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冷作模具钢

冷作模具钢是指使金属在冷态下变形或成形所使用的模具钢。常用的冷作模具钢是Crl2型钢，其含碳量为1.45%～2.30%，含铬量为11%～13%。

中文名：冷作模具钢 外文名：Cold working die steel 钢材类型：过共析钢、莱氏体钢等

性能要求：耐磨性等 常见类型：Crl2型钢等 学科：冶金学

目录

1 定义 2 性能要求 3 材料的选用 4 选用方法

定义

由于冷作模具多为常温下工作，材料的塑性变形抗力大，模具的工作应力大，工作条件苛刻，综合起来这类模具性能上一般要求高的硬度和耐磨性、足够的强度、适当的韧性。

因此，冷作模具钢通常在成分上以高碳为主，以满足高硬度和高耐磨性的需要。如果为了提高模具抗冲击能力，需增加韧性时，可选用中碳钢，这时可借用热作模具钢来代替。在冷作模具钢中加入合金元素时，主要是为了提高淬透性和耐磨性，对于耐磨性要求高的模具，多采用加入碳化物形成元素，例如Cr、Mo、W、V等元素的多元合金钢。

从钢材类别考虑，冷作模具钢多为过共析钢和莱氏体钢，一般属于工具钢范畴。 [1]

性能要求

1．冷作模具钢的使用性能

1)较高的耐磨性

冷作模具在工作时，表面与坯料之间产生许多次摩擦，模具在这种情况下仍能保持较低的表面粗糙度值和较高的尺寸精度，以防止早期失效。

由于模具材料的硬度和组织是影响模具耐磨性能的重要因素，因此为了提高冷作模具的抗磨性能，通常要求模具硬度加工件硬度30%～50%，材料的组织为回火马氏体或下贝氏体，其上分布均匀、细小的颗粒状碳化物。要达到此目的，钢中的碳的质量分数一般都在0.60%以上。

2)较高的强度和韧性

模具的强度是指模具零件在工作过程中抵抗变形和断裂的能力。强度指标是冷作模具设计和材料选择的重要依据，主要包括拉伸屈服点、压缩屈服点等。屈服点是衡量模具零件塑性变形抗力的指标，也是常用的强度指标。为了获得高的强度，在模具制造过程中，要模具材料的韧性，要根据模具工作条件来决定，对于强烈冲击载荷的模具，如冷作模具的凸模、冷镦模具等，因受冲击载荷较大，需要高的韧性。对于一般工作条件下的冷作模具，通常受到的是小能量多次冲击载荷的作用，模具的失效形式是疲劳断裂，因此模具不必具有过高的冲击韧度值。

3)较强的抗咬合性

咬合抗力实际就是对发生“冷焊”的抵抗能力。通常在干摩擦条件下，把被试验模具钢试样，与具有咬合倾向的材料（如奥氏体钢），进行恒速对偶摩擦运动，以一定速度逐渐增大载荷，此时转矩也相应增大。当载荷加大到某一临界值时，转矩突然急剧增大，这意味着发生咬合，这一载荷称为“咬合临界载荷”。临界载荷越高，标志着咬合抗力越强。

4)受热软化能力

受热软化能力反映了冷作模具钢在承载时温升对硬度、变形抗力及耐磨性的影响。表征冷作模具钢受热软化抗力的指标主要有软化温度（℃）和二次硬化硬度（HRC）。

2．冷作模具钢的工艺性能要求

冷作模具钢的工艺性能，直接关系到模具的制造周期及制造成本。对冷作模具钢的工艺性能要求，主要有锻造工艺性、切削工艺性、热处理工艺性等。

1)锻造工艺性

锻造不仅减少了模具材料的机械加工余量，节约钢材，而且改善模具材料的内部缺陷，如碳化物偏析、减少有害杂质、改善钢的组织状态等。

为了获得良好的锻造质量，对可锻性的要求是热锻变形抗力低、塑性好、锻造温度范围宽，锻裂、冷裂及析出网状碳化物倾向小。

2)切削工艺性

磨损小以及加工后模具表面光洁。冷作模具钢主要属于过共析钢和莱氏体钢，大多数切削加工都较困难，为了获得良好的切削加工性，需要正确进行热处理，对于表面质量要求较高的模具可选用含S、Ca等元素的易切削模具钢。

3)热处理工艺性

热处理工艺性主要包括：淬透性、淬硬性、耐回火性、过热敏感性、氧化脱碳倾向、淬火变形和开裂倾向等。 [2]

材料的选用

根据冷作模具钢的性能要求及形状尺寸，材料的选用有以下几种情况。

(1)工作时受力不大、形状简单、尺寸较小的模具，可用碳素工具钢制造。

(2)工作时受力一般、形状复杂或尺寸较大的模具，可用低合金工具钢（如9Mn2V、9SiCr、9CrWMl3、CrWMn、Cr2等）制造。

(3)工作时受力大，要求高耐磨性、高淬透性、变形量小、形状复杂的模具，多用高碳高铬钢（Crl2、Crl 2MoV等）制造。又发展了几种Crl2型钢的代用钢（如Cr6WV、Cr4W2MoV、Cr2Mn2SiWMoV等），另外，也可选用高速钢、低碳高速钢（6W6M05Cr4V等）和基体钢（化学成分相当于高速钢正常淬火后的基体成分的钢）来制造这类模具。

(4)在冲击条件工作，刃口单薄的模具，采用韧性较好的中碳合金工具钢（如4CrW2Si、6CrW2Si等）制造。

选用方法

冷作模具钢选用时需考虑加工方法、应力状态、成形加工对象的材料性质、生产数量、板材厚度等，此外模具的大小及尺寸精度也是不可忽略的因素。

负荷较小或小批量生产时使用低合金工具钢（SKS），负荷较大或大批量生产时使用冷作模具钢（SKD），负荷更大时选用高速工具钢及粉末高速工具钢。

适用于耐磨场合的有冷作模具钢、高速工具钢及高合金高速工具钢，适用于耐冲击场合的有8Cr-2Mo系模具钢和基体型高速工具钢。