低淬透性冷作模具钢包括碳素工具钢和高碳低合金钢，该类钢的代表钢牌号为T7A、T8A、T9A、T10A、T12A，以及9SiCr、8MnSi、Cr2、9Cr2、Cr06、GCr15等。这类钢在热加工后应严格控制冷却速度，并需要采用适当的预备热处理工艺，否则容易形成网状碳化物，造成模具的脆性增大和早期开裂。

对于小型模具可选择较低的淬火温度（760～780℃）；对于较大型、中型模具，应适当提高淬火温度（800～850℃）。回火温度通常采用220～280℃。

1.碳素工具钢及其热处理

碳素工具钢的碳质量分数为0.7%～1.3%，热处理后可得到高的硬度和耐磨性，用于制作尺寸不大、形状简单、受轻载荷的模具。该类钢淬透性低，淬火温度范围窄，淬火畸变大，较大的模具不能淬透，淬火时易形成裂纹，并容易产生过热。与合金钢相比，该类钢制造的模具寿命低，因此不宜制作精度要求高、形状复杂、承载力较大的大中型模具。

碳素工具钢的钢牌号与化学成分见表3-6。

表3-6 碳素工具钢的钢牌号与化学成分

注：1.高级优质钢在钢牌号后加“A”。

2.w（P）：优质钢≤0.035%，高级优质钢≤0.030%；w（S）：优质钢≤0.030%，高级优质钢≤0.020%。

（1）预备热处理 碳素工具钢的球化退火及正火工艺规范分别见表3-7、表3-8。

表3-7 碳素工具钢的球化退火工艺规范

表3-8 碳素工具钢的正火工艺规范

（2）淬火、回火工艺 碳素工具钢的淬火、回火工艺规范见表3-9。碳素工具钢采用油淬或硝盐浴淬火时，为获得较深的淬硬层和较高的硬度，淬火加热温度比水淬时提高20℃左右。

表3-9 碳素工具钢的淬火、回火工艺规范

碳素工具钢淬透性低，模具大小差异很大，因此淬火冷却方式也分为水冷、油冷、分级淬火、双介质淬火等。碳素工具钢的淬火冷却方法及适用范围见表3-10。

表3-10 碳素工具钢的淬火冷却方法及适用范围

（3）应用 T7A钢适合于制作尺寸小、形状简单的冷作模具或抗冲击载荷的冷作模具；T8A钢适于制作小型拉拔、拉深、挤压等冷作模具；T10A钢适合于制作要求耐磨性较高而承受冲击载荷较小的冷作模具；T12A钢用于要求高硬度和高耐磨性而对韧性要求不高的切边模等。

2.高碳低合金冷作模具钢及其热处理

该类钢是在碳素工具钢的基础上加入适量的合金元素冶炼而成，合金元素的加入提高了过冷奥氏体的稳定性、钢的淬透性，降低了淬火冷却速度，减少了淬火热应力、淬火畸变及开裂倾向。用于制作形状复杂、截面较大、承受载荷较大、畸变较小、精度较高的中小型冷作模具。

冷作模具常用高碳低合金钢的化学成分见表3-11。

表3-11 冷作模具常用高碳低合金钢的化学成分

（1）9SiCr钢 该钢是高碳合金工具钢，具有高的淬透性和淬硬性，其韧性与回火稳定性较好，适宜进行分级或等温淬火，热处理畸变小。但热加工易氧化、脱碳，加热时应采取保护措施。

1）9SiCr钢的预备热处理工艺规范见表3-12。

表3-12 9SiCr钢的预备热处理工艺规范

2）9SiCr钢的淬火工艺规范见表3-13。

表3-13 9SiCr钢的淬火工艺规范

注：形状复杂及要求畸变量小的模具，常用淬火方案3～4。

3）回火。回火温度为160～180℃，保温2h，硬度为61～63HRC。回火脆性区温度为210～275℃。中等载荷模具，回火温度取280～320℃，硬度为56～58HRC；要求韧性较高的模具，回火温度取350～400℃，硬度为54～56HRC。

4）提高9SiCr钢模具寿命的热处理工艺见表3-14。

表3-14 提高9SiCr钢模具寿命的热处理工艺

5）应用。9SiCr钢用于小批量软质料中厚板冲裁模、载荷轻或小生产批量用冷镦模；也可用于各种冲剪工具、精压模、冷镦模；还可用于制造尺寸较大、形状复杂和精度较高的塑料模具等；9SiCr钢制M50×2mm搓丝板采用锻热调质预处理，其索氏体组织与淬火马氏体比体积接近，加之“薄壳淬火”，提高模具寿命2～3倍。

