冷作工具鋼

冷作工具鋼側重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性為主。冷作工具鋼包括製造衝截用的模具（落料衝孔模、修邊模、衝頭、剪刀）、冷鐓模和冷擠壓模、壓彎模及拉絲模等

特點

真空脱氣精煉鋼，內質純淨

機械加工性良好（切削性較SKD1提高20%）

淬透性良好，空冷淬硬（不易出現淬裂）

耐磨性極為優異（可用作不鏽鋼及高硬度材的衝裁模）

韌性良好

用途

用途使用硬度用途使用硬度

衝裁模HRC58~62高級量規HRC60~65

成形軋輥HRC58~63搓絲輥HRC60~63

十字槽頭螺釘成形模HRC57~62冷擠壓制模壓力機用原陽模HRC58~65

拉伸模HRC58~63冷鐓模HRC58~62

剪刀HRC50~65熱固性樹脂成形用模HRC56~61

工作條件

及性能要求

綜述

冷作工具鋼在工作時．由於被加工材料的變形抗力比較大，模具的工作部分承受很

冷作工具鋼

大的壓力、彎曲力、衝擊力及摩擦力。因此，冷作模具的正常報廢原因一般是磨損．也有因斷裂、崩力和變形超差而提前失效的。

冷作工具鋼與刃具鋼相比．有許多共同點。要求模具有高的硬度和耐磨性、高的抗彎強度和足夠的韌性，以保證衝壓過程的順利進行、其不同之處在於模具形狀及加工藝複雜．而且摩擦面積大．磨損可能性大．所以修磨起來困難。因此要求具有更高的耐磨化模具工作時承受衝壓力大．又由於形狀複雜易於產生應力集中，所以要求具有較高的韌性；模具尺寸大、形狀複雜．所以要求較高的淬透性、較小的變形及開裂傾向性。總之，冷作工具鋼在淬透性、耐磨性與韌性等方面的要求要較刃具鋼高一些．而在紅硬性方面卻要求較低或基本上沒要求（因為是冷態成形），所以也相應形成了一些適於做冷作模具用的鋼種，例如，發展了高耐磨、微變形冷作模具用鋼及高韌性冷作模具用鋼等。下面結合有關鋼種選用進一步説明。

Crl2

性能：高碳、高鉻類型萊氏體鋼，具有較好的淬透性和良好的耐磨性。由於鋼中碳質量分數最高可達2.30%，從而鋼變得硬而脆，所以衝擊韌性較差，幾乎不能承受較大的衝擊荷載，易脆裂，而且易形成不均勻的共晶碳化物。

用途：用於製造受衝擊荷載較小，且要求高耐磨性的冷沖模和衝頭，剪切硬且薄的金屬的冷切剪刃、鑽套、量規、拉絲模、壓印模、搓絲板、拉延模和螺絲滾模等。

生產品種：熱軋材、冷拉材、鍛材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

Cr12Mo1V1

性能：高碳、高鉻類型萊氏體鋼，無特殊要求時鑽不作為必加元素。由於鉬和釩的含量比Cr12MoV高，故鋼的組織和晶粒度進一步細化，提高了鋼的淬透性、強度和韌性，使鋼的綜合性能更好。

用途：用於製造要求高耐磨性的大型複雜冷作模具，如冷切剪刀、切邊模、拉絲模、搓絲板、螺紋滾模、滾邊模和要求高耐磨的冷沖模和衝頭等。

生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

Cr12MoV

性能：高碳、高鉻類型萊氏體鋼，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，淬火時體積變化小。其碳含量比Cr12鋼低很多，且加入了鉬、釩，因此，鋼的熱加工性能、衝擊韌性和碳化物分佈都得到了明顯改善。

用途：用於製造斷面較大、形狀複雜、耐磨性要求高、承受較大沖擊負荷的冷作模具，如冷切剪刀、切邊模、滾邊模、量規、拉絲模、搓絲板、螺紋滾模、形狀複雜的衝孔凹模、鋼板深拉伸模，以及要求高耐磨的冷沖模和衝頭等。

