模具彈簧材料選用(yòng)、熱處理與使用壽命_新聞動态_日本(běn)大同(tóng)彈簧,株式會社,福建彈(dàn)簧,大同彈簧,模具彈簧

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模(mó)具彈簧材料選用(yòng)、熱處理與使用壽命

發布日期：2013-08-14 18:27

模具彈簧材料選用、熱處理與使用壽命(mìng) 作者：佚名文章點(diǎn)擊數： 989 模具材料選用、熱處理與使用(yòng)壽命　從5個方面評述了模具技術：①影響模具使用壽命的基本因素；②模具的服役條件、失效方式及對模具用(yòng)鋼的性能要求；③模具鋼力學性能指标的評述；④模具(jù)鋼的發展與選用；⑤模(mó)具的熱(rè)處理與工藝優化。特别強調了模(mó)具鋼的選用、熱處理(lǐ)及新型模具鋼的開(kāi)發與模具(jù)使用壽命的關系。關鍵(jiàn)詞：模具壽命　冷作模具　熱作(zuò)模具　塑料模具　模具用鋼　模具(jù)熱處理 Selection and Heat Treatment of Die Materials and Service Life of Dies Zhou Jingen（School of Materials Science and Engineering， Xi′an Jiaotong University，Xi′an 710049）【Abstract】 In this paper the die technology was evaluated from the following five aspects：①fundamental factors influencing service life of dies，②service conditions，failure models of dies and property requirement to die steels，③evaluation on mechanical property parameters of die steels，④development and selection of die steels，⑤heat treatment and technology optimization of dies．The emphasis was laid on the selection and its heat treatment of die steels，and the development of new die steels and their influences on service　life　of　dies． Key　words：service life of dies，cold forming dies，hot forming dies，dies for plastics forming，die steels，heat　treatment　of　dies 　　我國現有模具生産廠(chǎng)點約17000餘家，從業人員約50萬(wàn)人，年産值達200億元左右；商品模具約占1／3，其餘為自産自用。從模具市場看，處于供不應(yīng)求的狀态，特别是精密、大(dà)型、複(fú)雜、長壽命模具，缺口更大［1］。　　國内模具市場主要集(jí)中在汽車、摩托車、家電、電子産品、通(tōng)訊設備和儀器儀(yí)表(biǎo)等行業。另外、通訊設備、PVC門窗和上下水管道及管接(jiē)頭、鋁(lǚ)型材(cái)加工等都将成為模具的(de)重要市場。　　面對(duì)如此巨大的模具市場，努力縮短模具的生(shēng)産(chǎn)周期、提高模具(jù)的質量、延長(zhǎng)模具的壽命(mìng)直接和間接帶來的社會效益和經濟效(xiào)益是難以估量的。