冷作模具钢范文
(1)高碳:碳的质量分数一般在1%左右,个别达2.0%,以保证高硬度和高耐磨性。
(2)高合金:常用的合金元素有Cr、Mn、Mo、W、V等。Mn、Cr等能提高淬透性,碳化物形成元素能形成难溶碳化物,细化晶粒、提高耐磨性。
冷作模具钢使用的钢材分为:碳素工具钢、低合金工具钢、高铬及中铬模具钢、基体钢、高速钢等。
(1)碳素工具钢和低合金工具钢:碳素钢一般都会采用高级优质碳素工具钢,以改善模具的韧性。对耐磨性要求比较高、不受或受冲击较小的可选用T13A、T12A;对受较大冲击的模具则应选择T7A、T8A;而对耐磨性和韧性均有一定要求的模具(如冷镦模)可选择T10A。优点是加工性能好、成本低;缺点是淬透性低、耐磨性欠佳、淬火变形大、常规使用的寿命低。故一般只适合制造尺寸小、形状简单、精度低的轻负荷模具。
(3)低合金工具钢常用的钢号有9Mn2V、9SiCr、CrWMn和滚动轴承钢GCrl5。优点是低合金工具钢具有较高的淬透性、较好的回火稳定性、较好的耐磨性和较小的淬火变形,综合力学性能较好。缺点是网状碳化物倾向较大,因韧性不足而可能会引起模具的崩刃或折断等早期失效。常用来制造尺寸较大、形状较复杂、精度较高的低中负荷模具。
(4)高铬和中铬冷作模具钢:是一种专用的冷作模具钢,具有更高的淬透性、耐磨性和承载强度,且淬火变形小,大范围的使用在尺寸大、形状复杂、精度高的重载冷作模具。高铬模具钢Crl2型常用的有三个牌号:Crl2和Crl2MoV、Crl2Mo1V1。Crl2钢的ωC高达2.0%~2.3%,属莱氏体钢。它具有优良的淬透性和耐磨性,但韧性较差,多用于小动载条件又要求高耐磨或形状简单的拉伸模和冲裁模,在正确设计的情况下可以冲压厚度小于6mm的钢板。Crl2MoV和Crl2Mo1V1的ωC降至1.45%~1.70%和1.40%~1.60%。它们有相似的性能和较好的淬透性,在保持Crl2钢优点的基础上,其韧性得以改善,具有一定的热硬性,在用于对韧性不足而易于开裂、崩刃的模具上,已取代Crl2钢;若要求具有好的抗回火稳定性时,则宜选择钼和钒质量分数较高的Crl2Mo1V1钢。
高碳高铬型钢是一种莱氏体钢,锻造与预备热处理方式与高速钢相似,退火后的硬度低于255HBW(见表1)。
热处理工艺包括球化退火、淬火与低温回火。由于模具尺寸大、精度要求高,为增加淬透层深度,适当提高淬火温度,延长保温时间。加热温度一般提高10~30℃。采用缓慢升温或分级预热,以防变形。变形要求严格,厚度35mm的低合金模具钢,可采用碱液分级淬火。
(1)一次硬化法:采用较低的温度淬火,再低温回火。Crl2MoV钢导热性差,淬火前通常进行两次预热。温度分别为:400~500℃和800~850℃,淬火温度为:1030~1050℃。Crl2钢只采用一次硬化法,淬火温度为950~980℃,回火温度为180~200℃,保温时间为2~3h。一次硬化处理使钢具有高的硬度和耐磨性,较小的热处理变形。大多数Crl2钢制冷作模具均使用此工艺。
(2)二次硬化法:高温下淬火,再多次高温回火,使残余奥氏体转变为马氏体,达到二次硬化。Crl2MoV钢的淬火温度为1080~1120℃,回火温度为500~520℃,每次1h,回火次数为3~4次。这样能获得高硬度和高热硬性,但韧性降低,尺寸会涨大。
(3)中铬模具钢是针对Crl2型高铬模具钢中碳化物多而粗大,且分布不均匀的缺点发展起来的钢种。典型的牌号有Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr5MolV,其中Cr4W2MoV使用较多。此类钢的ωC进一步降至1.0%~1.25%,突出的优点是形成的碳化物细小且呈均匀分布状态,韧性显著改善,热处理变形小,综合力学性能较佳。可用于代替Crl2型钢制造易崩刃、开裂与折断的冷作模具,其寿命大幅度提高。