生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

Cr5Mo1V

性能：合金含量中等，由於含有鉬和釩，所以鋼的淬透性良好，碳化物分佈均勻，具有一定的衝擊韌性和較好的耐磨性。

用途：用於製造定型模、鑽套、冷沖模、衝頭、切邊模、螺紋滾模、搓絲板和量規等。

生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

9Mn2V

性能：綜合力學性能比碳素工具鋼好，具有較高的硬度和耐磨性，淬透性很好，淬火時變形較小。由於鋼中含有一定量的釩，細化了晶粒，減小了過熱敏感性。碳化物不均勻性比CrWMn鋼好。

用途：用於製造各種精密量具、樣板，以及一般要求的尺寸較小的沖模、冷壓模、雕刻模、料模、剪刀、絲錐、板牙和鉸刀等。

生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、熱軋鋼板、冷拉鋼絲。

根據需方要求可供應中小規格的模塊。

CrWMn

性能：具有較高的淬透性，由於加入1.20%%26mdash;1.60%（質量分數）鎢，形成碳化物，所以在淬火和低温回火後具有一定的硬度和耐磨性。鎢有助於保持細小晶粒，從而使鋼具有較好的韌性，該鋼對形成網狀碳物比較敏感，而且這種碳公物網使工具刃部有剝落的危險。

用途：使用較為廣泛的冷作工具鋼。用於製造量具，如板牙、塊規、樣柱和樣套，，以及形狀複雜的高精度沖模等。

生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、冷拉鋼絲、銀亮鋼絲、熱軋鋼板、冷軋鋼板。

9CrWMn

性能：低合金冷作工具鋼，具有一定的淬透性和耐磨性，淬火變形較小，碳化物分佈均勻且顆粒細小。

用途：用於製造截面不大的，而形狀較複雜的冷沖模，以及量規、樣板等量具。

生產品種：熱軋材、鍛材、冷拉材、冷拉鋼絲、冷軋鋼板。

Cr4W2MoV

性能：新中型合金冷作工具鋼，性能較穩定，與高合金冷作工具鋼Crl2、Crl2MoV相比，用其製成的模具使用壽命明顯提高。該鋼的共晶碳化物顆粒細小，分佈均勻，具有較高的淬透性和淬硬性，以及較好的耐磨性和尺寸穩定性。但鋼的熱加工温度範圍較窄，變形抗力較大。

用途：用於製造各種沖模、冷鐓模、落料模、拉延模、冷擠壓凹模和搓絲板等。

生產品種：熱軋材、鍛材。

根據需方要求可供應小規格模塊。

6Cr4W3Mo2VNb

性能：高韌性冷作工具鋼，其化學成分接近高速工具鋼的基體成分，屬於一種基體鋼。因此，它具有高速工具鋼的高硬度和高強度。又因該鋼沒有過剩的碳化物，所以具有較高的韌性和疲勞強度。該鋼含有0.20%%26mdash;0.35%（質量分數）的鈮，使晶粒細化，並提高晶粒精化温度，從而提高了鋼的韌性，改善了其工藝性能。

用途：用於製造冷擠壓模具、冷鐓模、螺釘衝頭、冷沖模、拉延模和搓絲板等。

生產品種：熱軋材、鍛材。

根據需方求可供應部分扁鋼或其他條鋼。

6W6Mo5Cr4V

性能：低碳高速工具鋼類型的冷作工具鋼，其淬透性好，並具有類似高速工具鋼的高硬度、高耐磨性、高強度等綜合性能，還具有比高速工具鋼韌性好的特性。用該鋼製造的冷擠壓模壽命較長。因鋼中鉬含量較高，其熱加工温度範圍稍窄，變形抗力較大。此鋼易脱碳。

