模具专业发展史
60年代以来，在国家有关部委的支持下，中国科技工作者根据国情开发了许多新型模具钢，其中一些受到模具生产厂家和用户的欢迎。在此期间，还引进了一些国外通用钢种，其中一些通过了生产试验，取得了良好的效果。对一些应用效果较好的冷作模具钢和热作模具钢，有关部门也组织了性能对比试验研究，提出了选用建议。为了满足高耐磨、长寿命模具的需要，我国硬质合金在50年代后期迅速发展，同时开发了多种钢结硬质合金，用作模具，取得了良好的效果。
本文分为六个部分:冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢、硬质合金和钢结硬质合金、模具热处理、展望和建议。
冷作模具钢
目前国内常用的冷作模具钢仍是低合金工具钢CrWMn、高碳高铬工具钢Cr12MoV、Cr12这些老钢种。CrWMn钢具有适当的淬透性和耐磨性，热处理变形小。但锻造后必须严格控制冷却速度，采用适当的热处理，使碳化物以均匀细小的颗粒分布在基体上，否则容易形成网状碳化物，导致模具在使用中崩边开裂。高碳高铬工具钢耐磨性高，但碳化物偏析严重，导致变形方向性和强韧性下降。反复镦粗可以在一定程度上改善偏析程度。
1981年，中国引进了国际通用的高碳高铬工具钢D2(Cr12Mo1V1)。与Cr12MoV钢相比，D2钢的碳化物偏析略有改善，强度和韧性略有提高，D2钢的模具使用寿命也有一定程度的提高。高速钢(主要是W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V)具有较高的耐磨性和强度，常用于制作模具，但其韧性不能满足冲击载荷大的复杂大型模具的需要。
为了提高这类钢的强度和韧性，中国开发了一些新的冷作模具钢，如:
1低合金冷作模具钢
这种钢的主要特点是工艺性好，淬火温度低，热处理变形小，强韧性好，耐磨性适当。如GD(6CrMnNiMoVSi)、7CrSiMnMoV(简称ch)、DS钢等。GD钢用于制作易崩边、易断裂的冷模具，使用寿命较长。CH钢的成分与日本SX105V钢相同。它是一种火焰硬化钢，通常用于制造汽车和其他生产线的模具部件。火焰淬火时，模具刃口切割面受热，硬化层下有高韧性基体作为衬垫，模具使用寿命长。DS钢是一种冲击冷作模具钢，其冲击韧性明显优于高韧性叶片常用工具钢6CrW2Si。
2基体钢
基体钢一般指高速钢淬火组织中与基体化学成分相同的钢。70年代初，美国和日本研究了与M2和M36高速钢基体相当的基体钢，牌号为VascoMA、VascoMatrixI和MOD2，但没有得到广泛应用。国内已经开发了一些基体钢，如65Cr4W3Mo2VNb(简称65Nb)、65W8Cr4VTi(简称lm 1)、65 Cr 5 mo 2 wsvi ti(简称LM2)等。这些基体钢的主要特点是碳含量略高于基体，以增加一次碳化物含量，提高耐磨性，并加入少量强碳化物形成元素铌或钛，形成相对稳定的碳化物，以防止淬火和加热时晶粒长大，改善钢的工艺性能。这种基体钢已广泛用于制造冷挤压、厚板冷冲压、冷镦等模具。，特别适用于难变形材料的大型复杂模具，也可用作黑色金属的温挤压模具。
高韧性耐磨冷作模具钢
为了改善Cr12冷作模具钢的碳化物偏析，提高韧性，进一步提高耐磨性，我国做了大量的研究工作，开发了许多新钢种，如ld、ER5、GM钢等。在这些钢中，适当降低铬含量以改善碳化物偏析，并增加钨、钼和钒的含量以增加二次硬化能力和改善耐磨性。与Cr12冷作模具钢相比，该钢碳化物偏析得到改善，韧性提高。这种钢比Cr12冷作模具钢耐磨性更好，所以制成的模具寿命更长，更适用于高速冲床和多工位冲床。
热作模具钢
国内常用的热作模具钢有5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V钢。
