常用的冷沖壓模具材料

1、沖壓模具工作零件材料的要求 沖壓模具工作時要承受沖擊、振動、摩擦、高壓和拉伸、彎扭等負荷，甚至在較高的溫度下工作（如冷擠壓），工作條件復雜，易發(fā)生磨損、疲勞、斷裂、變形等現(xiàn)象。因此，對模具工作零件材料的要求比普通零件高。 由于各類沖壓模具的工作條件不同，所以對模具工作零件材料的要求也有所差異。 1.沖裁模材料的要求 對于薄板沖裁模具的工作零件用材要求具有高的耐磨性和硬度，而對厚板沖裁 模除了 要求具有高的耐磨性、抗壓屈服點外，為防止模具斷裂或崩刃 ，還應具有高的斷裂抗力、較高的抗彎強度和韌性。 2. 拉深模材料的要求 要求模具工作零件材料具有良好的抗粘附性（抗咬合性）、高的耐磨性和硬度、一定的

2、強韌性以及較好的切削加工性能，而且熱處理時變形要小。 3. 冷擠壓模材料 的要求 要求模具工作零件有高的強度和硬度、高耐磨性，為避免沖擊折斷，還要求有一定的韌性。由于擠壓時會產(chǎn)生較大的升溫，所以還應具有一定的耐熱疲勞性和熱硬性 11.2.2 沖壓模具材料的種類及特性 制造沖壓模具的材料有鋼材、硬質(zhì)合金、 鋼結硬質(zhì)合金、鋅基合金、低熔點合金、鋁青銅、高分子材料等等。目前制造沖壓模具的材料絕大部分以鋼材為主，常用的模具工作部件材料的種類有：碳素工具鋼、低合金工具鋼、高碳 高鉻或中 鉻工具鋼、中碳合金鋼、高速鋼、基體鋼以及硬質(zhì)合金、 鋼結硬質(zhì)合金 等等。 1. 碳素工具鋼 在模具中應用較多的碳素工具

3、鋼為T8A、T10A等，優(yōu)點為加工性能好，價格便宜。但淬透性和紅硬性差，熱處理變形大，承載能力較低。 2. 低合金工具鋼 低合金工具鋼是在碳素工具鋼的基礎上加入了適量的合金元素。與碳素工具鋼相比，減少了淬火變形和開裂傾向，提高了鋼的淬透性，耐磨性亦較好。用于制造模具的低合金鋼有 CrWMn、9Mn2V、7CrSiMnMoV(代號CH-1)、6CrNiSiMnMoV(代號GD)等。 3. 高碳高鉻工具鋼 常用的高碳高鉻工具鋼有Cr12和Cr12MoV、Cr12Mo1V1（代號D2），它們具有較好的淬透性、淬硬性和耐磨性，熱處理變形很小，為高耐磨微變形模具鋼，承載能力僅次于高速鋼。但碳化物偏析嚴重

4、 ，必須進行反復鐓拔 （軸向鐓、徑向拔）改 鍛，以降低碳化物的不均勻性，提高使用性能。 4. 高碳中鉻工具鋼 用于模具的高碳中鉻工具鋼有Cr4W2MoV、Cr6WV 、Cr5MoV等，它們的含鉻量較低， 共晶碳化物 少，碳化物分布均勻，熱處理變形小，具有良好的淬透性和尺寸穩(wěn)定性。與碳化物偏析相對較嚴重的高碳高鉻鋼相比，性能有所改善。 5. 高速鋼 高速鋼具有模具鋼中最高的 的 硬度、耐磨性和抗壓強度，承載能力很高。模具中常用的有 W18Cr4V（代號8-4-1）和含鎢量較少的W6Mo5 Cr4V2（代號6-5-4-2，美國牌號為M2）以及為提高韌性開發(fā)的 降碳降釩 高速鋼 6W6Mo5 Cr4

5、V（代號6W6或稱低碳M2）。高速鋼也需要改 鍛 ，以改善其碳化物分布 。 6. 基體鋼 在高速鋼的基本成分上添加少量的其它元素，適當增減含碳量，以改善鋼的性能。這樣的鋼種統(tǒng)稱基體鋼。它們不僅有高速鋼的特點，具有一定的耐磨性和硬度，而且抗疲勞強度和韌性均優(yōu)于高速鋼，為高強 韌性冷作模具鋼 ，材料成本卻比高速鋼低。模具中常用的基體鋼有 6Cr4W3Mo2VNb（代號65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（代號LD）、5Cr4Mo3SiMnVAL（代號012AL）等。 7. 硬質(zhì)合金和鋼結硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金的硬度和耐磨性高于其它任何種類的模具鋼，但抗彎強度和韌性差。用作模具的硬質(zhì)合金是 鎢鈷類 ，對沖