（2）Cr2钢 该钢是高碳低合金工具钢，是一种综合性能最佳的水、油淬火冷却的通用冷作模具钢之一。该钢在热处理淬火和回火时尺寸变化也不大。淬火后的硬度、耐磨性都很高，淬火畸变不大，但高温塑性差。

1）Cr2钢的预备热处理工艺规范见表3-15。

表3-15 Cr2钢的预备热处理工艺规范

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2）Cr2钢的淬火工艺规范见表3-16。

表3-16 Cr2钢的淬火工艺规范

注：1.淬火方案2～5用于有效厚度在15mm以内的模具。

2.对于厚度超过80mm的模具，可将淬火温度提高到860～880℃。

3）冷处理。淬火温度为830～860℃，油冷，160～170℃×2～3h回火，再进行-70℃冷处理，可增加硬度1～2HRC，用于高精度模具的尺寸稳定化。

4）回火。回火温度为160～180℃，保温2～3h，硬度为58～62HRC。

5）应用。Cr2钢用于拉丝模、冷镦模等冷作模具；用于轴承行业冲裁模、冷镦模；在冶金行业中，用于校直型材的滚压模、拉拔模，效果较好；还可用于中、小型且不很复杂的塑料模具等。

（3）60Si2Mn钢 该钢是中碳合金弹簧钢，也是标准件冷镦冲头的基本用钢。该钢具有高的屈服强度、疲劳强度，较好的淬透性，优良的塑性，热处理后具有较高的强韧性和回火稳定性。但具有明显的脱碳倾向，以及过热敏感性，易出现淬火裂纹。

1）60Si2Mn钢的预备热处理工艺规范见表3-17。

表3-17 60Si2Mn钢的预备热处理工艺规范

2）60Si2Mn钢的淬火工艺规范见表3-18。

表3-18 60Si2Mn钢的淬火工艺规范

3）常规热处理工艺。淬火温度为840～870℃，油冷，硬度为60～62HRC。回火温度为200～350℃，但必须避开300℃左右的回火脆性区。

4）提高60Si2Mn钢模具寿命的热处理工艺见表3-19。

表3-19 提高60Si2Mn钢模具寿命的热处理工艺

5）应用。60Si2Mn钢多用于小型冲裁模、冷镦凸模、冲孔模，以及冲剪工具、精压模等；该钢制内六角头螺栓冷镦冲头，使用寿命超过渗碳后的Cr12、9SiCr、GCr15、Cr6WV、3Cr2W8V钢模具，以及W6Mo5Cr4V2等钢模具，达0.5万～0.7万次。

（4）GCr15钢 该钢是高碳铬滚动轴承钢、低合金冷作模具钢，是一种综合性能最佳的水、油淬火通用的冷作模具钢。具有良好的淬透性，经过淬火、回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能，模具寿命可大幅度提高。

1）GCr15钢的预备热处理工艺规范见表3-20。若锻后组织中存在粗大的碳化物网，常规球化退火无法消除，必须在球化退火前先进行正火予以消除。

表3-20 GCr15钢的预备热处理工艺规范

2）GCr15钢的淬火工艺规范见表3-21。

表3-21 GCr15钢的淬火工艺规范

3）常规淬火与回火。淬火加热温度为830～850℃，油冷，硬度为62～65HRC。回火加热温度为150～190℃，硬度为58～62HRC。

大截面模具或分级淬火时，可以选择850℃以上温度加热淬火；要求超细化处理的模具，淬火加热温度可适当降低20～40℃；要求有较高韧性的模具，回火温度可提高到250℃左右，硬度为55～60HRC。

4）提高GCr15钢模具寿命的热处理工艺见表3-22。

表3-22 提高GCr15钢模具寿命的热处理工艺

5）应用。GCr15钢多用于制造冷镦模和拉丝模；用于重载荷、形状复杂的大中型模具，批量生产轴承钢球、滚子的冷镦模；也可用于淬硬型塑料模具，以及热固性塑料成形模和要求高耐磨、高强度的塑料模具等；采用高温固溶和循环加热淬火双细化工艺处理的GCr15钢冷冲头，使用寿命从常规热处理的2000件提高到14000件。

（5）8MnSi钢 该钢是合金刃具钢和冷作模具用钢。其淬透性、韧性和耐磨性，以及热处理畸变均优于碳素工具钢。

1）8MnSi钢的预备热处理工艺规范见表3-23。

表3-23 8MnSi钢的预备热处理工艺规范

2）8MnSi钢的淬火工艺规范见表3-24。

表3-24 8MnSi钢的淬火工艺规范

3）常规淬火与回火。淬火温度为800～820℃，油冷，硬度为62～64HRC。回火温度为160～180℃，硬度为60～62HRC。

4）应用。8MnSi钢适用于制造冷锻模、冲孔模，以及螺栓拉丝模、道钉冲裁模；也可用于制作小尺寸热锻模和冲头、热压锻模等。