冷作工具钢

一种加工用的原料

冷作工具钢是一种加工用的原料。

冷作工具钢侧重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性为主。冷作工具钢包括制造冲截用的模具（落料冲孔模、修边模、冲头、剪刀）、冷镦模和冷挤压模、压弯模及拉丝模等

特点

真空脱气精炼钢，内质纯净

机械加工性良好（切削性较SKD1提高20%）

淬透性良好，空冷淬硬（不易出现淬裂）

耐磨性极为优异（可用作不锈钢及高硬度材的冲裁模）

韧性良好

用途

用途使用硬度用途使用硬度

冲裁模HRC58~62高级量规HRC60~65

成形轧辊HRC58~63搓丝辊HRC60~63

十字槽头螺钉成形模HRC57~62冷挤压制模压力机用原阳模HRC58~65

拉伸模HRC58~63冷镦模HRC58~62

剪刀HRC50~65热固性树脂成形用模HRC56~61

工作条件

及性能要求

综述

冷作工具钢在工作时．由于被加工材料的变形抗力比较大，模具的工作部分承受很

冷作工具钢

大的压力、弯曲力、冲击力及摩擦力。因此，冷作模具的正常报废原因一般是磨损．也有因断裂、崩力和变形超差而提前失效的。

冷作工具钢与刃具钢相比．有许多共同点。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗弯强度和足够的韧性，以保证冲压过程的顺利进行、其不同之处在于模具形状及加工艺复杂．而且摩擦面积大．磨损可能性大．所以修磨起来困难。因此要求具有更高的耐磨化模具工作时承受冲压力大．又由于形状复杂易于产生应力集中，所以要求具有较高的韧性；模具尺寸大、形状复杂．所以要求较高的淬透性、较小的变形及开裂倾向性。总之，冷作工具钢在淬透性、耐磨性与韧性等方面的要求要较刃具钢高一些．而在红硬性方面却要求较低或基本上没要求（因为是冷态成形），所以也相应形成了一些适于做冷作模具用的钢种，例如，发展了高耐磨、微变形冷作模具用钢及高韧性冷作模具用钢等。下面结合有关钢种选用进一步说明。

Crl2

性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，具有较好的淬透性和良好的耐磨性。由于钢中碳质量分数最高可达2.30%，从而钢变得硬而脆，所以冲击韧性较差，几乎不能承受较大的冲击荷载，易脆裂，而且易形成不均匀的共晶碳化物。

用途：用于制造受冲击荷载较小，且要求高耐磨性的冷冲模和冲头，剪切硬且薄的金属的冷切剪刃、钻套、量规、拉丝模、压印模、搓丝板、拉延模和螺丝滚模等。

生产品种：热轧材、冷拉材、锻材、热轧钢板、冷拉钢丝。

Cr12Mo1V1

性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，无特殊要求时钻不作为必加元素。由于钼和钒的含量比Cr12MoV高，故钢的组织和晶粒度进一步细化，提高了钢的淬透性、强度和韧性，使钢的综合性能更好。

用途：用于制造要求高耐磨性的大型复杂冷作模具，如冷切剪刀、切边模、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、滚边模和要求高耐磨的冷冲模和冲头等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。

Cr12MoV

性能：高碳、高铬类型莱氏体钢，具有良好的淬透性，截面尺寸在400mm以下可以完全淬透，且具有很高的耐磨性，淬火时体积变化小。其碳含量比Cr12钢低很多，且加入了钼、钒，因此，钢的热加工性能、冲击韧性和碳化物分布都得到了明显改善。

用途：用于制造断面较大、形状复杂、耐磨性要求高、承受较大冲击负荷的冷作模具，如冷切剪刀、切边模、滚边模、量规、拉丝模、搓丝板、螺纹滚模、形状复杂的冲孔凹模、钢板深拉伸模，以及要求高耐磨的冷冲模和冲头等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。

Cr5Mo1V

性能：合金含量中等，由于含有钼和钒，所以钢的淬透性良好，碳化物分布均匀，具有一定的冲击韧性和较好的耐磨性。

用途：用于制造定型模、钻套、冷冲模、冲头、切边模、螺纹滚模、搓丝板和量规等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。

9Mn2V

性能：综合力学性能比碳素工具钢好，具有较高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火时变形较小。由于钢中含有一定量的钒，细化了晶粒，减小了过热敏感性。碳化物不均匀性比CrWMn钢好。

用途：用于制造各种精密量具、样板，以及一般要求的尺寸较小的冲模、冷压模、雕刻模、料模、剪刀、丝锥、板牙和铰刀等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、热轧钢板、冷拉钢丝。

根据需方要求可供应中小规格的模块。

CrWMn

性能：具有较高的淬透性，由于加入1.20%%26mdash;1.60%（质量分数）钨，形成碳化物，所以在淬火和低温回火后具有一定的硬度和耐磨性。钨有助于保持细小晶粒，从而使钢具有较好的韧性，该钢对形成网状碳物比较敏感，而且这种碳公物网使工具刃部有剥落的危险。

