1.高强韧性冷作模具钢

高强韧性冷作模具钢包括低碳高速工具钢、基体钢和低合金高强度钢，其应用范围已经扩展到冷、热模具领域，是一类具有广阔应用前景的材料。

（1）低碳高速工具钢 低碳高速工具钢主要有6W6Mo5Cr4V（6W6）等。该类钢的淬透性好，具有类似于普通高速工具钢的高硬度、高耐磨性、高强度和良好的热硬性，而韧性又高于普通高速工具钢，因此常用于制造钟表模具、冷挤压凹模和上下冲头、拉深模等。

低碳高速工具钢淬火及回火工艺规范为：600℃和850℃两次盐浴预热，1180～1200℃加热，600℃中性盐分级淬火后空冷，淬火后硬度为62～63.5HRC。回火温度根据模具硬度要求而定，如大部分钟表模具要求硬度为60～62HRC，故回火温度为560～570℃，回火3次，每次1h。

（2）基体钢 基体钢主要有6Cr4W3Mo2VNb（65Nb）、7Cr7Mo2V2Si（LD）、7Cr7Mo3V2Si（LD2）6Cr4Mo3Ni2WV（CG-2）、5Cr4Mo3SiMnVAl（012Al）、6W8Cr4VTi（LM1）、6Cr5Mo3W2VSiTi（LM2）、5Cr4Mo2W2SiV、5Cr4W5Mo2V（RM2）等。基体钢是指其成分与高速工具钢基体组织成分大致相同，而性能有所改善的一类特殊用途工具钢，该类钢共晶碳化物数量少且分布均匀，工艺性能好且强韧性较高。基体钢可广泛应用于制造高负荷、高速冲击的冷、热变形模具等。

1）65Nb钢。65Nb钢具有高速工具钢的高硬度和高强度，且具有比高速工具钢更高的韧性和疲劳强度，故可以制造各类冷作模具，更适于制造复杂、大型或加工难变形金属的冷挤压模，以及受冲击载荷较大的冷镦模等。用65Nb钢制造的冷镦模，经氮碳共渗后，用于冷镦M10×30mm螺栓时，平均寿命可达16万件，比原T10A钢模具寿命提高了4～5倍。65Nb钢制连杆冷挤压模真空渗碳处理后使用寿命可达3万件，而原用Cr12MoV钢制模具的寿命一般只有0.4万件。

2）LD钢。LD钢是一种具有高强韧性和高耐磨性冷作模具钢。与Cr12型冷作模具钢及M2高速工具钢相比，LD钢具有更高的强度和韧性，而且有较好的耐磨性，适宜制造承受高负荷的冷挤、冷镦及冷冲等模具。用LD钢制造的连杆盖落料模（刀口模），经盐浴淬火及回火后，平均寿命达到了3万件，而原用Cr12MoV钢制造的模具平均寿命只有0.2～0.25万件。LD钢制花键套筒冷挤压模，经盐浴淬火、回火后，使用寿命超过了1万件，较M2钢制模具的平均寿命高10倍以上。

3）CG-2钢。CG-2钢是一种冷、热模具兼用的基体钢，具有强度高、热硬性好及冲击韧性高的优点。与H21钢相比，其强度较高；与M2钢相比，其韧性更好。CG-2钢可用于制造冷挤压模、冲模及冷镦模等。用CG-2钢制造的轴承压力机模具，经盐浴淬火、回火后，一次寿命为1.7～2.5万件，是原H21钢制模具的6～8倍。CG-2钢制热冲头经盐浴淬火、回火后，其寿命可达到2300～3700件，而原用H21钢制造的模具寿命只有700件。

4）LM1钢。LM1钢是一种冷、热模具兼用的基体钢，热膨胀系数小、导热性好、热强度高，其与W18高速工具钢相比，耐磨性高1～3倍，耐回火性、热硬性相似，硬度和抗压强度相近，而抗拉强度、断裂韧度高1/3，抗弯强度高1倍，冲击韧度高2～4倍。LM1钢可用于制作大型的复杂模具、冷挤压模、厚板冲模、冷镦模等。用LM1钢制造的冷挤压冲头，经盐浴淬火、回火后，使用寿命比W18钢高2～8倍，比CrWMn钢高10倍。