(4)Cr6WV钢的淬火温度为960~980℃,热油淬火。由于这种钢的淬火开裂倾向比高碳高铬钢大,所以在热处理时应注意预热和热介质淬火,并及时回火。回火温度在160~200℃,保温时间为1.5~3h。
对要求高耐磨性的模具(如某些冷挤压的冲头)也有采用高速钢来制造的,为提高它的韧性而研究发展了基体钢,基体钢晶碳化物数量少且细小均匀,韧性也相对提高了。近年来研制的基体钢是以W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2钢的基体成分为基础发展改性的。其中含镍基体钢6Cr4Mo3Ni2WV的强度和断裂韧度都较高,但其热加工时易产生内裂而报废,生产所带来的成本高。含钛基体钢中6W8Cr4VTi有较高的硬度、强度和高温性能以及回火稳定性,多用于冷冲切边模具等。而6Cr5Mo3W2VSiTi则相对有较好的强韧性,多用于承受冲击载荷较大的冷挤压冷冲压模具。6Cr4W3Mo2VNb和6W6Mo5Cr4V钢有较好的加工工艺性、高强度及较好的韧性,且耐磨性也好,一般多用于要求高强韧性的冷挤压模和冷冲模。基体钢具有更加优良的强韧性,不仅可用做冷作模具钢,也可用做热作模具钢。由于低碳高速钢(如6W6Mo5Cr4V等)碳质量分数或合金元素质量分数下降,碳化物数量减少且均匀性提高,使钢的强韧性显著改善,常用于高冲击载荷下要求耐磨损的模具(见表2)。
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众所周知，在现代的工业中，Cr12MoV是常用的冷作模具钢，它适用于制造形状较为复杂，断面较大，承受冲击载荷较大的工模具。这中间还包括各种量具，刀具，夹具，还有凹模，冷作模。Cr12MoV材料制作的模具要求具备比较好的耐磨性，抗冲击性能，良好的淬透性，还有在较高温下的抗氧化性，本文是以Cr12MoV为对象，通过采用不一样的热处理方法分析热处理工艺对Cr12MoV的耐磨性，抗冲击能力，抗氧化性能的影响。
实验的材料为Cr12MoV，由于现在很多的不良商家可能用别的材料来代替Cr12MoV，所以我们在开始正式的实验之前必须检测其化学成分，通过调研我们采用了EDX1800型X射线荧光光谱仪对其进行化学分析，分析证明了材料为Cr12MoV。众所周知，Cr12MoV之所以没有很高的强韧性，是因为在Cr12MoV中存在着带状或网状的碳化物，而这种形态的碳化物具有一定的脆性，而且当较多的碳化物集中在一起之后会使材料内部产生空洞，这是造成Cr12MoV产生疲劳裂纹的重要原因。为了使这种网状或带状的碳化物碎化、细化、让碳化物分布均匀，细化碳化物粒度，我们对Cr12MoV进行了锻造和预热处理，以减少碳化物的分布不均，为后期的淬火回火提供优质材料。
由于学校的设备原因，我们在锻造之前先对材料来了切割，制成了较小的试样。锻造温度我们最终选择在750～850C，因为在这个温度下锻造不可能会出现二次网状碳化物，在锻造方法上面，我们采用的方法是变向锻造法，锻造次数按碳化物为 3级别锻造，没有在胚料表面造成任何硬性压痕，翻转次数也较多，没再次出现同一部位反复锤击而导致的金属局部升温和材料开裂。
在锻造之后我们得知有些较大的碳化物在低温下是无法溶解的，而且当较小的碳化物溶解之后，还会使较大的碳化物产生尖角，尖角现象会致使材料内部应力不集中，但是在高温下不但可以促进碳化物尖角的融化，还会加速碳化物的扩散，从而使这种尖角形态的碳化物消失，解决了应力集中现象，更大程度地使碳化物分布均匀，晶粒细化，从而大幅度的提升了Cr12MoV的强韧性。
