冷作模具鋼

冷作模具鋼是指在冷態下用于金屬變形或成型的模具鋼。最常用的特種冷作模具鋼是Crl2鋼，其碳含量為1.45%～2.30%，含鉻量為11%～13%

由于冷作模具大多在室溫下工作，材料的塑性變形抗力大，模具的工作應力大，工作條件苛刻一般來說，這類模具的性能要求高硬度和耐磨性、足夠的強度、適當的韌性。

因此，冷作模具鋼通常由高碳組成，以滿足高硬度和高耐磨性的需要。如果為了提高模具的抗沖擊性能，需要增加韌性，可以選用中碳鋼，也可以用熱作模具鋼代替。

在冷作模具鋼中加入合金元素，主要是為了提高淬透性和耐磨性對于具有高耐磨性要求的模具，通常添加碳化物形成元素，如鉻、Mo、W、含釩和其他元素的多元合金鋼。

從鋼種上考慮，冷作模具鋼多為過共析鋼和萊氏體鋼，一般屬于工具鋼范疇。

1．冷作模具鋼的性能

1)較高的耐磨性

冷作模具在工作時，表面與毛坯之間有許多摩擦在這種情況下，模具必須保持低表面粗糙度值和高尺寸精度，以防止早期失效。

由于模具材料的硬度和顯微組織是影響模具耐磨性的重要因素，為了提高冷作模具的耐磨性，通常要求模具的硬度比工件的硬度高30%～50%材料的組織為回火馬氏體或下貝氏體，均勻分布在其上、細粒狀碳化物。為達到這一目的，鋼中碳的質量分數一般為0.60%以上。

2)高強度和韌性

模具的強度是指模具零件在工作過程中抵抗變形和斷裂的能力。強度指標是冷作模具設計和選材的重要依據，包括拉伸屈服點、壓縮屈服點等。屈服點是衡量模具零件塑性變形抗力的指標，也是最常用的強度指標。為了獲得高強度，在模具制造過程中，模具材料的韌性應根據模具的工作條件來確定對于沖擊負荷大的模具，如冷作模具的沖頭，、冷鐓模具等，因為沖擊負荷大，需要高韌性。對于一般工況下的冷作模具，通常承受較小的能量和多次沖擊載荷，模具的失效形式為疲勞斷裂，因此模具沒有必要具有太高的沖擊韌性。

3)較強的抗咬合性

咬合阻力實際上是正確的事情“冷焊”的抵抗能力。通常，在干摩擦條件下，將待測模具鋼樣品與具有咬合傾向的材料混合（如奧氏體鋼）進行等速雙摩擦運動，在一定速度下逐漸增加負載，扭矩也會相應增加。

當載荷增加到某一臨界值時，扭矩突然急劇增加，這就意味著發生了咬合這種負荷被稱為“咬合臨界載荷”臨界負荷越高，抗咬合能力越強。

4)受熱軟化能力

熱軟化能力反映了載荷下溫升對冷作模具鋼硬度的影響、變形阻力和耐磨性的影響。軟化溫度是表征冷作模具鋼抗軟化性能的主要指標（℃）和二次硬化硬度（HRC）

2．冷作模具鋼的技術性能要求

冷作模具鋼的工藝性能直接關系到模具的制造周期和成本。冷作模具鋼的工藝性能要求主要包括鍛造工藝、切削工藝性、熱處理工藝性等。

1)鍛造工藝性

鍛造不僅減少了模具材料的加工余量，節約了鋼材，而且改善了模具材料的內部缺陷，如碳化物偏析、減少有害雜質、改善鋼的顯微組織等。

為了獲得良好的鍛造質量，對可鍛性的要求是熱鍛的低變形抗力、塑性好、鍛造溫度范圍寬，鍛造裂紋、冷裂和網狀碳化物析出的趨勢較小。

2)切削工藝性

加工后模具磨損小，表面光滑。冷作模具鋼主要屬于過共析鋼和萊氏體鋼，大部分屬于難切削鋼為了獲得良好的可加工性，必須正確地進行熱處理對于表面質量要求高的模具，可以選擇S、含鈣和其他元素的易切削模具鋼。

3)熱處理工藝性

熱處理過程主要包括：淬透性、淬硬性、耐回火性、過熱敏感性、氧化脫碳傾向、淬火變形和開裂傾向等。

根據冷作模具鋼的性能要求和形狀尺寸，材料的選擇如下。

1)工作時受力不大、形狀簡單、較小的模具可以用碳素工具鋼制造。

2)工作時受力一般、低合金工具鋼可用于形狀復雜或尺寸較大的模具（如9Mn2V、9SiCr、9CrWMl3、CrWMn、Cr2等）制造。

3)工作時受力大，要求耐磨性高、高淬透性、變形量小、形狀復雜的模具多由高碳高鉻鋼制成（Crl2、Crl 2MoV等）制造。已經開發了幾種替代Crl2型鋼的鋼（如Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV等）此外，也可以選擇高速鋼、低碳高速鋼（6W6M05Cr4V等）和基體鋼（化學成分相當于高速鋼正常淬火后的基體成分）來制造這類模具。

4)在沖擊條件下工作，刃口薄的模具采用韌性好的中碳合金工具鋼（如4CrW2Si、6CrW2Si等）制造。

選擇冷作模具鋼時應考慮加工方法、應力狀態、成型物體的材料特性、生產數量、板材厚度等，除了模具的大小和尺寸精度也是一個不可忽視的因素。

低合金工具鋼用于輕負荷或小批量生產（SKS）冷作模具鋼用于重載或大批量生產（SKD）載荷較大時選用高速工具鋼和粉末高速工具鋼。

適用于耐磨場合的冷作模具鋼、適用于抗沖擊場合的高速工具鋼和高合金高速工具鋼為8Cr-2Mo系列模具鋼和基體高速工具鋼。

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