5）LM2钢。LM2钢是一种冷、热模具兼用的基体钢。与Cr12MoV钢相比，LM2钢硬度高，抗压强度约高1/3，抗弯强度高1倍，冲击韧度高2倍；与H21钢相比，LM2钢的高温强度高1/3。LM2钢可用于制作冷挤压模、厚板冲模和冷镦模等。用LM2钢制作的定向套筒冷挤压凸模，经盐浴淬火、回火后，平均寿命超过5000件，而原用Cr12MoV、M2、W18等钢制造的模具的平均寿命只有300～500件。

6）RM2钢。RM2钢是一种新型的冷、热模具兼用的基体钢，具有较高的热强性、耐磨性和热稳定性，可进行普通热处理和化学热处理。RM2钢可用于制作冷镦模、冷挤模，也可用于制作热作模具等。用RM2钢制造的轴承套圈热锻冲头，经盐浴淬火、回火后，使用寿命可达到8000件以上，而原用H21钢制造的冲头的使用寿命仅3000件左右。

7）012Al钢。012Al钢是一种冷、热模具兼用的基体钢，属于中碳高合金工具钢，具有良好的综合性能和高的强韧性，通用性强。012Al钢作为冷作模具钢，具有比Cr12钢更高的韧性，可制造要求具有一定强韧性的冷镦模、冲模和冷挤模等；012Al钢作为热作模具钢，具有比H21钢更高的高温强度和优良的热疲劳性能。012Al钢可用于制造切边模、热挤压冲头和热镦模等。用012Al钢制造的螺栓冲模，经等温淬火、回火后，其使用寿命可超过5000件，而采用常规淬火、回火处理后的模具使用寿命只有2000～4000件。012Al钢制切边模深冷处理后，其使用寿命可由常规处理的0.8万件提高到3万件。

（3）低合金高强度钢 低合金高强度钢主要有6CrNiMnSiMoV（GD）、6CrMnNiMoVWSi（DS）、6CrMnSi2Mo1V钢等。

1）GD钢。GD钢可以代替CrWMn、9Mn2V、GCr15、9SiCr、60Si2Mn和Cr12型钢等制造各类冲模、冷挤模、冷镦模等冷作模具及精密塑料模具，还可以用于制作中厚板剪刃、温（或热）挤压模，以及大型冷作模具等，模具的使用寿命可提高几倍至十几倍。用GD钢制造的中厚板冲裁模刃磨，使用寿命可达1万件，较原Cr12MoV钢模具提高了4～5倍。GD钢制门窗冲模，等温淬火后平均使用寿命可达2～3万次，而原用Cr12钢制造的模具的使用寿命只有0.7万次。

2）DS钢。DS钢是一种新型的耐冲击冷作模具钢。这类钢的特点是工艺性能好、淬透性高、变形小、强韧性好，并且有较高的耐磨性。DS钢通常用于制造承受冲击载荷且要求耐磨性高的模具。用DS钢制造的汽车起动机单向器冷挤压凸模，使用寿命为Cr12MoV钢制模具的40多倍。DS钢制剪切刃剪切ϕ40mm的50Mn2钢棒料比Cr12MoV钢制剪切刃的寿命高1倍以上，剪切25mm厚普通钢板、16mm厚不锈钢板比9SiCr钢制剪切刃的寿命高3～6倍。

（4）马氏体时效钢 马氏体时效钢主要有18Ni（250）、18Ni（300）、18Ni（350）等。该类钢具有高强度和高韧性，时效热处理变形小，焊接性良好，表面可以进行渗氮处理。马氏体时效钢主要用来制造高精度、超镜面、型腔复杂、大截面及大批量生产的模具。该类钢的热处理为固溶+时效处理，通过该工艺处理后，模具可获得要求的力学性能，从而满足其工作条件的需要。该类钢也可以用于制造塑料模具。(www.daowen.com)

该类钢的固溶工艺规范为：815～830℃加热，油淬或空冷后硬度28HRC；时效温度为480～510℃，时效后硬度为52～60HRC。该类钢可进行气体渗氮处理，渗氮温度为445～465℃，保温时间为24～28h，渗氮层深为0.25～0.40mm。