5CrNiMo钢主要用作大中型锻模。但其淬透性和回火稳定性不够高，性能不能满足大截面锻模的要求。3Cr2W8V钢广泛用作黑色金属和有色金属的热挤压模具以及铜和铝合金的压铸模具。这种钢热稳定性高，使用温度达到650℃，但钨基热作模具钢导热系数低，冷热疲劳性差。
80年代初，我国引进国外普通铬基热作模具钢H13(4Cr5MoSiV1)，具有良好的冷热疲劳性能。在使用温度不超过600℃时，代替3Cr2W8V钢，模具寿命大大提高，因此H13钢迅速推广应用。
为了满足新型压力加工技术和设备对模具钢在强度、韧性和热稳定性方面的更高要求，我国开发了许多新型热作模具钢，主要包括:
1热锻模具钢
20世纪80年代，针对5CrNiMo钢淬透性不能满足大断面锤锻模使用要求，使用温度不超过500℃的问题，国内外对用钢进行了大量的分析、比较和研究。研究结果表明，国外5CrNiMoV钢的Cr、Ni、Mo含量高于国产5CrNiMo钢，并含有少量V，因此其淬透性和回火稳定性高于国产5CrNiMoV钢。建议用5crnimov钢制造大型复杂重载锤锻模。
我国也开发了大截面热锻模具钢5Cr2NiMoVSi和45Cr2NiMoVSi，并得到了广泛应用。与5CrNiMo钢相比，这些钢的碳含量略低，Cr和Mo含量增加，并加入适量的V和Si，因此具有较高的淬透性和热稳定性。与5Cr2NiMoVSi钢相比，45Cr2NiMoVSi钢中碳、硅含量略低，更适合锤锻模具。这种钢用于制造4000吨以上的机械压力机的锻模和3t以上的锻锤，其使用寿命比5CrNiMoV和5crnimov高0.5~1.5倍。3Cr2MoWVNi钢也是我国研制的热锻模具钢，使用寿命长。
2热挤压模具钢
H13是国内外广泛使用的热作模具钢，其使用温度不超过600？c、具有良好的冷热疲劳性能，用作热挤压模具和铝合金压铸模具使用寿命长。而H13钢的尺寸效应较大。为了改善其尺寸效应，减少Cr和Mo的成分偏析，国外采用炉外精炼、高温扩散退火和各向同性锻造，国内多采用电渣重熔等工艺。
我国开发了许多具有良好强度、韧性和高热稳定性的热作模具钢。有些钢是在国外钼基3Cr3Mo3V钢和铬基H13钢的基础上发展起来的，在合金化方面有一定的特点，如HMI(3Cr3Mo3W2V)、TM(4Cr3Mo2WMnVNb)、Y4(4Cr3Mo2MnVB)、y 10(4c r5 mo 2 SIF 1)。这些钢在强度和韧性良好的条件下具有较高的热稳定性，用于制造热挤压模具、精密锻造模具、有色金属压铸模具等。，使用效果好。
我国有关部门组织了一些研究单位和用户，选择了国内外已应用和新开发的27种热作模具钢，对其基本力学性能、工艺性能和使用性能进行了测试和比较，提出了各类热作模具的选材标准。
塑料模具钢
塑料成型模具的产值已占模具工业总产值的第一位。中国过去没有塑料模具专用钢。近年来，我国在引进国外塑料模具用钢的同时，开发了一些新的塑料模具专用钢。
1预硬化塑料模具钢
这种钢在钢铁厂完全锻造，制成模块。经预热处理至所需硬度(一般预硬化至30~35RHC)后，可供用户制作模具使用。P20(即3Cr2Mo)是国外应用最广泛的预硬塑料模具钢，已被列入我国合金工具钢标准，从80年代开始在我国部分工厂广泛使用。718是瑞典生产的改性P20钢，淬透性比P20高。淬火回火后，在大截面尺寸上能保持硬度均匀，在国内也有广泛应用。
2易切削预硬化钢
为了改善预硬化塑料模具钢的可加工性，可以添加易切削元素。美国、日本和德国已经开发出一些易切削预硬化钢。国外易切削预硬钢主要是S系列，也有S-Se系列和Ca系列。但是Se比较贵。S系易切削钢的各向异性较大，截面越大硫化物的偏析越严重。