Cr12MoV钢的性能与淬火的温度关系：在1000～1100C淬火能够得到较好的机械性能，如果温度提的太高会导致Cr12MoV的晶粒变得粗大，强韧性变低；对于冷却方式，我们最终选择在1000C以下选择空冷，为避免材料开裂，在1000C以上选择油冷（油温260C然后空冷），我们最终选择在900～1100C之间取样，选取最高硬度值，为后期的回火做准备，为了能够更好的保证实验的随机性，我们一共选取9组试样，每组试样取三个样品，详细情况如表1所示。
由表1所知，在1000～1030C之间，Cr12MoV获得最高硬度，且几组数据也比较平均，所以选取这一温度进行淬火之后的材料用来完成回火处理。影响Cr12MoV的强韧性的因素除了碳化物的集中之外还有一个原因，就是产生残余奥氏体，这种特殊的结构会降低Cr12MoV的强韧性，产生这种结构的重要原因是冷却时间，较快的冷却速度能使残余奥氏体的数量减少，所以能采用油冷，为何防止Cr12MoV变脆，采用多次回火以提高Cr12MoV的韧性。
因为Cr12MoV的回火脆性范围在330～380C，所以回火时避开了这一区间，选择在380～500C进行回火处理，如表2所示，实验结果表明在400～600℃之间不仅材料的硬度较高而且抗冲击韧性也较好。
该试验的照片是在金相显微镜下观察和拍照得到的，该试样的制作过程为打磨，抛光，清洗，最后显微观察。打磨分为精磨和粗磨，粗磨是为了去除热影响和变形，使表面平整，精磨是为了消除较深磨痕，为式样的抛光做准备。抛光采用机械抛光，分为粗抛光和精抛光，这样可以是金相式样显示真实，从而清晰地显示组织结构。清洗方法我们使用酒精清洗，因为酒精容易挥发，不会产生什么残留物，也就方便与我们对试样的观察。
通过图1与图2的比较可以看出图1的金相组织比图2的金相组织要好很多，图1是采用上文中的热处理工艺，图2采用的原始工艺手段。这表明我们前期的1030℃下的高温淬火和500℃的高温回火对于集中碳化物的溶解起到了很大的作用，残余的集中碳化物很少，但是用原始的热处理方法会使碳化物的分布相对集中一点，就会出现应力集中的现象，而且碳化物集中，会使材料的强度，韧性降低，这样就会降低材料的使用寿命，从图1可以看出，其碳化物的分布均匀，没有出现带状和网状的碳化物，通常可以提高材料的抗冲击性能和韧性。
之所以开始对Cr12MoV进行锻造和预热处理，是为了将其中一些网状的碳化物还有一些较大的碳化物溶解和细化晶粒。而且在淬火之后如果直接冷却也很容易使Cr12MoV产生残余奥氏体，且这种开裂无法消除，所以油冷可以防止产生残余奥氏体，对强韧性有所提高。预热处理之后会使材料内部形成索氏体组织，这对淬火十分有利，而且细小的晶粒可以防止奥氏体的长大，而细化的奥氏体晶粒对于提高材料强韧性有很大作用，因此预热处理可以大大提高Cr12MoV钢模具的使用寿命。
总结之后采用方法为在750～800C之间进行前期的锻造处理，在1130C左右进行预热处理，在1030C左右进行淬火处理，在500C左右进行回火处理，在200C左右在进行回火处理，总共进行两次回火。通过后期的测试和检查，证明这种热处理方法的提高Cr12MoV的性能和使用寿命，这样可以极大地节约使用企业的使用成本，创造了相对可观的经济效益。
对于Cr12MoV这种钢来说，广泛用于做模具，所以选择合适的热处理很有必要，因为这可以提高原材料的耐磨性，强韧性。也就提高了材料的使用寿命，从而节约生产成本。在这次的Cr12MoV材料热处理科研过程中，笔者学到了很多知识，也知道了很多实验设备的使用方法，很感谢学校和老师给了这次机会。
湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目（湘教通[2014]248号）