6、擊性小而耐磨性要求高的模具，可選用 含鈷量較低 的硬質(zhì)合金。對沖擊性大的模具，可選用 含鈷量較高 的硬質(zhì)合金。 鋼結硬質(zhì)合金 是以鐵粉加入少量的合金元素粉末（如鉻、 鉬 、鎢、釩等）做粘合劑，以碳化 鈦或碳化鎢為硬質(zhì)相 ，用粉末冶金方法燒結而成。鋼結硬質(zhì)合金 的基體是鋼，克服了硬質(zhì)合金韌性較差、加工困難的缺點，可以切削、焊接、鍛造和熱處理。 鋼結硬質(zhì)合金含有大量的碳化物，雖然硬度和耐磨性低于硬質(zhì)合金，但仍高于其它鋼種，經(jīng)淬火、回火后硬度可達 68 73HRC。 11.2.3 沖壓模具材料的選用及熱處理要求 一. 沖裁模具材料的選用及熱處理要求 選用沖裁模具材料應考慮工件生產(chǎn)的批量，若批量不大就

7、沒有必要選擇高壽命的模具材料；還應考慮被沖工件的材質(zhì)，不同材質(zhì)適用的模具材料亦有所不同。對于沖裁模具，耐磨性是決定模具壽命的重要因素，鋼材的耐磨性取決于碳化物等硬質(zhì)點相的狀況和基體的硬度，兩者的硬度越高，碳化物的數(shù)量越多，則耐磨性越好。常用沖壓模具鋼材耐磨性 的劣優(yōu)依次 為碳素工具鋼 合金工具鋼 基體鋼 高碳高鉻鋼 高速鋼 鋼結 硬質(zhì)合金 硬質(zhì)合金。 此外還必須考慮工件的厚度、形狀、尺寸大小、精度要求等因素對模具材料選擇的影響。 1.傳統(tǒng)模具用鋼 長期以來，國內(nèi)薄板沖裁模用鋼為 T10A 、 CrWMn 、9Mn2V、Cr12 和 Cr12MoV 等。 其中 T10A 為碳素工具鋼，有一定強度

8、和韌性。但耐磨性不高，淬火容易變形及開裂，淬透性差，只適用于工件形狀簡單、尺寸小、數(shù)量少的沖裁模具。 T10A 碳素工具鋼的熱處理工藝為： 760810 水或油 淬， 160180 回火，硬度 5962HRC 。 CrWMn 、 9Mn2V 是高碳低合金鋼種，淬火操作簡便，淬透性優(yōu)于碳素工具鋼，變形易控制。但耐磨性和韌性仍較低，應用于中等批量、工件形狀較復雜的沖裁模具。 CrWMn 鋼的熱處理工藝為：淬火溫度 820840 油冷 ，回火溫度 200 ，硬度 6062HRC 。 9Mn2V 鋼的熱處理工藝為：淬火溫度 780820 油冷 ，回火溫度 150200 ，空冷，硬度 6062HRC 。

9、注意 回火溫度在 200300 范圍有回火脆性和顯著體積膨脹，應予避開。 Cr12 和 Cr12MoV 為高碳高鉻鋼，耐磨性較高，淬火時變形很小，淬透性好，可用于大批量生產(chǎn)的模具，如硅鋼片沖裁模。但該類鋼種存在碳化物不均勻性，易產(chǎn)生碳化物偏析，沖裁時容易出現(xiàn)崩 刃 或斷裂。其中， Cr12 含碳量較高，碳化物分布不均比 Cr12MoV 嚴重，脆性更大一些。 Cr12 型鋼的熱處理工藝選擇取決于模具的使用要求，當模具要求比較小的變形和一定韌性時，可采用低溫淬火、回火（ Cr12 為 950980 淬火， 150200 回火； Cr12MoV 為 10201050 淬火， 180200 回火 ）。