用途：使用较为广泛的冷作工具钢。用于制造量具，如板牙、块规、样柱和样套，，以及形状复杂的高精度冲模等。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、冷拉钢丝、银亮钢丝、热轧钢板、冷轧钢板。

9CrWMn

性能：低合金冷作工具钢，具有一定的淬透性和耐磨性，淬火变形较小，碳化物分布均匀且颗粒细小。

用途：用于制造截面不大的，而形状较复杂的冷冲模，以及量规、样板等量具。

生产品种：热轧材、锻材、冷拉材、冷拉钢丝、冷轧钢板。

Cr4W2MoV

性能：新中型合金冷作工具钢，性能较稳定，与高合金冷作工具钢Crl2、Crl2MoV相比，用其制成的模具使用寿命明显提高。该钢的共晶碳化物颗粒细小，分布均匀，具有较高的淬透性和淬硬性，以及较好的耐磨性和尺寸稳定性。但钢的热加工温度范围较窄，变形抗力较大。

用途：用于制造各种冲模、冷镦模、落料模、拉延模、冷挤压凹模和搓丝板等。

生产品种：热轧材、锻材。

根据需方要求可供应小规格模块。

6Cr4W3Mo2VNb

性能：高韧性冷作工具钢，其化学成分接近高速工具钢的基体成分，属于一种基体钢。因此，它具有高速工具钢的高硬度和高强度。又因该钢没有过剩的碳化物，所以具有较高的韧性和疲劳强度。该钢含有0.20%%26mdash;0.35%（质量分数）的铌，使晶粒细化，并提高晶粒精化温度，从而提高了钢的韧性，改善了其工艺性能。

用途：用于制造冷挤压模具、冷镦模、螺钉冲头、冷冲模、拉延模和搓丝板等。

生产品种：热轧材、锻材。

根据需方求可供应部分扁钢或其他条钢。

6W6Mo5Cr4V

性能：低碳高速工具钢类型的冷作工具钢，其淬透性好，并具有类似高速工具钢的高硬度、高耐磨性、高强度等综合性能，还具有比高速工具钢韧性好的特性。用该钢制造的冷挤压模寿命较长。因钢中钼含量较高，其热加工温度范围稍窄，变形抗力较大。此钢易脱碳。

用途：用于制造冷挤压凹模和上下冲头等。

生产品种：热轧材、锻材。

钢种选择

通常按冷作模具的使用条件，可以将钢种选择分为以下四种情况：

（1）尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具。例如．小冲头，剪落钢板的剪刀等可选用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具钢制造。这类钢的优点是；可加工性好、价格便宜、来源容易。但其缺点是：淬透性低、耐磨性差、淬火变形大。因此，只适于制造一些尺寸小、形状简单、轻负荷的工具以及要求硬化层不深并保持高韧性的冷像模等。

（2）尺寸大、形状复杂、轻负荷的冷作模具。常用的钢种有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具钢。这些钢在油中的淬透直径大体上可达40mm以上。其中9Mn2V钢是我国近年来发展的一种不含Cr的冷作模具用钢．可代替或部分代替含Cr的钢。

9Mn2V钢的碳化物不均匀性和淬火开裂倾向性比CrWMn钢小、脱碳倾向性比9SiCr钢小，而淬透性比碳素工具钢大．其价格只比后者高约30%因此是一个值得推广使用的钢种。

但9Mn2V钢也存在一些缺点如冲击韧性不高，在生产使用中发现有碎裂现象．另外回火稳定性较差，回火温度一般不超过180℃在200℃回火时抗弯强度及韧性开始出现低值。

9Mn2V钢可在硝盐、热油等冷却能力较为缓和的淬火介质中淬火。对于一些变形要求严格而硬度要求又不很高的模具，可采用奥氏体等温淬火。

（3）尺寸大、形状复杂重负荷的冷作模具。须采用中合金或高合金钢．如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WVCr4W2MoV等，另外也有选用高速钢的。

近年来用高速钢做冷作模具的倾向巴日趋增大、但应指出，此时已不再是利用高速钢所特有的红硬性长处．而用它的高淬透性和高耐磨性。为此．在热处理工艺上也应有所区别。

选用高速钢做冷模具时．应采用低温淬火．以提高韧性。例如W18Cr4V钢做刃具时常用的淬火温度为1280-1290℃。而做冷作模具时，则应采用1190℃的低温淬火。又如W6Mo5Cr4V2钢．采用低温淬火后可使寿命大大提高、特别是显著减少了折损率。