用途：用於製造冷擠壓凹模和上下衝頭等。

生產品種：熱軋材、鍛材。

鋼種選擇

通常按冷作模具的使用條件，可以將鋼種選擇分為以下四種情況：

（1）尺寸小、形狀簡單、輕負荷的冷作模具。例如．小衝頭，剪落鋼板的剪刀等可選用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具鋼製造。這類鋼的優點是；可加工性好、價格便宜、來源容易。但其缺點是：淬透性低、耐磨性差、淬火變形大。因此，只適於製造一些尺寸小、形狀簡單、輕負荷的工具以及要求硬化層不深並保持高韌性的冷像模等。

（2）尺寸大、形狀複雜、輕負荷的冷作模具。常用的鋼種有9SiCr、CrWMn、GCr15及9Mn2V等低合金刃具鋼。這些鋼在油中的淬透直徑大體上可達40mm以上。其中9Mn2V鋼是我國近年來發展的一種不含Cr的冷作模具用鋼．可代替或部分代替含Cr的鋼。

9Mn2V鋼的碳化物不均勻性和淬火開裂傾向性比CrWMn鋼小、脱碳傾向性比9SiCr鋼小，而淬透性比碳素工具鋼大．其價格只比後者高約30%因此是一個值得推廣使用的鋼種。

但9Mn2V鋼也存在一些缺點如衝擊韌性不高，在生產使用中發現有碎裂現象．另外回火穩定性較差，回火温度一般不超過180℃在200℃回火時抗彎強度及韌性開始出現低值。

9Mn2V鋼可在硝鹽、熱油等冷卻能力較為緩和的淬火介質中淬火。對於一些變形要求嚴格而硬度要求又不很高的模具，可採用奧氏體等温淬火。

（3）尺寸大、形狀複雜重負荷的冷作模具。須採用中合金或高合金鋼．如Cr12Mo、Crl2MoV、Cr6WVCr4W2MoV等，另外也有選用高速鋼的。

近年來用高速鋼做冷作模具的傾向巴日趨增大、但應指出，此時已不再是利用高速鋼所特有的紅硬性長處．而用它的高淬透性和高耐磨性。為此．在熱處理工藝上也應有所區別。

選用高速鋼做冷模具時．應採用低温淬火．以提高韌性。例如W18Cr4V鋼做刃具時常用的淬火温度為1280-1290℃。而做冷作模具時，則應採用1190℃的低温淬火。又如W6Mo5Cr4V2鋼．採用低温淬火後可使壽命大大提高、特別是顯著減少了折損率。

（4）受衝擊負荷且刀間單薄的冷作模具。如上所述．前三類冷作模具用鋼的使用性能要求均以高耐磨性為主為此均採用高碳過共析鋼乃至榮氏體鋼。而對有的冷作模具加切邊樓、衝裁模等．其對口單薄．使用時又受衝擊負荷作用則應以要求高的衝擊韌性為主。為了解決這一矛盾．可採取以下措施．①降低合碳量．採用亞共折鋼．以避免由於一次及二次碳化物而引起鋼的韌性下降；②加入Si．、Cr等合金元素．以提高鋼的回火穩定性和回火温度（240一270℃回火）這樣有利於充分消除淬火應力使嘰提高．而又不致降低硬度；②加入W等形成難熔碳化物的元素以細化晶粒、提高韌性。常用的高韌性冷作模具用鋼有6SiCr、4CrW2Si；、5CrW2Si等。

3.充分發揮冷作工具鋼性能潛力的途徑

在用Cr12型鋼或高速鋼做冷作模具時，一個很突出的問題是鋼的脆性大．使用中易開裂。為此，必須用充分鍛打的方法細化碳化物．除此之外應發展新鋼種。發展新鋼種的着眼點，應是降低鋼的含碳量及碳化物形成元素的數量。近年來國內研製並推廣以下幾種新鋼種、如表4.11所示。

Cr4W2MoV鋼具有高硬巨、高耐磨性和淬透性好等優點．並具有較好的回火穩定性及綜合力學性能．用乾製造硅鋼片沖模等．可使壽命比Cr12MoV鋼提高1～3倍以上但此鋼鍛造温區範圍較窄，鍛造河縣開裂．應嚴格控制鍛造温度和操作規認Cr2Mn2SiWMoV鋼淬火温度低、淬火變形小、淬透性高．有空淬微變形模具鋼之稱7W7Cr4MoV鋼可代W18Cr4V和Cr12MoV鋼．其特點是鋼的碳化物不均勻性和韌性得到很大的改善。

