隨著少無切削和精密成形技術(shù)在我國的快速發(fā)展，對(duì)模具材料的性能要求越來越高，一些五十年代以來長期沿用的老鋼種已不能完全滿足要求。為此，國內(nèi)一些大學(xué)、研究所、鋼廠和模具使用單位相繼開發(fā)了許多具有優(yōu)良性能的模具鋼，使國內(nèi)模具的使用壽命得到了很大提高，并使我國模具鋼的鋼種系列逐漸得到了補(bǔ)充和完善。
1． 冷作模具鋼的開發(fā)情況
對(duì)冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐磨性，足夠的強(qiáng)度和韌性，高的疲勞壽命，良好的抗擦傷和咬合性能以及良好的工藝性能。九十年代以前，國內(nèi)常用的冷作模具鋼有：碳素工具鋼T1OA，合金工具鋼9SiCr、9Mn2V、CrWMn、Cr6WV、Cr12、Cr12MoV、5CrW2Si；高速工具鋼 W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2；軸承鋼GCr15；彈簧鋼60Si2Mn，滲碳鋼20Cr、12CrNi3A；不銹鋼3Crl3等。其中用量*大的是 C r12、Cr12MoV、T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和 W18Cr4V。為滿足生產(chǎn)要求，國內(nèi)先后研究開發(fā)了一系列新型冷作模具鋼。
1．1高強(qiáng)韌耐磨鋼
Cr12系列冷作模具鋼是較廣泛采用的鋼種系列，具有良好的淬透性和耐磨性，但共晶碳化物偏析較嚴(yán)重，韌性較差，淬火后異常變形較大。為彌補(bǔ)此類鋼的性能缺陷，國內(nèi)先后開發(fā)了一些高強(qiáng)韌耐磨鋼，如7 Cr7Mo2V2Si(代號(hào) L D)、Cr8WmoV3Si(代號(hào) ER5)、9 Cr6W3Mo2V2 (代號(hào) GM)、Cr8MoV2Ti、80Cr7Mo3W2V等。與 Cr12、Cr12MoV相比，此類鋼的碳和鉻的含量較低，改善了碳化物不均性，提高了韌性；適當(dāng)增加了 W、Mo、V等合金元素的含量，從而增強(qiáng)了二次硬化能力，提高了耐磨性。所以，此類鋼在具有良好的強(qiáng)韌性的同時(shí)，還有優(yōu)良的耐磨性和較好的綜合性能，主要用于制造承受應(yīng)力較大、要求高強(qiáng)韌性和耐磨損的各類冷作模具。
7Cr7Mo2V2Si，代號(hào)LD，*初是針對(duì)冷鐓模具而研制的。其碳含量低于 G．Steven推薦的"平衡碳"規(guī)律，使鋼在具有高硬度的同時(shí)，又具有較好的韌性；加入Cr、Mo、V元素，有利于二次硬化，保證鋼具有較高的硬度、強(qiáng)度和良好的耐磨性；加入一定量的 Si，以強(qiáng)化基體，提高回火穩(wěn)定性。LD鋼常用的熱處理工藝是1100～1150℃ 淬火，530～570℃ 回火，回火后硬度 HRC57～63。1100℃淬火后的組織為細(xì)針馬氏體十殘留奧氏體十剩余碳化物，晶粒度10.5級(jí)。 l100℃ 淬火、570℃回火后的組織為回火馬氏體十殘余碳化物。 LD鋼已被廣泛應(yīng)用于制造冷鍛、冷沖、冷壓、冷彎等承受沖擊、彎曲應(yīng)力較大，又要求耐磨損的各類冷作模具。
Cr8MoWV3Si，代號(hào) ER5，在具有較高強(qiáng)韌性的同時(shí)，又具有突出好的耐磨性。該鋼在回火過程中彌散析出的特殊碳化物，是 ER5比 Crl2系鋼具有更高強(qiáng)韌性和耐磨性的重要原因。ER5鋼適用于制造承受沖擊力較大，沖擊速度較高的精密冷沖，重載冷沖以及要求高耐磨的其他冷作模具。
9Cr6W3Mo2V2，代號(hào)GM，也是以提高耐磨性為主要目的而研制的高耐磨冷作模具鋼。該鋼通過 Cr、 W、Mo、V等碳化物形成元素的合理配比，并根據(jù)"平衡碳"規(guī)律配碳，使鋼具有*佳的二次硬化能力及抗磨損能力，同時(shí)又保持了較高的強(qiáng)韌性和良好的冷熱加工性能，適用于制造沖裁、冷擠、冷鍛、冷剪、高強(qiáng)度螺栓滾絲輪等精密、高耐磨冷作模具。
1．2高速鋼基體鋼