（4）受冲击负荷且刀间单薄的冷作模具。如上所述．前三类冷作模具用钢的使用性能要求均以高耐磨性为主为此均采用高碳过共析钢乃至荣氏体钢。而对有的冷作模具加切边楼、冲裁模等．其对口单薄．使用时又受冲击负荷作用则应以要求高的冲击韧性为主。为了解决这一矛盾．可采取以下措施．①降低合碳量．采用亚共折钢．以避免由于一次及二次碳化物而引起钢的韧性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高钢的回火稳定性和回火温度（240一270℃回火）这样有利于充分消除淬火应力使叽提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成难熔碳化物的元素以细化晶粒、提高韧性。常用的高韧性冷作模具用钢有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。

3.充分发挥冷作工具钢性能潜力的途径

在用Cr12型钢或高速钢做冷作模具时，一个很突出的问题是钢的脆性大．使用中易开裂。为此，必须用充分锻打的方法细化碳化物．除此之外应发展新钢种。发展新钢种的着眼点，应是降低钢的含碳量及碳化物形成元素的数量。近年来国内研制并推广以下几种新钢种、如表4.11所示。

Cr4W2MoV钢具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等优点．并具有较好的回火稳定性及综合力学性能．用干制造硅钢片冲模等．可使寿命比Cr12MoV钢提高1～3倍以上但此钢锻造温区范围较窄，锻造河县开裂．应严格控制锻造温度和操作规认Cr2Mn2SiWMoV钢淬火温度低、淬火变形小、淬透性高．有空淬微变形模具钢之称7W7Cr4MoV钢可代W18Cr4V和Cr12MoV钢．其特点是钢的碳化物不均匀性和韧性得到很大的改善。

性能比较

常用冷作模具钢性能比较

钢号

工作硬度

耐磨性

韧度

淬火不变形性

淬硬深度

可加工性

脱碳敏感性

Cr12

58~64

好

差

好

深

较差

较小

Cr12MoV

55~63

好

较差

好

深

较差

较小

9Mn2V

58~62

中等

较好

较浅

较好

较大

CrWMn

58~62

中等

较浅

中等

较大

9SiCr

57~62

中等

较浅

中等

较大

Cr4W2MoV

58~62

较好

较差

中等

深

较差

中等

6W6Mo5Cr4V2

56~62

较好

中等

深

中等

W18Cr4V2

60~65

好

较差

中等

深

较差

小

W6Mo5Cr4V2

58~64

好

中等

深

较差

中等

CrW2Si

54~58

较好

中等

深

中等

T10A

56~62

较差

中等

较差

浅

好

大

9SiCr

58~62

中等

较差

较浅

中等

大

Cr2

58~62

中等

较浅

较好

较大

7Cr7Mo2V2Si

57~62

较好

中等

深

较差

较小

5CrNiMo

47~51

中等

好

较好

较深

好

中等

60Si2Mn

47~51

57~61

中等

较差

较深

较好

极大

65Mn

47~51

57~61

中等

较差

较深

较好

极大

40Cr

45~50

差

中等

好

小

两者区别

冷作工具钢与热作模具钢成分区别

冷作工具钢侧重硬度、耐磨性。含碳量高，添加合金元素以增加淬透性，提高耐磨性为主。

热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，导热性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、红硬性为主。

失效形式

冷作工具钢的失效形式

脆性断裂失效：主要是模具存在冶金缺陷，如带状组织和网状碳化物；工艺缺陷，如晶粒粗大，表面磨削烧伤，粗糙刀痕，回火不足等；或因工作过程操作不当发生超载，容易发生早期脆断失效。早期脆断的模具寿命很短，一般加工工件不超过数千件，有的寿命甚至只有几十次至几百次。脆性断口平齐，颜色一致。

疲劳断裂失效：主要是由于循环应力所造成的，其断裂过程要比脆断失效缓慢得多，其模具寿命在5000-10000次以上。疲劳断裂端口呈现不同区域，可看到疲劳源、疲劳扩展区和快速断裂区。疲劳断裂常见于各种重载模具，如冷挤压模。由于重载模具在施压变形过程中，模具表面的瞬时温度可达200-300℃，造成温度循环，因而加速了疲劳裂纹的蒙山。

性能要求

冷作工具钢性能要求

断裂抗力一次性脆断抗力：能表征一次性脆断抗力的指标为一次冲击断裂功、抗压强度和抗弯强度。上述指标可反映冲头在过载时的断裂抗力。

疲劳断裂抗力：由在一定的循环载荷下所表现的断裂循环次数或在规定的循环次数导致试样断裂的载荷值来表征，可用小能量多次冲击断裂功或多次冲击断裂寿命，拉一压疲劳强度或疲劳寿命，接触疲劳强度或接触疲劳寿命几个指标来反映。

裂纹断裂抗力：当模具中已存在微裂纹后，其断裂抗力大大减弱。因此，不能采用光滑试样测试的各种断裂抗力，来评价裂纹体的断裂抗力。根据断裂力学理论，可采用断裂韧度指标来表征裂纹体的断裂抗力。

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