模具的質量包括模具的精度、表(biǎo)面光(guāng)潔度和模具壽命3個方面。模具的精度和光潔度主要由機加工決定，而模具的壽命取決于設計、加工(gōng)、材料、熱處理和使用(yòng)操作等多個因素，其中材料和(hé)熱處理是影響模具使用壽命(mìng)最重要的(de)内在因素(sù)。　　本文拟從以下5個方(fāng)面評述模具技術：　　（1）　影(yǐng)響模(mó)具使用壽命的基本因素；　　（2）　模具的(de)服(fú)役條件、失效方(fāng)式及(jí)對模具用鋼(gāng)的性能(néng)要求；　　（3）　模具鋼力學性能指标的評述；　　（4）　模(mó)具鋼的發展與選用；　　（5）　模具的熱處理與工藝優化。 1　影響模具使用壽命的(de)基本因素［2］　　模具結構設計、模具材料、冷熱加工(gōng)工藝、熱處理、研(yán)磨、機床的調整與操作、被加工材料的性質與狀态、潤(rùn)滑條(tiáo)件及模具的服役環境是(shì)影響模具使用壽命的八大基本因素。 1.1　結構設計　　不合理的結構設計往往是造成模(mó)具早期失效和熱處理變形開裂的重要因素。模具的結構設計應盡量避免尖銳的圓角和(hé)過大的截面變化。尖銳圓(yuán)角引起的應(yīng)力集(jí)中可高達平均計算應力的10多倍。當(dāng)由于(yú)模具結構的要求，尖銳圓角不允許消除時，可将整體(tǐ)結構改成組(zǔ)合式或将圓角的(de)加工放在最終熱(rè)處理後進行。如内四方頭螺栓，原設(shè)計用冷镦模镦制，使用壽命500件(jiàn)，在沖頭圓角過渡應(yīng)力集中部位折斷；後來改進設計，加大圓(yuán)角過渡(dù)部位的半徑，由R＝0.127mm增大到0.381～0.5mm，壽命提高到12000～27000件，仍在圓角過渡處斷裂失效；第二次改進設計(jì)成組合(hé)式，壽命提高到100，000件，最終(zhōng)以磨損失效［3］。為防止熱處理變形與(yǔ)開裂，截面尺寸力(lì)求均勻，形狀力求對稱而且簡單，盲(máng)孔盡量開成通孔，必要時(shí)可開工藝孔，對于形狀複雜易變形開裂的模具可改成組合式(shì)。 1.2　模具材料與熱處理　　模具材料對模(mó)具壽命的影響反映在模具材料的選擇是否正确、材質是否良好和使(shǐ)用是否合理3個方面(miàn)。選材時必須兼顧模具使用性(xìng)能要求(qiú)。對于冷沖模應主要考(kǎo)慮鋼的強度、韌性和耐磨性。強度與韌性以及韌性與耐磨性之間往(wǎng)往此消彼長。當模具的(de)主要失(shī)效方式是脆性(xìng)開裂時可考慮選(xuǎn)擇強度較低但韌性更好的(de)材料或制訂合理的熱處理工藝(yì)以改善鋼的韌性，亦(yì)可根據實際情況選(xuǎn)擇同時具有高強(qiáng)度與高韌性的高級合金鋼。從兼顧韌性(xìng)和耐磨性的角度除了整體合理選材外，亦可考慮在保證韌性的同時，采用合理的(de)表面處理以改善模(mó)具的耐磨性。塑料模(mó)具鋼選用時(shí)要兼顧其在塑料成形溫度下的強度、耐磨性和耐(nài)蝕性，同時還應考慮其加工性能和鏡(jìng)面度。　　熱處理不當是導緻模具早期失效(xiào)的重要因素。熱處理對模具壽命的(de)影響(xiǎng)主要反映在(zài)熱處理技術要求(qiú)不合理和熱處理質量不良兩個(gè)方面。統計資(zī)料表(biǎo)明，由于選材(cái)和熱處(chù)理不當，緻使模具早期失效的(de)約占(zhàn)70％。這個問題在第4節和第(dì)5節中另行讨論。 1.3　冷(lěng)熱加工工藝　　鍛造和機加工對模具壽命的影(yǐng)響(xiǎng)，常常被人們忽略，不正确的(de)鍛造和機加工往往成為(wéi)導緻(zhì)模具早(zǎo)期失效的關鍵。