冷作模具鋼是指在冷態(tài)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(yīng)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(qiáng)度、適當(dāng)?shù)捻g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(xì)粒狀碳化物。為達(dá)到這一目的，鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.60%以上。

2)高強(qiáng)度和韌性

模具的強(qiáng)度是指模具零件在工作過程中抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度指標(biāo)是冷作模具設(shè)計(jì)和選材的重要依據(jù)，包括拉伸屈服點(diǎn)、壓縮屈服點(diǎn)等。屈服點(diǎn)是衡量模具零件塑性變形抗力的指標(biāo)，也是最常用的強(qiáng)度指標(biāo)。為了獲得高強(qiáng)度，在模具制造過程中，模具材料的韌性應(yīng)根據(jù)模具的工作條件來確定對于沖擊負(fù)荷大的模具，如冷作模具的沖頭，、冷鐓模具等，因?yàn)闆_擊負(fù)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(qiáng)的抗咬合性

咬合阻力實(shí)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(jìn)行等速雙摩擦運(yùn)動，在一定速度下逐漸增加負(fù)載，扭矩也會相應(yīng)增加。

當(dāng)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(fā)生了咬合這種負(fù)荷被稱為“咬合臨界載荷”臨界負(fù)荷越高，抗咬合能力越強(qiáng)。

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(biāo)（℃）和二次硬化硬度（HRC）

2．冷作模具鋼的技術(shù)性能要求

冷作模具鋼的工藝性能直接關(guān)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(jié)約了鋼材，而且改善了模具材料的內(nèi)部缺陷，如碳化物偏析、減少有害雜質(zhì)、改善鋼的顯微組織等。

為了獲得良好的鍛造質(zhì)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(wǎng)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(jìn)行熱處理對于表面質(zhì)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(jù)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(fù)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(fù)雜的模具多由高碳高鉻鋼制成（Crl2、Crl 2MoV等）制造。已經(jīng)開發(fā)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(xué)成分相當(dāng)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(yīng)考慮加工方法、應(yīng)力狀態(tài)、成型物體的材料特性、生產(chǎn)數(shù)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(fù)荷或小批量生產(chǎn)（SKS）冷作模具鋼用于重載或大批量生產(chǎn)（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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