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冷作模具是模具的一种，它包含冷挤压模、冷冲模、冷镦模、拉丝模、搓丝模和压印模等。对比热作模具来说，冷作模具的表面质量要求、尺寸精度高，工作载荷大，而且加工的批量较大，大多是最终产品。基于这种工况的要求，冷作模具多数采用高合金或高碳钢制作。冷作模具钢对硬度、韧度、强度、抗疲劳能力以及抗磨能力的要求较高，对一些会产生剧烈变形的模具对材料的抗断裂和变形能力要求会更高。为了给选择模具材料以及制定热处理工艺提供一些参考，根据以往的研究者的文章整理了部分冷作模具钢的典型热处理工艺以及力学性能，列于表1[3]。
表2为国内冷挤压、冷冲、冷镦模具的失效情况统计结果。可以看出，磨损失效和过载失效是冷作模具的主要失效类型，大约占总数的80%以上。而冷冲模具的失效类型主要是正常磨损，冷挤压模具的主要失效类型是脆断或者正常磨损，而冷镦模具的主要失效类型是断裂或者非正常磨损。
2.1冷作模具钢的工作应力、硬度与寿命之间的关系经过统计调查知道，冷挤压模具承受的平均工作应力最大，约2500MPa，冷镦模具约1500MPa，而冷冲模具约是500MPa。另外，实际生产应用中还要承受10%~20%的随机载荷，局部应力会更大。冷作模具钢的工作寿命是受硬度等综合作用影响的。图1为不同W6Mo5Cr4V2钢冷挤压冲头失效类型的使用寿命与硬度。可以看出，A+B和C是两个低硬度和低寿命区域，在低寿命区，当硬度小于63HRC时失效以塑变为主，而当硬度大于64HRC时失效以脆断为主。另外早期失效还应分析材料以及其他因素影响。
2.2冷作模具的主要失效形式疲劳失效、磨损失效以及过载失效等是冷作模具的主要失效形式。图2为几种冷作模具钢的典型失效形态。过载失效包括强度不足（图2a）和韧度不足（图2b）两大类失效，其中更应重视的韧度不足导致的脆断失效，它在失效发生前没有显著的塑性变形，宏观断口也没有剪切唇，会导致模具的永久失效。解决这类失效的早期经验方法是变形失效增加硬度，脆断失效减少硬度。磨损失效包括正常磨损（图2c）与非正常磨损失效（图2d）两大类，正常磨损失效主要与模具表面的抗磨损能力有关，而非正常磨损失效容易发生在冷挤压模具以及拉伸、弯曲模具中。疲劳失效与多冲疲劳失效（图2e）类似，实验结果显示，其裂纹源在距表面约200μm处，而改善多冲疲劳抗力的有效方法是改善模具表面应力状态。
2.3冷作模具的抗断裂能力分析通常采用硬度、αK、σs、σb、σf等指标评价失效抗力或者承载能力，存在裂纹缺口的还有缺口强度、KIC和JIC等指标，主要是因为这些指标的重现性较好，通过实验测得的数据比较稳定，可以较好的反映材料的失效抗力。图3为常见工程材料的断裂韧度分布图。脆性失效时W6Mo5Cr4V2钢冷挤压冲头模具所承受的工作应变能是断裂消耗能的近千倍，基本上所有的能量都转变成扩展动能，致使冲头爆裂。在选取模具材料和制定合理的热处理工艺方面，能够减少冷作模具失效的途径主要有：细化冷作模具钢的晶粒、提高模具的表面质量、复相组织增韧增强、纤维增强、复合多层梯度材料，以及通过不同的加工、热处理工艺改善模具抗力。
在低寿命区，当硬度小于63HRC时冷作模具的失效以塑变为主，而当硬度大于64HRC时冷作模具的失效以脆断为主。疲劳失效、磨损失效以及过载失效等是冷作模具的主要失效形式。
模具是一种重要的加工工艺装备，是国民经济各工业部门发展的重要基础之一。随着工业生产的发展，对工业产品的品种、形状、数量、质量等的要求越来越高，对模具的需要量相应增加，对模具质量的要求也越来越高；模具性能好坏，寿命高低，直接影响产品的质量和经济效益。
模具寿命是直接影响产品质量、加工效率和成本的重要因素之一，也是衡量模具制造水平的重要指标。模具的失效分为偶然失效和工作失效。偶然失效是指模具因设计错误、使用不当引起模具过早破损；工作失效是指模具因正常破损而结束寿命。总的失效形式主要以表面损伤、塑性变形、断裂为主。影响模具寿命的因素是多方面的，其中，热处理不当约占45%，选材不当、模具结构不合理约占25%，工艺问题约占10%；润滑问题、设备问题等因素约占20%，由此可见模具材料与热处理是影响模具寿命诸因素中的主要因素。