2.高强韧性热作模具钢

这类钢含有较多的Cr、Mo、V等碳化物形成元素，在截面较小时与5CrNiMo钢具有相似的韧性，在工作温度500～600℃时具有更高的硬度、热强性和耐磨性，因此广泛应用在许多热作模具上。高强韧性热作模具钢主要有4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5MoSiV（H11）、4Cr5W2VSi（W2）、3Cr3Mo3W2V（HM1）、4Cr3Mo3SiV（H10）、3Cr3Mo3VNb（HM3）、2Cr3Mo2NiVSi（PH）、5Cr2NiMoVSi、4Cr2NiMoVSi、3Cr2MoWVNi、4Cr3Mo2WVMn（TM）、4Cr5Mo2MnVSi（Y10）、4Cr3Mo2MnVNbB（Y4）、4Cr3Mo2NiVNb（HD）钢等。

（1）H13、H11及4Cr5W2VSi钢 该类钢的淬透性好，直径100mm的棒材在空冷淬火时也可以完全淬透，故又称其为空冷硬化热作模具钢。此类钢广泛应用于铝型材挤压模和汽车、拖拉机、五金工具等行业的机锻模、辊锻模，以及轴承行业的挤压模、碾压辊和压铸模等方面。

这类钢淬火及回火工艺规范为：H11钢淬火加热温度为1000～1020℃，油淬后硬度为50～52HRC，在540～560℃与580～590℃回火后硬度分别为48～50HRC和44～46HRC；H13钢淬火加热温度为1020～1040℃，油淬后硬度为53～55HRC，在560～580℃与610～620℃回火后硬度分别为48～50HRC和44～46HRC。W2钢淬火加热温度为1030～1050℃，油淬后硬度为53～56HRC，在560～580℃与600～620℃回火后硬度分别为48～50HRC和44～46HRC。

铝型材挤压模采用H13钢制造后，比原用3Cr2W8V钢制模具寿命可提高3～5倍；机锻模用H11或H13钢代替5CrNiMo及3Cr2W8V钢，模具寿命可提高2～3倍；在轴承行业采用H11、H13钢代替3Cr2W8V制造碾压辊，寿命可提高2～3倍。

（2）Y10及Y4钢Y10及Y4钢是分别为压铸铝合金及铜合金而研制的热作模具钢，在热挤压模和热锻模等模具上也得到了较为广泛的应用。

其淬火与回火工艺为：淬火加热温度1020～1120℃，回火温度600～630℃。

同3Cr2W8V钢相比，该两种钢用于压铸模上，使用寿命可普遍提高1～10倍。它们在热挤压模和热锻模的应用上也取得了明显效果。

（3）PH钢PH钢属于析出硬化型热作模具钢，其特点是制造的模具在淬火和低温回火后进行机械加工，此时模具硬度约为40HRC，加工后可直接使用。在使用过程中，模具表面层受热，析出碳化物，导致二次硬化，硬度可达48HRC，而心部组织未发生转变，因此模具在具有表层所需的高温强度的同时还具有心部高韧性。另外，由于模具是在机械加工前进行热处理，也避免了热处理变形和表面氧化脱碳缺陷的产生。

PH钢的淬火及回火工艺规范为：淬火加热温度990～1020℃，截面≤100mm时可采用空冷，截面大于100mm时可油冷。回火温度为370～400℃。

PH钢适用于在500～600℃范围内使用的热锻模及制造常啮合齿轮模具和连杆模具等，使用寿命较H11钢高1倍。

（4）HM1及HM3钢HM1钢是一种综合力学性能优良的高强韧性热作模具钢，适用于制造镦锻、压力机锻造、热挤压等热作模具。HM3钢具有更高的耐回火性和热强性，存在明显的二次硬化效应，不足之处是有脱碳倾向。HM3钢适用于制造耐热钢、不锈钢以及高温合金成形凹模，连杆辊锻、轴承套圈毛坯挤压凹模，高强韧性精锻模，小型机锻模，铝合金压铸模等，其使用寿命比5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5W2VSi等钢制模具高2～10倍。

HM1及HM3钢淬火及回火工艺规范为：HM1钢的淬火加热温度为1060～1130℃，油淬后硬度为52～56HRC，640℃回火后硬度为52～54HRC（增加耐磨性）。HM3钢的淬火加热温度1060～1090℃，油淬后硬度为47～49HRC，600～630℃回火后硬度为42～47HRC。