10、若要提高模具的使用溫度，改善其淬透性和紅硬性，可采用高溫淬火、回火 （ Cr12 為 10001100 淬火， 480500 回火； Cr12MoV 為 11101140 淬火， 500520 回火 ）。 高鉻鋼在 275375 區(qū)域有回火脆性，應予避免。 2.常用模具新鋼種 為了彌補傳統(tǒng)模具鋼種性能的不足，國內(nèi)開發(fā)或引進了以下性能較好的沖壓模具用鋼： （ 1 ） Cr12Mo1V1 （代號 D2 ）鋼 為仿美國 ASTM 標準中的 D2 鋼引進 的鋼種，屬 Cr12 型鋼。由于 D2 鋼中 Mo 、 V 含量增加，細化了晶粒，改善了碳化物的分布狀況，因此 D2 鋼的強韌性（沖擊韌度、抗彎強度

11、、撓度）比 Cr12MoV 鋼有所提高，耐磨性和抗回火穩(wěn)定性也比 Cr12MoV 更高?？捎蒙罾涮幚恚岣哂捕炔⒏纳瞥叽绶€(wěn)定性。用 D2 鋼制作的沖裁模具壽命要高于 Cr12MoV 鋼模具。 D2 鋼的鍛造性能和熱塑成形性比 Cr12MoV 鋼略差，機械加工性能和熱處理工藝與 Cr12 型鋼相似。 （ 2 ） Cr6WV 鋼 為高 耐磨微 變形高碳中鉻鋼，碳、鉻含量均低于 Cr12 型鋼，碳化物的分布狀態(tài)較 Cr12MoV 均勻，具有良好的淬透性。熱處理變形小，機械加工性能較好?？箯潖姸取_擊韌度優(yōu)于 Cr12MoV ， 只是耐磨性略低于 Cr12 型鋼。用于承受較大沖擊力的高硬度、高耐磨板料

12、沖裁模，其效果好于 Cr12 型鋼。 鋼的常用熱處理工藝為：淬火溫度9701 000，一般可熱油或硝鹽分級淬火冷卻，尺寸不大的部件可采取空冷。淬火后應立即回火，回火溫度160210 ，硬度 58 62HRC。 （ 3 ） Cr4W2MoV 鋼 也是高 耐磨微 變形高碳中鉻鋼，替代 Cr12 型鋼而研制的鋼種，碳化物均勻性好，耐磨性高于 Cr12MoV ，適于制作形狀復雜、尺寸精度要求高的沖壓模具，可用于硅鋼片沖裁模。 Cr4W2MoV 鋼的熱處理工藝：要求強度、韌性較高時，采用低溫淬火、低溫回火工藝：淬火溫度 960980 ，回火溫度 280320 ，硬度 6062HRC 。要求熱硬性和耐磨性

13、較高時，采用高溫淬火、高溫回火工藝：淬火溫度 10201040 ，回火溫度 50 0540 ，硬度 6062HRC 。 （ 4 ） 7CrSiMnMoV( 代號 CH-1) 鋼 為 空淬微變形低合金鋼、火焰淬火鋼，可以利用火焰進行局部淬火，淬硬模具刃口部分。淬火溫度（ 8001000 ），具有良好的淬透性和 淬硬性 （可達 60 HRC 以上），強度和韌性較高，崩 刃 后能補焊。可代替 CrWMn 、 Cr12MoV 鋼，制作形狀復雜的沖裁模。 CH-1 鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度 900920 ， 油冷 ， 190200 回火 13 小時，硬度 5862 HRC 。 （ 5 ） 6CrNi

14、SiMnMoV( 代號 GD) 鋼 為高韌性低合金鋼，淬透性好，空淬變形小，耐磨性較高。其強韌性顯著高于CrWMn 和 Cr12MoV 鋼，不易崩刃或斷裂。尤其適用于細長、薄片狀 凸模及 大型、形狀復雜、薄壁凸凹模。 GD 鋼的推薦熱處理工藝：淬火溫度 870930 （ 900 最佳 ），鹽浴爐加熱（ 45s/mm ）， 油冷或 空冷、風冷 ， 175230 回火 2 小時，硬度 5862 HRC 。由于空冷即可淬硬 ，也可采用火焰加熱淬火。 （ 6 ） 9Cr6W3Mo2V2( 代號 GM) 鋼為高耐磨高強 韌 合金鋼，各項工藝性能良好，其耐磨性、強韌性、加工性能均優(yōu)于 Cr12 型鋼，能夠