国内开发了一些含硫易切削预硬塑料模具钢，如8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)、S-Ca复合易切削塑料模具钢5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)。5NiSCa钢采用了S-Ca复合易切削系统和喷射冶金技术，改善了硫化物的形态和分布，提高了钢的各向异性，在大截面上硫化物的分布仍较为均匀。5NiSCa钢淬透性高，镜面抛光。当模具硬度为35 ~ 45小时RC时，可以顺利加工。
3非调质塑料模具钢
这种钢不经调度处理，锻轧后即可达到预硬度，有利于节约能源，降低成本，缩短生产周期。我国研制的这类钢有:中碳锰硼空冷贝氏体钢，可用于制造塑料模具和橡胶模具；非调质塑料模具钢2Mn2CrVTiSCaRe(FT)，其中添加S、Ca、Re作为易切削元素，切削性能优于S-Ca复合易切削钢；低碳MnMoVB是非调质贝氏体大断面塑料模具钢(B30)，其中添加了S和Ca作为易切削元素。工业试生产表明，热轧空冷后400mm厚板坯的硬度沿断面均匀分布。
4时效硬化钢
中国开发了几种低镍时效硬化钢。这些钢在淬火和回火后进行加工，然后通过沉淀金属间化合物来提高硬度，热处理后变形很小。时效硬化钢适用于制作高精度塑料模具和透明塑料模具。
这种钢包括25CrNi3MoAl、10Ni3Mn2AlCu(PMS)和06Ni6CrMoVTiAl。这些钢经过调质处理后，硬度为20~30HRC，可以进行机加工，然后进行时效处理，硬度可达38~42HRC。
5耐腐蚀塑料模具钢
当塑料制品由具有化学腐蚀性的塑料制成时，模具应具有耐腐蚀性。模具一般采用耐腐蚀钢，此时也要求具有良好的耐磨性。常用的钢种有4Cr13(420)、9Cr18和17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我国研制的耐腐蚀塑料模具钢，具有良好的综合力学性能和耐腐蚀性能。
硬质合金和钢结硬质合金
硬质合金是一种由粉末冶金制成的复合材料。硬质合金硬度高、耐磨性好、弹性模量高、工作温度高。用来制作一些模具，模具的使用寿命可以提高几倍甚至几十倍。但硬质合金比较脆，抗弯强度和韧性较差，不能加工。硬质合金作为一种模具材料，主要用于冲击力很小的拉丝模、冷挤压和冷冲压模具。目前，我国已经能够生产各种品牌的硬质合金，基本能够满足国内市场的需求。
为了满足制造钻集成电路板用微钻、电脑用点阵打印针、精密模具等的需要。，近年来，许多国家开发了一些微晶(WC晶粒小于1微米)和超细晶硬质合金(WC晶粒小于0.6微米)。在传统硬质合金中，WC晶粒尺寸为1.3 ~ 1.5微米。超细晶硬质合金弥补了常规硬质合金的许多缺点，扩大了其应用范围，在制造耐磨、抗冲击模具方面取得了良好的效果。我国一些研究所和硬质合金厂开发了各种品牌的微晶硬质合金和超细晶硬质合金。目前，高性能超细晶硬质合金的开发仍是硬质合金研究的热点。
钢结硬质合金是以碳化物为硬质相，钢为粘结相的复合材料。钢结硬质合金具有良好的耐磨性，其强度和韧性一般高于硬质合金，并具有热处理、切削加工、延展性和焊接性等一些工艺性能。模具是钢结硬质合金的主要应用领域。我国从20世纪60年代开始研制这种材料，开发了各种牌号的钢结硬质合金，用作模具的钢结硬质合金。硬质相主要是TiC和WC，钢基体主要是低合金Cr-Mo钢、中高合金工具钢或高速钢，如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GJW50和GJW。钢结硬质合金已用于制造冷镦模、挤压模、拉伸模、冲裁模、拉丝模、热镦模等。
粉末冶金技术的发展和热等静压的应用导致了无偏析粉末高速钢在20世纪70年代的生产和使用。其主要特点是强韧性、磨削性、各向同性和热处理工艺性优于普通高速钢，使用寿命相对较长。未来，该技术将用于生产常规技术无法生产的高碳、高钒、高耐磨冷模具钢。这种钢具有良好的切削性能、磨削性能和韧性，制成的模具使用寿命与某些硬质合金相近。国外已生产出许多品牌的高耐磨粉末冶金冷模具钢，但国内的研究很少。