冷冲模具的使用寿命通常和模具的硬度、强度、耐磨度及抗冲击韧性有着直接的关系。因此，对模具材料和热处理工艺过程的要求就更高。对冷作模具材料的主要性能要求是：良好的耐磨性、高强度、足够的韧性、良好的抗疲劳性能、良好的抗擦伤和咬合性能以及良好的工艺性能。
满足这些性能要求的冷作模具材料有低淬透性冷作模具钢、低变形冷作模具钢、高合金工具钢等，其中碳素工具钢是使用最多的低淬透性冷作模具钢，其特点是含碳量高，马氏体转变温度点（以下简称Ms点）低，临界冷却速度快，在快速淬火冷却时，产生热应力变形，使模具沿主导方向收缩变形，材料的含碳量越高，收缩量越大。这种收缩会在模具内部产生很大的内应力，必须通过回火或其他的方法有效地消除内应力。当然这种变形量的大小要受模具截面尺寸、淬火加热温度、淬火冷却方式和回火温度等因素的影响。因此，淬火和回火工艺是影响低淬透性冷作模具寿命的主要因素。
因为碳素工具钢模具多为中、小截面（10～50mm）。为减小淬火变形，T10A，T12A一般选择较低的淬火温度。当采用硝盐浴或碱浴冷却时，淬火加热温度可选择810～820℃；如果是水-油冷却，加热温度为760～780℃。对于T8A钢，根据模具截面尺寸的增大适当提高淬火温度以提高模具的淬火后硬度。采用水淬时，对于截面厚度t小于15mm的制件，加热温度应选择800～820℃；截面厚度t在30～50mm时，加热温度应选择820～830℃。采用硝盐浴分级淬火时，可在以上所述淬火温度上做适当调整。
碳素工具钢的硬度随回火温度的升高而下降，当回火温度超过200℃时硬度就会明显下降。而且当回火温度在200～250℃时，会产生回火脆性，导致韧性下降。因此，韧性要求比较高的碳素工具钢模具应该避免在此温度回火。同时，采用250℃回火时，淬火马氏体会产生不同程度的分解，使模具产生收缩变形。因此，为了减少收缩变形，在保证模具使用性能的条件下，应尽可能降低回火温度。
低变形冷作模具钢是在碳素工具钢基础上加入少量合金元素发展起来的，CrWMn是其典型钢种。CrWMn钢具有高淬透性，淬火时不需要强烈的冷却，淬火变形比碳素工具钢明显减少。但是，这类钢的变形同样受到淬火加热温度、冷却方法、回火工艺和模具截面尺寸的影响。该钢淬火温度的选择，由于钨形式碳化物，所以这种刚在淬火及低温回火后具有比铬钢和9SiCr钢更多的过剩碳化物和更高的硬度。当采用800℃加热淬火时，既能获得较高的硬度（63HRC）还可以获得较高的抗弯强度和韧性。如果继续提高淬火温度，硬度上升但冲击韧度、抗弯强度会降低。当淬火温度大于850℃时，硬度也开始下降。因此，为减小变形并获得高的耐磨性，由这些钢制造的模具，其淬火加热温度不宜过高。
CrWMn钢淬火常用的冷却介质是硝盐浴和矿物油，其中硝盐浴的使用温度较高而冷却能力却比油大。对于精度要求高的模具，根据硬度要求选择不同的温度进行等温淬火，等温时间不宜过长，等温后随硝盐浴一起缓冷。CrWMn钢等温淬火后比普通淬火的强韧性高，对于易产生断裂的模具可采用等温淬火。该钢淬火后于150～160℃回火，可使原来淬火后膨胀的体积产生收缩。回火温度升高到220～240℃，又开始出现尺寸膨胀，在260～320℃回火时，会出现尺寸膨胀的最大值，而继续提高温度，变形又趋于收缩。当CrWMn钢要获得大于60HRC的硬度时，回火温度应不超过200～220℃。因此，在选择回火温度时应根据模具的结构、尺寸和硬度要求合理选择回火温度。选择合理的回火温度可以最大限度地消除由淬火产生的内应力，有效提高模具的寿命。