性能比較

常用冷作模具鋼性能比較

鋼號

工作硬度

耐磨性

韌度

淬火不變形性

淬硬深度

可加工性

脱碳敏感性

Cr12

58~64

好

差

好

深

較差

較小

Cr12MoV

55~63

好

較差

好

深

較差

較小

9Mn2V

58~62

中等

中等

較好

較淺

較好

較大

CrWMn

58~62

中等

中等

中等

較淺

中等

較大

9SiCr

57~62

中等

中等

中等

較淺

中等

較大

Cr4W2MoV

58~62

較好

較差

中等

深

較差

中等

6W6Mo5Cr4V2

56~62

較好

較好

中等

深

中等

中等

W18Cr4V2

60~65

好

較差

中等

深

較差

小

W6Mo5Cr4V2

58~64

好

中等

中等

深

較差

中等

CrW2Si

54~58

較好

較好

中等

深

中等

中等

T10A

56~62

較差

中等

較差

淺

好

大

9SiCr

58~62

中等

中等

較差

較淺

中等

大

Cr2

58~62

中等

中等

中等

較淺

較好

較大

7Cr7Mo2V2Si

57~62

較好

較好

中等

深

較差

較小

5CrNiMo

47~51

中等

好

較好

較深

好

中等

60Si2Mn

47~51

57~61

中等

中等

較差

較深

較好

極大

65Mn

47~51

57~61

中等

中等

較差

較深

較好

極大

40Cr

45~50

差

中等

中等

中等

好

小 ^[1] 

兩者區別

冷作工具鋼與熱作模具鋼成分區別

冷作工具鋼側重硬度、耐磨性。含碳量高，添加合金元素以增加淬透性，提高耐磨性為主。

熱作模具鋼對硬度要求適當，側重於紅硬性，導熱性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、紅硬性為主。

失效形式

冷作工具鋼的失效形式

脆性斷裂失效：主要是模具存在冶金缺陷，如帶狀組織和網狀碳化物；工藝缺陷，如晶粒粗大，表面磨削燒傷，粗糙刀痕，回火不足等；或因工作過程操作不當發生超載，容易發生早期脆斷失效。早期脆斷的模具壽命很短，一般加工工件不超過數千件，有的壽命甚至只有幾十次至幾百次。脆性斷口平齊，顏色一致。

疲勞斷裂失效：主要是由於循環應力所造成的，其斷裂過程要比脆斷失效緩慢得多，其模具壽命在5000-10000次以上。疲勞斷裂端口呈現不同區域，可看到疲勞源、疲勞擴展區和快速斷裂區。疲勞斷裂常見於各種重載模具，如冷擠壓模。由於重載模具在施壓變形過程中，模具表面的瞬時温度可達200-300℃，造成温度循環，因而加速了疲勞裂紋的蒙山。

性能要求

冷作工具鋼性能要求

斷裂抗力一次性脆斷抗力：能表徵一次性脆斷抗力的指標為一次衝擊斷裂功、抗壓強度和抗彎強度。上述指標可反映衝頭在過載時的斷裂抗力。

疲勞斷裂抗力：由在一定的循環載荷下所表現的斷裂循環次數或在規定的循環次數導致試樣斷裂的載荷值來表徵，可用小能量多次衝擊斷裂功或多次衝擊斷裂壽命，拉一壓疲勞強度或疲勞壽命，接觸疲勞強度或接觸疲勞壽命幾個指標來反映。

裂紋斷裂抗力：當模具中已存在微裂紋後，其斷裂抗力大大減弱。因此，不能採用光滑試樣測試的各種斷裂抗力，來評價裂紋體的斷裂抗力。根據斷裂力學理論，可採用斷裂韌度指標來表徵裂紋體的斷裂抗力。