15、用于高速壓力機沖壓下的多工位 級進模等 精密模具，是較理想的耐磨、精密沖壓模具用鋼。 GM 鋼的熱處理工藝：淬火溫度 10801120 ，硬度 6466HRC 。 回火溫度 540560 ，回火二次。 （ 7 ） Cr8MoWV3Si ( 代號 ER5) 鋼 屬高耐磨高強韌合金鋼，具有較好的電火花加工性能，強度、韌性、耐磨性都優(yōu)于 Cr12 型鋼，適用于大型精密沖壓模具。用于硅鋼片沖裁模，一次 刃 磨壽命為 21 萬次，總壽命高達 360 萬次，是目前合金鋼沖模沖裁硅鋼片的較高壽命水平。 ER5 鋼的推薦熱處理工藝：對高耐磨性、高強韌性的模具，采用 1150 淬火， 520530 回火 3 次

16、； 對重載服役條件下的模具，采用 11201130 淬火， 550 回火 3 次。 3 硬質(zhì)合金及鋼結硬質(zhì)合金 當工件的批量極大時，可以考慮選用硬度和耐磨性比各類模具鋼種更高的硬質(zhì)合金 或鋼結硬質(zhì)合金 。用作模具材料的硬質(zhì)合金為 鎢鈷類 ，隨著 含鈷量的增加，韌性及抗彎強度提高而硬度降低。對于承受沖擊力較小的模具，可以選用 含鈷量較低 的 YG10X ；承受沖擊力中等或較大的模具，可以選用含鈷量較高 的 YG15 或 YG20 。硬質(zhì)合金的缺點為韌性較差、難以加工，作為模具的工作部件可以設計為鑲拼結構。 鋼結硬質(zhì)合金的性能介于硬質(zhì)合金和高速鋼之間，能夠機械加工和熱處理，可以用于制作復雜的高壽命

17、模具。用作沖裁模 的鋼結硬質(zhì)合金 有 DT 、 GT35 、 TLMW50 、 GW50 等。 厚板沖裁模具 厚板沖裁模承受的沖壓力高于薄板沖模，為重載沖裁模，易磨損、崩 刃 和斷裂，所以要求模具材料應具有高的耐磨性和強韌性。 傳統(tǒng)模具用鋼傳統(tǒng)的重載沖裁模具鋼種主要有 T8A 、 Cr12MoV 、 W18Cr4V 、 W6Mo5 Cr4V2 等。 其中 T8A 為碳素工具鋼，雖然淬透性、韌性比 T10A 鋼有所改善，但易殘存網(wǎng)狀碳化物、熱硬性差，只能用于工件批量較小的中厚沖裁模。 T8A 工具鋼的熱處理工藝為： 790820 水或油 淬， 160180 回火，硬度 5861HRC 。 W18

18、Cr4V、W6Mo5Cr4V2為高速工具鋼，具有很高的硬度、抗壓強度和耐磨性，但韌性較低，工作時有可能產(chǎn)生崩 刃或斷裂，而且價格較貴。建議采用低溫淬火、快速加溫淬火等工藝措施來改善其韌性。對于工件批量較大的厚板沖裁模，可以用W18Cr4V、 W6Mo5Cr4V2鋼做 凸 模，Cr12MoV 鋼做凹模 。 W18Cr4V 鋼的推薦熱處理工藝： 12201250 淬火； 550570 回火 3 次。 W6Mo5Cr4V2 鋼的推薦熱處理工藝： 11601200 淬火 ： 550570 回火 3 次。 3. 常用模具新鋼種 為了克服高速工具鋼的缺點，提高使用壽命，重載沖裁模具可選用 降碳降釩 高速鋼

19、6 W6Mo5 Cr4V（6W6）和以高速鋼成分為基礎，添加少量的其它元素構成的高強韌性模具鋼 基體鋼，如 65Nb鋼、LD鋼、012AL鋼、CG-2 鋼等等 。 （ 1）6 W6Mo5 Cr4V (6W6)鋼 為高強韌性高速鋼，由于降低了碳化物的含量和分布均勻性，使其在保持硬度和耐磨性的同時，抗彎強度、沖擊韌性和塑性都有顯著提高，雖然耐磨性略低，仍可用低溫 氮碳共滲提高 表面硬度和耐磨性。其熱處理工藝和高速鋼W6Mo5Cr4V2相似。 （ 2 ） 6Cr4W3Mo2VNb (65Nb) 鋼 65Nb 鋼取自 W6Mo5CrV2 鋼正常 淬火后的基本成分，碳含量比高速鋼低，碳質(zhì)量 分數(shù) 的中限