以Cr12MoV鋼為例，該鋼是(shì)國内(nèi)最常用的冷作模具(jù)鋼之一，屬于高碳高鉻萊氏體鋼，含有大量的一次和二(èr)次碳化物(wù)，偏析很大。因此，改善其碳化物分布(bù)狀況(kuàng)成為提高模具壽命的重要環節。表1為碳化物級别對Cr12MoV鋼力學性能的影響。　共晶網狀碳化物(wù)難以通過熱處理消除，必須通過鍛造使其細化并(bìng)均勻化。國标(biāo)中對網(wǎng)狀碳化物級别(bié)要求較寬，實際使用中，需要重新改(gǎi)鍛，使其達到≤2級的碳化物的要求。為此需要對鋼坯從不(bú)同方向上進行多次镦粗和拉拔，并應按“二輕一重”法鍛造。即坯料加熱到1100～1150℃始鍛時，要輕擊，防止鍛裂；在1000～1100℃溫度區内要重擊以保證(zhèng)擊碎碳化(huà)物；在1000℃以下因鋼料塑性降低要再度輕擊，防止出現内裂紋，并确保最後(hòu)形成的碳化物排列(liè)方向垂直于模具的工作面，終鍛溫(wēn)度850～900℃。鍛造比一般控制在2～2.5。利用鍛後餘(yú)熱淬火，低溫回火，可獲得隐針馬(mǎ)氏體加細小彌散(sàn)分布的碳化物和少量殘留奧氏體，可大幅度提高模具的使用壽命。　　不正确的機加工可能在(zài)以下3個方面導緻模具早期(qī)失效(xiào)：①不當的切削，形(xíng)成尖銳圓角或過小的圓(yuán)角半徑(jìng)時常(cháng)常(cháng)造成應力集中，使模具早期失(shī)效；②表面光潔度不夠，存在不允許的刀痕，常常使模具因早期疲勞破壞而失效；③機加工沒有(yǒu)完全均勻地去除軋制和鍛造形成的脫碳層，緻使模(mó)具熱處(chù)理後(hòu)形成(chéng)軟點和過大的殘餘應力(lì)導緻模具早期失效。 1.4　磨削(xuē)和電火花加工　　磨加工可能導緻金屬(shǔ)表面局部過熱，産生(shēng)高的表面殘餘(yú)應力以及組(zǔ)織變(biàn)化等，其結果可能導緻(zhì)磨削裂(liè)紋的産生。常見的磨(mó)削缺陷有，磨削速度(dù)過快引起(qǐ)金(jīn)屬燒傷；用鈍的或重載(zǎi)砂輪磨削或使用過細的砂輪和冷卻劑使用不當(dāng)引發的磨削裂紋。細小的磨削裂紋難于用肉眼觀察，需(xū)用磁粉探傷或稀(xī)硝酸冷侵蝕方能顯示。輕的磨削裂(liè)紋常垂(chuí)直于磨削(xuē)方向平行分布，嚴重(zhòng)的磨削裂紋呈(chéng)龜裂狀。這些磨(mó)削裂紋即使可以通(tōng)過輕磨予以去除，但危害(hài)猶存(cún)，常導(dǎo)緻模具在服役中早期失效。　　電火花加工常(cháng)常(cháng)作為模(mó)具的最後加(jiā)工工序。電火花加工可(kě)在淬火(huǒ)回火模具的表面形成淬火(huǒ)馬氏體的白亮層，由于高碳馬氏(shì)體的(de)固有脆性和顯微裂紋的存在，往(wǎng)往導緻模具早期(qī)開裂失(shī)效(xiào)。另外，電火花加工可在模(mó)具表面形成不良的殘餘應力，降低了模具的使用壽命。 1.5　機床的調整與操作　　材質優良、結構設計正确、冷熱加工良(liáng)好、熱處理合理的模具(jù)，由于(yú)機床調整(zhěng)和使用操作(zuò)不當，仍然可能在服役過程中早期失效。機床調整和操作(zuò)因素(sù)包括機床的精(jīng)度、剛性(xìng)、間隙調整、定位不(bú)準和偶然過載等。認真對待這些因素，将有助于發(fā)現模具失效的(de)真正原因，生産上模具壽命的較(jiào)大波動，常常與機床(chuáng)調整和使用操作因素有關(guān)，必須給予足夠重視。　　除了上述(shù)因素外，模(mó)具的潤滑(huá)條件和被加工材料的材質、硬(yìng)度、尺寸以及端面平直度等外在因(yīn)素，也都會影響模具的使用壽命。 