高速鋼基體鋼具有相當(dāng)于正常淬火高速工具鋼的基本成份．并允許鋼中保留5％左右的過剩碳化物，另外再適當(dāng)增加或減少某些元素的含量。此類鋼有效地解決了高速鋼碳化物不均勻分布和韌性較差的問題，鋼的抗彎強(qiáng)度、韌性、塑性和疲勞抗力高于高速鋼，但耐磨性低于高速鋼，用于制造要求高強(qiáng)度和足夠韌性的冷擠壓、冷沖、冷鐓等模具。由于高速鋼基體鋼的紅硬性好，所以也用于制造熱作模具。國內(nèi)研制的高速鋼基體鋼有：65Cr4W3Mo2VNb（簡稱65Nb）、60Cr4Mo3Ni2WV（代號(hào)CG-2）、5Cr4Mo3SiMnVA1（代號(hào)O12A1）、65W8Cr4VTi（代號(hào)LMI）、65Cr5Mo3W2VSiTi（代號(hào)LMZ）等。
65Cr4W3Mo2VNb，其基體成份相當(dāng)于淬火后的W6Mo5Cr4V2鋼，但碳含量較一般基體鋼高，以增加碳化物量和提高耐磨性。加入0.2～0.35％ Nb，以提高鋼的強(qiáng)韌性和改善工藝性。65Nb用于制造冷擠壓、厚板冷沖、冷鐓等承受較大載荷的冷作模具，也可用于溫?zé)釘D壓模具。
1．3低合金冷作模具鋼
國內(nèi)開發(fā)的低合金冷作模具鋼中，有7CrSiMnMoV（代號(hào)CH）、
6CrMnNiMoVSi（代號(hào)GD）、 6CrMnNiMoVWSi（DS）、CrNiWMoV等。這些鋼的淬透性好，淬火溫度較低，熱處理變形小，價(jià)格低，具有較好的強(qiáng)度和韌性的配合，適用于制造精度復(fù)雜模具。
7CrSiMnMoV，代號(hào)CH，在820～1000℃淬火，可獲得HRC60以上的硬度，是一種空淬微變形鋼，可以火焰加熱空冷淬硬。該鋼的耐磨性盡管比Cr12MoV差，但比9Mn2V和T10A好；抗彎強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和沖擊韌性都優(yōu)于Cr12MoV和9Mn2V；熱處理后的變形量和常用的Cr12MoV、Cr2Mn2SiWMoV、Cr4W2MoV等鋼相當(dāng)。 CH鋼具有良好的強(qiáng)韌性和良好的工藝性，可用于代替T10A、9Mn2V、CrWMn、GCr15、Cr12MoV等制造對(duì)強(qiáng)韌性要求較高的冷作模具，如沖孔凸模、中薄鋼板（2～5mm厚）的修邊落料模等。由于該鋼可以采用火焰加熱空冷淬硬，所以也用于制造要求表面火焰淬火的部分汽車模具。 6CrMnNiMoVSi，代號(hào)GD，較CH鋼增加了0.85％左右的Ni，進(jìn)一步強(qiáng)韌化了基體。該鋼的淬火溫度范圍較寬，淬透性好，也可火焰加熱空冷淬火，具有良好的強(qiáng)韌性。當(dāng)用于制造易崩及斷裂的冷沖模具時(shí)，模具壽命較高。
1． 4無磁高強(qiáng)度模具鋼
電子工業(yè)中的部分磁性元件需用無磁性的模具生產(chǎn)，7Mnl5Cr2A13V2WMo鋼的導(dǎo)磁系數(shù)很低，強(qiáng)度、耐磨性也良好，但切削加工比較困難。國內(nèi)開發(fā)的無磁模具鋼有18Mn12Crl8NiN（代號(hào)A18）、8Mnl5Cr18（代號(hào)WCG）、50Mnl8Cr4WN（簡稱 50Mn）等。其中50Mn具有低磁導(dǎo)率（μ＜1.1H／m），較高強(qiáng)度和良好的加工性能，經(jīng)1020～1070℃（水冷）固溶處理后，硬度HRC30左右。再經(jīng)過590℃士10℃時(shí)效，硬度上升至HRC35左右。
2．熱作模具鋼的開發(fā)情況熱作模具大體分為熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模和沖裁模。5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8V是熱作模具鋼中應(yīng)用量仍然較大的鋼種。5CrNiMo主要用于厚度300～400mm的大中型鍛模，5CrMnMo適用于厚度在250mm以下的小型鍛模。但當(dāng)用于更大截面或更高溫度時(shí)，這兩種鋼存在淬透性、熱穩(wěn)定性、熱疲勞性及耐磨性不夠的問題。3Cr2W8V的高溫強(qiáng)度較高，但鋼的熱疲勞性較差，韌性也不高，用于壓鑄模具和鋁、銅合金熱擠壓模具時(shí)，模具的使用壽命都較低。國內(nèi)在熱作模具方面先后開發(fā)了幾十種鋼。
