了模具的使用寿命和压力加工新工艺新设备的推广应用。七十年代末，精密及大型工程塑料制品的使用日益广泛，对塑料模具用钢的需求量急剧增加，对塑料模具钢的性能也提出了新的要求，而我国当时尚无塑料模具专用钢。

六十年代以来，在国家有关部委的支持下，中国科技工作者结合国情，开发出不少新模具钢，其中一些使用性能优异、工艺性能也比较好的新钢种受到模具制造和使用单位的欢迎。在此期间也引进了一些国外通用的钢号，其中有些钢号通过生产试用，取得良好的效果[1]。对一些使用效果较好的冷作模具钢和热作模具钢，有关部门还分别组织了性能对比试验研究，提出了选择和应用的建[2，3]议。为满足高耐磨、长寿命模具的需要，五十年代末，我国硬质合金有了迅速的发展，同时也开发了多种钢结硬质合金，用做模具取得良好的效果。

本文分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢、硬质合金和钢结硬质合金、模具热处理、展望和建议六部份论述。

1 冷作模具钢

目前我国常用的冷作模具钢仍是低合金工具钢CrWMn和高碳高铬工具钢Cr12MoV及Cr12这些老的钢号。CrWMn钢有适当的淬透性和耐磨性，热处理变形小，但CrWMn钢锻后需较严格地控制冷速，并采用适当的热处理，使碳化物呈均匀细小的粒状，分布于基体上，否则易形成网状碳化物，导致模具在使用中的崩刃和开裂。高碳高铬工具钢有高的耐磨性，但其碳化物偏析较严重，导致变形的方向性和强韧性的降低。通过反复镦拨可在一定程度上改善其偏析程度。

1981年，我国引入国际通用的高碳高铬工具钢D2(Cr12Mo1V1)。和Cr12MoV钢相比，D2钢的碳化物偏析较之Cr12MoV略有改善，强度与韧性稍有提高，D2钢制作的模具，其使用寿命亦有不同程度的提高[4]。高速钢（主要是W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V）有更高的耐磨性和强度，常用于制作模具，但其韧性不能满足复杂大型和受冲击负荷大的模具的需要。

为了改善这类钢的强韧性，我国开发了一些新的冷作模具钢，如：

1.1 低合金冷作模具钢

这类钢的主要特点是工艺性好，淬火温度低，热处理变形小，强韧性好，并具有适当的耐磨性。如GD(6CrMnNiMoVSi)、7CrSiMnMoV（简称CH）、DS钢等。GD钢用于制作易崩刃、断裂的冷冲模具有高的使用寿命[5]。CH钢的成分与日本的SX105V钢相同，是一种火焰淬火钢，常用于制做汽车等生产线上用的模具零件，火焰淬火时加热模具刃口切料面，硬化层下又有一个高韧性的基体做衬垫，从而使模具获得较高的使用寿命[3[。DS钢是一种冲击冷作模具钢，其冲击韧性显著优于常用的高韧性刀片用工具钢6CrW2Si[6]。

1.2 基体钢

基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体化学成分相同的钢。美国、日本在七十年代初即研究过牌号为Vasco MA、Vasco Matrix I和MOD2的基体钢，相当于M2和M36高速钢的基体，但未得到广泛的使用。我国研制了一些基体钢，如65Cr4W3Mo2VNb（简称65Nb）、65W8Cr4VTi（简称LM1）65Cr5Mo3W2VSiTi（简称LM2）钢等。这些基体钢的主要特点是其含碳量稍高于基体的含碳量，以增加一次碳化物量和提高耐磨性，还加入少量的强碳化物形成元素铌或钛，以形成比较稳定的碳化物，阻止淬火加热时晶粒的长大并改善钢的工艺性能。这类基体钢已较广泛地用于制作冷挤压、厚板冷冲、冷镦等模具，特别适于难变形材料用的大型复杂模具，还可用做黑色金属的温热挤压模具[7]。

1.3 韧性较高的耐磨冷作模具钢

为了改善Cr12型冷作模具钢的碳化物偏析，提高其韧性，并进一步增加钢的耐磨性，我国做了大量的研究工作，开发出不少新的钢种，如 LD[8]、ER5[9]和GM[10]钢等。在这些钢中，适当降低了铬含量以改善碳化物偏析，增加钨、钼和钒的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性。与Cr12型冷作模具钢比较，这类钢的碳化物偏析有所改善，有较高的韧性。这类钢比Cr12型冷作模具钢有更好的耐磨性，因而制做的模具有更高的寿命，更适于高速冲床和多工位冲床的使用。