2　模具的服役條件、失效方式及對模具(jù)鋼性(xìng)能的要求 2.1　冷镦模　　冷镦是一種(zhǒng)冷鍛工藝(yì)，憑借镦鍛模在一(yī)次或多次沖擊下(xià)将坯料的(de)部(bù)分金屬加工(gōng)成特定的截面形狀。坯料主要是線材或棒料。冷镦被(bèi)廣泛地用于生産緊固件，如螺釘和(hé)鉚釘等。适合冷镦的材(cái)料有低碳鋼絲(sī)或棒材（75～78HRB）、銅和銅(tóng)合金、鋁和(hé)鋁合金、不鏽鋼及含碳量低于0.44％的中碳鋼絲（球化退火）。冷镦模(mó)分為凸模（或錘頭）與凹模，凹模又有整體凹模與開(kāi)式凹模之分，整體凹(āo)模可以由(yóu)一種材料制造，也可以采(cǎi)用兩種材(cái)料，中心型腔部分采用不同材料制成凹模鑲塊。開式凹模由表面帶槽的兩件(jiàn)模塊組成，兩件模(mó)塊組合在一起形成模膛。在(zài)模塊(kuài)的不同表面開槽，然(rán)後通過翻轉模塊可組成多(duō)個新型槽。　　冷镦模具表面要求高硬度（≥60HRC），硬材(cái)料的冷镦模具要整體淬硬，以防壓塌；在保證不堆塌的前(qián)提下，為了使模具有足夠(gòu)的韌性，防止開裂，冷镦模具的心部硬度以40～50HRC為(wéi)宜(yí)。　　常用的冷镦模具鋼有T10A、9SiCr、9Cr2、Cr12MoV等，凹(āo)模(mó)鑲塊可用Cr12MoV、W6Mo5Cr4V2、WC（含13%～25％Co）、W18Cr4V鋼制造，形狀複雜、沖擊大(dà)的凸模可采用耐沖擊鋼5CrW2Si、60Si2Mn和基(jī)體鋼。 2.2　冷擠(jǐ)壓模　　冷(lěng)擠壓分為正擠壓、反擠壓和複合擠壓。冷擠壓沖頭承(chéng)受較大的動載荷(hé)，為防止模具早期疲勞失效，應避(bì)免過大的應力集中，并應注意沖頭的穩定性，沖頭的長徑(jìng)比（L∶D）不能過大(dà)，擠壓鋼件時，L∶D≤3∶1，擠(jǐ)壓銅及其合金L∶D≤5∶1，擠壓鋁及(jí)其合金L∶D≤10∶1。當模具承受的應力超(chāo)過材料的σ0.2／2時，凹模需加預應力環，凹模與(yǔ)預應力環(huán)之間可采用錐度（0.5°～1°）配(pèi)合或熱壓配合（紅套）。　　低中碳鋼的冷擠(jǐ)壓模具要求有高的硬度（59～66HRC），高的(de)抗壓屈服強度和适當(dāng)的韌性。常用的模具材料有Cr12MoV、Cr12Mo1V1、W6Mo5Cr4V2鋼和基體鋼等，内預應力環常采(cǎi)用4Cr5MoVSi、4Cr5MoV1Si鋼（46～48HRC），外預(yù)應力環通常用4Cr5MoVSi、5CrNiMo等鋼制造。　　鋁(lǚ)合金冷擠壓模可采用T7A、T10A、Cr12、Cr12MoV、GCr15、9SiCr和CrWMn等鋼制造。 3　模具鋼力學性能指标的評述　　冷作模具要求材料具有高的(de)強度、良好的塑性和韌性及耐磨(mó)性；熱作模具用鋼要求在工作溫度下保持高(gāo)的強度和韌性、良好的抗燒蝕性、熱穩定性和優良的熱疲勞抗力。問題是用什麼指标來評(píng)價上述性能指标？冷作模(mó)具鋼一般含碳量較高，通(tōng)常在回火(huǒ)馬氏體加碳化物組織狀态下使用(yòng)，脆性大。常規拉伸試驗時(shí)，往往(wǎng)在彈(dàn)性範圍内即發生斷裂，測不出模具鋼的塑性。工程(chéng)上常采用其他試驗方法評定(dìng)鋼的力(lì)學性能。文獻［5］選擇常用的冷變形(xíng)工模具鋼，測定了其拉伸、彎曲、扭轉、壓縮、一次沖擊、斷裂韌度和沖(chòng)擊疲勞(láo)性能，對其強度、塑性、韌度指标及與(yǔ)模具壽命關系進(jìn)行了綜(zōng)合評(píng)述。 