2． l大截面熱鍛模具鋼為彌補(bǔ)5CrMnMo和5CrNiMo在較大截面和較高溫度時(shí)熱穩(wěn)定性、熱疲勞性及淬透性不夠的缺陷，內(nèi)開發(fā)了45Cr2NiMoVSi（簡稱45Cr2）、5Cr2NiMoVSi（簡稱5Cr2）、3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi（代號(hào)B2） 等大截面熱鍛模具鋼。與5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2中既含有較高的Cr和Mo，又加入了少量的V，使 CCT曲線上的高溫轉(zhuǎn)變區(qū)上移，低溫轉(zhuǎn)變區(qū)顯著右移，提高了鋼的淬透性。截面尺寸在500*500mm以下的模具經(jīng)970-990℃淬火，650～680℃回火后，硬度可達(dá)HRC36-44。45Cr2和5Cr2還具有二次硬化能力，它們的高溫強(qiáng)度較5CrNiMo鋼高50％，熱穩(wěn)定性高出100～150℃，沖擊韌性則相當(dāng)。另外，鋼的熱磨損性、熱疲勞性及抗熱裂紋擴(kuò)展的能力也強(qiáng)于5CrNiMo。這二種鋼用于12000t以下機(jī)械壓力機(jī)模具及16t以下模鍛模具，模具的使用壽命是5CrNiMo鋼制造的同種模具壽命的數(shù)倍。
2．2中小熱鍛模具鋼
中小熱鍛模具的表面溫度可達(dá)600℃以上，5CrMnMo和5CrNiMo的高溫性能顯然不能滿足要求。3Cr2WSV鋼的高溫強(qiáng)度較高，但韌性及熱疲勞性能較差。為此，國內(nèi)較早開發(fā)了2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB（代號(hào)ER8）等3％Cr-3％Mo和3％Cr-2％Mo型的中碳鉻系高強(qiáng)度熱作模具鋼，其中3Cr3Mo3VNb是根據(jù)形成合金碳化物所需的碳量對(duì)2Cr3Mo3VNb做進(jìn)一步成份調(diào)整而來的。這二種鋼中加人了3％左右的Mo，既能提高鋼的淬透性和防止出現(xiàn)回火脆性，又能提高鋼的熱穩(wěn)定性。加人V和Nb則可起到細(xì)化晶粒，降低鋼的過熱敏感性作用。因此，鋼的淬透性高，淬火加熱溫度范圍寬，過熱敏感性低，具有高溫強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、塑性韌性好、冷熱疲勞性能好、熱磨損性能好等優(yōu)點(diǎn)，用于制造不銹鋼（2Crl3）等熱鍛模，軸承凹模和輥鍛模，都取得了良好的使用效果。
4Cr3Mo3W4VNb，代號(hào)GR，除Cr、Mo、V和Nb外，又加入了4％W，所以鋼的高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提高，是中碳鉻系熱作模具鋼中高溫強(qiáng)度較高，熱穩(wěn)定性較好的鋼種。該鋼還具有良好的冷熱疲勞性能，該鋼適用于制造工作溫度600-700C℃的淺型腔中小鍛模，也可用于銅合金熱擠壓模具。
除以上 30Cr-30Mo型熱作模具鋼外，國內(nèi)先后開發(fā)的5％Cr系中碳中合金熱作模具鋼已較大量用于熱鍛模具，如4Cr5MoVSi、 4Cr5MoV1Si等，其中4Cr5MoV1Si具有優(yōu)異的韌性和良好的冷熱疲勞性能，適用于制造工作溫度在600℃以下，對(duì)韌性和塑性要求較高的模具。如用4Cr5MoV1Si代替5CrNiMo、 5CrMnMo制造汽車連桿、曲軸鍛模，模具的使用壽命得到了明顯提高；用于制造鋁合金壓鑄模具和鋁型材擠壓模具，模具的使用壽命較高。另外，該鋼還可作塑料模具鋼使用。目前，4Cr5MoV1Si鋼的優(yōu)良性能已在國內(nèi)得到了廣泛認(rèn)可，應(yīng)用量已較大。許多大學(xué)、研究院所和鋼廠不惜花重金對(duì)該鋼做研究和生產(chǎn)質(zhì)量改進(jìn)工作，并就此打出了自己的優(yōu)質(zhì)品牌。
2．3壓鑄模具鋼
在有色金屬壓鑄中，3Cr2W8V曾是應(yīng)用廣泛的模具鋼，5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2Mo等中碳低合金鋼也作為鋁鋅合金壓鑄模具鋼使用。3Cr2W8V的冷熱疲勞性能較差，模具的使用壽命不高。國內(nèi)為此先后開發(fā)了幾個(gè)新型模具鋼，如4Cr3Mo2MnVNbB（
