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摘要：模具材料的性能和熱處理工藝對模具壽命有著決定性的影響。本文具體分析了模具材料的性能、種類及特性，介紹了模具選材的具體原則。

關鍵詞：沖壓模具鋼；性能分析；選材

模具材料是模具制造業的基礎，它的研究開發帶動工業產品向高級化、個體化、高附加值化的方向發展。在沖壓模具失效的諸多因素中，材料已成為影響其壽命的最主要因素。因此，在設計模具時，恰當選擇模具材料，是保證模具生產既經濟合理又安全可靠的關鍵因素。

1.沖壓模具材料的性能要求

1.1對模具材料的使用性能要求

（1） 強度和硬度。強度是指材料承受載荷后抵抗發生斷裂或超過容許限度的殘余變形的能力，是衡量材料本身承載能力、抵抗失效能力的重要指標，可通過熱處理方法提高模具鋼的強度。材料局部抵抗硬物壓人其表面的能力稱為硬度，主要包括劃痕硬度，壓人硬度和回跳硬度。通常，對于小型簡單產品的模芯硬度控制在HRC50一52，對于大型模具或復雜模具，模芯的硬度控制在HRC46一48。

（2） 耐磨性和抗粘咬性。模具的磨損主要有機械磨損、氧化磨損和熔融磨損。模具在工作時，承受大的壓應力和強烈摩擦力，為減小機械磨損，就要保證材料中碳化物或其他硬度相的組成、形貌和分布比較合理。對于重載、高速磨損條件下服役的模具，為防止形成金屬瘤，要求模具鋼表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜，減少模具和制件產生粘咬、焊合等氧化磨損和熔融磨損。

（1） 韌性。韌性是指當模具鋼承受應力時對折斷的抵抗，其定義為材料在破裂前所能吸收的能量與體積的比值。模具在工作時承受一定的沖擊載荷，可能會造成模具成形零件的斷裂、變形等破壞。

（2） 抗疲勞性?？蛊谛允欠从巢牧显诮蛔冚d荷作用下抵抗疲勞破壞的性能指標，主要包括疲勞強度疲勞裂紋萌生力、疲勞裂紋擴展抗力、小能量多沖抗力等。導致模具疲勞的因素有：鋼中帶狀和網狀碳化物粗大晶粒；模具表面有微小刀痕、凹槽及截面尺寸變化過大和表面脫碳等。

1.2對模具材料的工藝性能要求

（1） 鍛造性能。鍛造能減少模具材料的機械加工余量，改善材料的內部缺陷，如碳化物偏析、減少有害物質、改善鋼的組織狀態等。對鍛造性能的要求是：熱鍛變形抗力低、塑性好、鍛造溫度范圍寬，鍛裂、冷裂及網狀碳化物的傾向性小。

（2） 機械加工性能。冷沖壓模具鋼主要屬于過共析鋼和萊氏體鋼，大多加工性能較差。為獲得良好的切削加工性，需要正確選擇熱處理方法。

（3） 熱處理性能。熱處理工藝性能主要包括：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。熱處理工藝的好壞，對模具質量影響較大。一般要求有較大的淬硬性和淬透性，淬火溫度范圍寬，過熱敏感性小，脫碳敏感性低，淬火、回火后的變形程度小。

2.沖壓模具材料的種類與特性

2.1碳素工具鋼

碳素工具鋼中碳的質量分數在（0· 6一1.3）％范圍內，優點是原料來源方便，加工性能良好，淬火溫度低，熱處理后具有較高的表面硬度和較好的耐磨性。缺點是淬透性低，淬火溫度范圍窄，淬火變形大，較大的模具不能淬透，而且表面淬硬層和中心部分之問的硬度值相差很大，容易使模具在淬火時開裂。

2.2高碳低合金鋼

高碳低合金鋼中碳的質量分數一般都較高（0·6％），是在碳素工具鋼的基礎上加人適量的cr、 Ni、MO、Ti、w、v、Si、Mn等合金元素冶煉而成。合金元素的加人提高了過冷奧氏體的穩定性、淬透性，降低了淬火冷卻速度，減少了淬火熱應力和組織應力，減弱了淬火變形及開裂傾向，被廣泛用來制作形狀復雜、截面較大、承受負荷較大、變形較小的中、小型冷作模具。

2.3高碳高鉻冷作模具鋼

高碳高鉻冷作模具鋼是一種高合金鋼，具有高強度、高硬度、高耐磨性、易淬透、穩定性高、抗壓強度高及淬火變形小等優點。這類鋼部分是萊氏體鋼，淬火后有大量共晶碳化物存在，同時含有大量殘留奧氏體，熱處理后變形小，耐磨性高，載荷力大，但是由于高碳高鉻萊氏體鋼中有大量共晶碳化物不均勻分布，因此該類鋼韌性較差，易出現崩裂現象，主要用于制造在高耐磨、微變形、高負荷條件下工作的冷作模具

2.4無磁模具鋼

無磁模具鋼包括奧氏體不銹鋼和高錳系奧氏體，在加熱和冷卻過程中無相變，始終保持奧氏體組織。由于高錳鋼的冷作硬化現象，切削加工較困難，必須進行適當的固溶和時效處理。主要適于制造無磁模具，無磁軸承及其它要求在強磁場中不產生磁感應的結構零件。

2.5硬質合金和鋼結硬質合金

鋼結硬質合金是以難熔金屬碳化物為硬質相，以合金為粘結劑，用粉末冶金方法生產的一種新型模具材料，性能介于高速鋼和硬質合金之間。鋼結硬質合金在冷沖模，冷擠壓模，整形模，冷墩模上得到較廣泛的應用。常用沖壓模具鋼如表1所示，常用冷沖壓模具鋼分類如表2所示。

3.模具材料的選用原則

模具材料的選擇應根據模具的生產條件和工作條件的需要，結合材料的基本性能和相關因素，選擇適合產品需要、經濟上合理、技術上先進的材料。選材的基本原則如下：

（1） 根據模具種類及其工作條件，選用材料要滿足使用性能和工藝性能要求。

（2） 根據沖壓工件材料和生產批量選用模具材料。

（3） 應具有良好的加工工藝性能，滿足鍛造、切削

來源：鍛壓裝備與制造技術

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