3.1　強度　　結構鋼最重要的強度指(zhǐ)标是拉伸強度極限σb和屈服極(jí)限σ0.2。對于高強度低塑性冷作模(mó)具鋼拉伸試驗用得較少，其原因是(shì)大圓弧拉伸試(shì)樣難以加工并且數據散亂性也比較(jiào)大。工程上通常根據模具的服役條(tiáo)件選用彎曲、扭轉或壓縮試(shì)驗測得(dé)的σbb、σbs、τb、τs、σcs作為冷作模(mó)具(jù)鋼強度的表征參量。　　在上述這些強(qiáng)度指标(biāo)中，習慣上(shàng)容易想到強度極限指标如σbb、τb等。然而，強(qiáng)度極(jí)限不是一個獨立的力學(xué)性(xìng)能指标，它既取決于屈服極限的(de)高低，又取決于形變強化指數和形變強化容量（塑性）的大小。本質(zhì)上冷作模具鋼的強度指(zhǐ)标應該是用不同試驗方法測(cè)得的屈服極限。圖1比較了各種鋼的強度極限與屈服極限。由圖1可以看出，各鋼種用(yòng)同一試驗方法測得的強度極限和屈(qū)服極限差别不大，不超過30％。值得(dé)指出的是盡管試驗方法不同，但各鋼種的屈服極(jí)限卻具有相同(tóng)的變化規律，即鋼的σbs高(gāo)，則(zé)τs、σcs和σs也(yě)高，而強度極限則不同(tóng)。這(zhè)反映了屈服極限是材料(liào)的基本(běn)性能指标，它代表(biǎo)材料微量塑性變(biàn)形的抗力。而強(qiáng)度極限(xiàn)作為強度表(biǎo)征參量的物理意(yì)義則不夠明确。從工程應用的角度，要保證批量生産的(de)被加(jiā)工零件的精度(dù)，模具本身(shēn)除了(le)要求具有較高(gāo)的尺寸精度外，使用中不(bú)允許發生(shēng)過量的塑性變形，故模具的設計應力不得超過材料的屈服強度。從這(zhè)個意義來說，屈服極限比強(qiáng)度極限有更重要的工程意義。圖1　冷作模具(jù)鋼的強度極限與屈服極限 1.　T8鋼　2.　T10鋼　3.　GCr15鋼　4.　W18Cr4V鋼 5.　6CrW2Si鋼　6.　6Cr4Mo3Ni2WV鋼 3.2　塑性　　塑性與(yǔ)加載方式有關(guān)。對于高碳(tàn)高強度的冷作模具鋼，通常用彎曲和扭轉試驗測得的總彎曲撓度（ft）和扭轉角（φt）表征其塑性。然而ft和φt反映了材料(liào)在彎曲和扭轉應力作用下斷裂(liè)前(qián)最大(dà)變形能力，它包(bāo)括彈(dàn)性變形能力和塑(sù)性變形能力兩部分。因(yīn)此，通常采(cǎi)用彎曲塑(sù)性撓度fp、塑性扭轉角φp、壓縮(suō)相對變形ε和拉(lā)伸斷面收縮率ψ作為工模具鋼(gāng)的塑性表征參量。試驗(yàn)結果示于圖2中。與(yǔ)強度(dù)指标相比，各鋼種的塑性變化幅度較大。例如(rú)，6CrW2Si和W18Cr4V鋼的(de)φp和fp相差幾十(shí)倍(bèi)，前者的ψ值高達13.4％而後者ψ為零。與屈(qū)服極限相同，用不同方法測得的各鋼種塑性參量也具有相同的(de)規律，不因應力狀态的變化而變化。圖2　冷作模具鋼的塑性(xìng) 1.　T8鋼　2.　T10鋼　3.　GCr15鋼　4.　W18Cr4V鋼 5.　6CrW2Si鋼　6.　6Cr4Mo3Ni2WV鋼 3.3　韌(rèn)性　　工模具鋼的韌性(xìng)可用不同的參量描述。Grobe等人(rén)用材(cái)料彎曲試驗的塑性撓度fp和屈服(fú)極限σbs的大小這兩個參量表征鋼的(de)韌性(xìng)［6］。Weigand提出用靜彎曲和靜扭轉試驗測得的塑(sù)性功的大小作為韌性的表征參量［7］。Seabright論述(shù)工模(mó)具鋼的韌性時(shí)，主要指一次無(wú)缺口沖擊值和扭轉沖擊值［8］。