20、為 0.65% ，故名 65Nb 。各合金元素在鋼中的作用和在高速鋼中相似， 另加入 3% 的 Nb 可形成高穩(wěn)定性的碳化物 NbC ，能有效阻止奧氏體晶粒長大，改善鋼的力學性能和工藝性能。這種鋼具有較好的耐磨性和較強的高溫韌性，可以代替 Cr12MoV 、 W18Cr4V 鋼，用于重載沖裁模和冷擠壓模、 冷鐓模 。 65Nb 鋼鍛造和退火工藝性能良好，熱處理溫度范圍寬，淬火溫度可以在 10801180 ，回火溫度在 520600 之間選擇。當采用比 W6Mo5CrV2 鋼正常 淬火溫度低的溫度淬火后，其組織 為在碳含量 較低的馬氏體基體上均勻 分布有細粒狀未溶碳化物。通過熱處理參數(shù)的調(diào)整，可

21、以得到不同的強度、韌性、耐磨性配合，以適合不同模具的性能要求。 65Nb 鋼的熱處理工藝： 10801180 鹽浴爐加熱（ 1520s/mm ）油 淬， 520560 回火 2 次，硬度 5763 HRC 。 （ 3 ） 7Cr7Mo2V2Si (LD) 鋼 LD 鋼含碳、 含鈷量高于 65Nb ，含釩量也較高。 釩可細化 晶粒，提高耐磨性。因此其抗壓、抗彎強度和耐磨性均高于 65Nb 由于具有良好的強韌性和耐磨性，因而適于制造各種重載模具。 LD 鋼的推薦熱處理工藝： 850 預熱， 11001150 淬火； 油冷后 530570 回火 23 次，每次 12 小時，硬度 5763 HRC 。

22、 （ 4 ） 5Cr4Mo3SiMnVAL (012AL) 鋼 012AL 鋼中加入質(zhì)量分數(shù)為 0.30.7% 的鋁，目的是為了細化晶粒，提高鋼的沖擊韌性和熱加工塑性，加 Si 則為了強化基體。 012AL 鋼強韌性高，綜合性能好，通用性強，是冷、熱兼用型模具鋼。其抗彎強度及撓度高于 W18Cr4V 高速鋼，代替高速鋼作模具時很少發(fā)生折斷現(xiàn)象。可以用作中厚板料沖裁模具和 各類冷 、熱作模具。 012AL 鋼的推薦熱處理工藝： 10901120 鹽浴爐加熱（ 30s/mm ）油 淬， 510 回火 2 次， 每次油冷 2 小時 ，硬度 6062 HRC 。 （ 5 ） 6Cr4Mo3Ni2WV(

23、CG-2) 鋼 CG-2 鋼在成分中加 Ni ，強化了基體，改善了韌性和高溫性能。同時增加 Mo 減少 W ，以降低碳化物的偏析。 CG-2 鋼具有高的強度和強韌性，在熱處理到高硬度時仍能維持良好的韌性，較好地解決了高硬度與韌性的合理配合。但鍛造塑性較差，退火后硬度偏高。亦可用作中厚板料沖裁模具和 各類冷 、熱作模具。 CG-2 鋼的熱處理工藝：淬火溫度 11001140 加熱（ 20s/mm ）， 油冷 ， 540 回火 2 次，每次 2 小時，空冷，硬度 6062 HRC 。 二. 拉深模具材料的選用及熱處理要求 表 11.2.1 各種板料適用的 拉深模材料 由于拉深模具的失效主要為粘附磨損和磨粒磨損，并以粘附磨損為主。因此選用的模具材料必須具有較高的耐磨性和抗粘附性能，以及足夠的強度。按被拉深材料 考慮適用的拉 深模材料 可以參考表 11-1 。選用時還應考慮被拉深材料的板料厚度、 拉深件的 尺寸形狀以及生產(chǎn)批量的大小等因素。 （一） 輕載拉深（拉深薄鋼板和 銅、 鋁合金）時的模具材料 生產(chǎn)