近年來，關于斷裂韌度在工模(mó)具(jù)上的應用也受(shòu)到了廣泛的關注(zhù)［9，10］。從工程應用的角度，上述韌(rèn)性指(zhǐ)标(biāo)作為防止工模具斷裂的抗力指标有很大的局限性。若用靜彎曲或靜扭轉測得的塑性(xìng)功表(biǎo)征鋼的韌性并借此選擇(zé)材料和制訂工藝，可(kě)能導緻錯誤的結論。試驗表明，盡管6CrW2Si鋼的(de)彎曲總功和塑性變形功分别為W18Cr4V鋼的2.3倍和9.8倍，但(dàn)在(zài)較低的沖(chòng)擊應力下（沖擊能量(liàng)＝3.27N.m和1.83N.m），前者的沖擊破壞(huài)周次卻隻有後者的40％～70％。　　斷裂韌度作為防止冷變形工模具斷裂的性能指标(biāo)有一定局限性。工模具都是用軋制(zhì)鋼材，經鍛(duàn)造和嚴(yán)格(gé)的機加工以後(hòu)成型的(de)，表面缺陷小而少，雖然材料本身的夾雜物和(hé)第二相可以看做為一種缺陷，但是大多數冷(lěng)作模具的斷裂不屬于一次或少周次載荷作用下的脆斷而是疲勞斷(duàn)裂，疲勞裂(liè)紋的萌生和早(zǎo)期(qī)擴展占據總壽命的80％以上。KIC是一個防裂紋體脆斷的指(zhǐ)标，它對抗疲勞斷裂的貢獻主(zhǔ)要表現在影響極限(xiàn)裂紋的深度，它不能用作冷(lěng)作模具(jù)的主要失效抗力指标。試驗結果表明，雖然W18Cr4V鋼的沖擊韌度（KIC＝16.8MPa.m1／2）比6CrW2Si鋼（KIC＝26MPa.m1／2）低35％，但它們的沖擊疲勞壽命卻與此無對(duì)應關系。　　由于一次擺錘沖擊試驗和扭轉沖(chòng)擊試驗不能反映模具的(de)實際服役條件(jiàn)，故用做冷作模具斷(duàn)裂失效抗(kàng)力指标也是不合理的。但是由(yóu)于試驗(yàn)方法簡單易行，并且沖擊扭轉試驗對(duì)鋼的組織比(bǐ)較敏感，所以這兩種試驗方法在工模(mó)具鋼的研究中仍(réng)被廣泛地采用着。　　圖3對比了(le)6種鋼的KIC、彎曲功、扭轉功和一次無缺(quē)口沖擊能。由圖2和圖(tú)3可以看出，各鋼種對應的塑性和韌性表征參量具有相同的變化規律。表明冷變形工模具鋼韌性的(de)大小(xiǎo)在很大程度上反映了相應應力狀态下鋼的塑性(xìng)。這是因為冷作模(mó)具鋼的強度變化幅度小，塑性變化(huà)幅度大的緣故。圖3　冷作模具(jù)鋼的韌性 1.　T8鋼　2.　T10鋼　3.　GCr15鋼 4.　W18Cr4V鋼　5.　6CrW2Si鋼　6.　6Cr4Mo3Ni2WV鋼 3.4　沖擊疲勞抗力及其與強度、塑性和(hé)韌性的關系　　圖4和(hé)圖5比較了6種(zhǒng)鋼的(de)沖擊疲(pí)勞抗力。由圖1至圖5可以(yǐ)看出，任何單一的靜載(zǎi)力學性能指标(biāo)都不能(néng)全面反映鋼的沖擊疲勞抗力，這是因為後者不是一個單(dān)純的強度指标或單純的塑性指标，而(ér)是一個要求強度和塑(sù)性(xìng)合理配合的抵抗循環沖擊載荷的指标。沖擊載荷較低時（1.83N.m），鋼(gāng)的沖擊疲勞壽命主要取(qǔ)決于強度；沖擊載荷較(jiào)高（沖擊能量(liàng)＝3.95N.m）時，各鋼(gāng)種的沖擊疲勞壽命又主要(yào)由塑(sù)性（彎曲fp）的大小所決定。因此，在(zài)選用工模具材料和進行熱處理工藝變革時，外載(zǎi)荷較低時應主要考慮材料的強度指标；外載荷較高時，應當在保證一定強度水平前(qián)提(tí)下，努力提高材料的塑性。圖4　冷作模具(jù)鋼的沖擊疲勞抗力圖5　冷作模具(jù)鋼(gāng)的沖擊疲(pí)勞壽命 1.　T8鋼(gāng)　2.　T10鋼　3.　GCr15鋼 4.　W18Cr4V鋼　5.　6CrW2Si鋼　6.　6Cr4Mo3Ni2WV鋼 4　模(mó)具鋼的(de)發展與選(xuǎn)擇［12］　　我國各類(lèi)模具鋼、低熔點(diǎn)合金、鋼結硬質合金、高溫合金等新型模具材料有70餘種。在GB　1299—85合金工具鋼國家(jiā)标準中，列入了33個鋼(gāng)種，在JB／T6058—92沖模用鋼及(jí)其熱處(chù)理技術條(tiáo)件中，收入新鋼種5個。基本上形成了具有我國特色(sè)的模具用材體系。标(biāo)準中(zhōng)Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9SiCr、5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V和60Si2Mn等鋼種是(shì)模具生産中應用較多的材料，約占(zhàn)80％。20、45、38CrMoAlA、T7A、T8A、T10A和T12A鋼等材料多用(yòng)于工作負荷低，要求不高的模具和(hé)模架。W18Cr4V鋼和W6Mo5Cr4V2鋼用于工作負荷大、要求較高的模具［13］。近年來，随着模具工業的發展，我國又自行開發研制了一些新型模(mó)具鋼，主(zhǔ)要的幾種列于表2中。 4.1　冷作模具鋼 4.1.1　火(huǒ)焰淬火鋼　近年來(lái)，針對覆蓋件沖模，特别是大型鑲塊模具的加工和熱處(chù)理問題，國外，主要是日本，開發了Si-Mn系列的含碳(tàn)量為(wéi)0.6％～0.8％的中合(hé)金(jīn)火焰淬火鋼。我國的(de)7CrSiMnMoV火焰(yàn)淬火鋼(gāng)與日本的SX105V鋼成分相同。淬火時可用火焰加熱(rè)模具刃口切料面，淬火前需對模具進行預熱（預(yù)熱溫度180～200℃），該鋼淬火溫度範圍較寬（900～1000℃），對模具刃口施行局部火焰加(jiā)熱，硬化層的硬度與整體淬火相近，表層具有殘餘壓應力，硬化層下又有高韌性的基體，減少了刃口開裂、崩刃等(děng)早期(qī)失效的發生，提高(gāo)了(le)模具壽命(mìng)。該類鋼的另一特(tè)點是淬火變(biàn)形小，一般(bān)隻有0.02％～0.05％，故可(kě)以在機加工完成後采用氧乙炔噴槍等(děng)工具對模具工作部位火焰加熱空冷淬火和火焰(yàn)加熱(rè)回火後直接使用。 4.1.2　基體鋼　基體鋼是(shì)指在高速鋼淬火組織基體化學成分(fèn)基礎上，添加(jiā)少(shǎo)量其它(tā)元素，适當增減碳含量，使鋼的(de)成分與高速鋼(gāng)基體成分相同或相近的一類工模(mó)具鋼。這類(lèi)鋼由于(yú)去除了大量(liàng)的過剩碳化物，因此，與高速鋼相比，其韌性和疲勞強度得到了大幅度的改善(shàn)，但又保持了高速鋼的(de)高強度、高硬度、紅硬性和良(liáng)好的耐磨性。表2中(zhōng)列出了5種基體(tǐ)鋼(gāng)。以65Nb鋼為例，該鋼的(de)成分與M2高速鋼淬火(huǒ)組織中基體成分相當，但含碳量提高到0.65％，使其(qí)具有一定數量的一次(cì)碳化物，因而改善了耐磨性，除了(le)Cr、W、Mo、V這些高速鋼的(de)通用(yòng)元素外，還加入0.2％～0.35％Nb，Nb在(zài)鋼(gāng)中形成穩定的NbC，并可溶入MC和M6C碳化(huà)物中，增加了碳化物的穩定性，一方面延緩(huǎn)了淬火加熱時碳化物(wù)的溶解速度，阻止了晶(jīng)粒長大，另一方面降(jiàng)低了奧氏體中(zhōng)的碳(tàn)含量，增加了闆條(tiáo)馬氏體的數量，因而該(gāi)鋼具有良(liáng)好的綜合力學性能，被廣泛用于(yú)制作冷擠壓、冷镦、冷(lěng)沖模具。