高耐磨微变性冷作模具钢、高强度高耐磨冷作模具钢、高强韧性冷作模具钢主要是高合金工具钢，用来制造模具的常用牌号有Cr12，Cr12MoV，Cr6WV，Cr5MoV和Cr4W2MoV等。这类钢的含碳量高，同时含有大量的碳化物形成元素，具有高的淬透性、耐磨性和热硬性。高合金工具钢由于淬透性高淬火时不需要快速冷却，因此产生的内应力小。高合金钢模具淬火温度的选择应首先考虑控制淬火变形。试验证明：当淬火温度为1030～1040℃时模具的变形量最小，接近于零。低于这个温度淬火，制件发生胀大变形；高于这个温度淬火，制件收缩变形。淬火温度为1100℃时，收缩量会急剧增大。为防止模具在高温下氧化和脱碳，一般应在盐浴炉中加热。冷却方法的选择则根据模具的具体情况和要求而定。截面尺寸大的模具可用150～200℃的油来充当淬火冷却介质，停留一段时间出油后空冷；大多数中、小尺寸的模具能够使用250～300℃的硝盐浴分级冷却；精度要求高、形状不对称的模具可以采用540～600℃的氯化盐和250～300℃的硝盐浴2次分级冷却；精度要求很高，需要严格控制变形的模具，可以采用2次分级冷却，并在硝盐浴中停留一段时间后随硝盐浴一起缓慢冷却，这样可以最大限度地减小内应力，避免模具开裂或产生细小的裂纹，从而提高模具的使用寿命。高碳高铬钢的回火抗力高，回火时马氏体的分解和残余奥氏体的转变是影响模具尺寸变形的两个主要因素。Cr12MV钢采用低温淬火和低温回火时，可以获得高度硬度、强度和断裂韧度；若采用高温淬火与高温回火，将获得良好的热硬性，其耐磨性、硬度也较高，但抗压强度和断裂韧度较低；而采用中温淬火与中温回火，可以获得最好的强韧性配合。在生产中，采用何种淬回火工艺，应根据模具的工作条件来确定。
模具材料是模具制造业的物质基础和技术基础，其品种、规格、质量对模具的性能、使用寿命起着决定性作用。模具热处理是保证模具性能的重要工艺过程。它对模具的寿命有着直接的影响。当热处理工艺不当时，热处理造成的组织结构不合理、晶粒度超标等会导致主要性能如模具的韧性、冷热疲劳性能、抗磨损性能等下降，从而影响模具的工作寿命。因此，对于不同的冷冲模具应该选择不同的模具材料以及相应的热处理工艺。■
当今社会,是个工业极大发展的社会,大批量的生产,使模具也孕育而生。在工业中的广泛使用,大大地提高了产量,更好地满足了人们的需求。随着经济与社会的发展,模具在我们的生活中越来越被人们关注,尤其在工业生产中得到了最大程度的应用。在被广泛应用的过程中,模具自身得到了极大的发展,并且为经济的进步加大筹码。谈及模具,我们不得不联想到模具材料,模具材料是模具制造的基础。
对于模具材料的分类,根据模具服役条件大致可分为冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢三类。我们以冷作模具钢为例,冷作模具包括冷冲压模,冷挤压模、冷镦模和冷冲裁模等,在分离过程中模具切削刃的发热温度偏高,达200摄氏度,在加工过程中常受到拉伸、压缩、弯曲、冲击和摩擦等机械力的作用,因此,会出现断裂、变形、磨损等难题。所以,冷模具材料必须具备抗断裂、抗变形、抗弱化、抗咬和以及耐疲劳等良好的使用性能。由此可见,冷作模具钢其有利也有弊,其他两大类—— 热作模具钢、塑料模具钢亦然。
碳素工具钢在我国被大量生产和使用。碳素工具钢的的优点是:可锻性好、退火易软化、切削加工性好,价格又便宜。不足之处:淬透性低,需要用水作冷却介质,所以,碳素工具钢更容易变形和断裂。根据碳素工具钢自身的优缺点,我们可以知道,对于大型的模具它相当不适合,制作尺寸不大、受力较小、形状简单以及变行要求不高的模具显得更为恰当,这样提高了资源的利用率。
高碳高铬模具钢具有较好的淬透性、淬硬性和耐磨性,不易变形,为高耐磨微变形模具钢,承载能力比高速钢稍低。但碳化物偏析严重,必须进行反复镦拔、改锻,改变碳化物的不均匀性,方能提高使用性能。
钼系高速钢因其自身的热塑性高,强韧性高等优势,而得到更广泛的使用,在冷作模具大批量和精度生产中占据着重要地位。
超硬高速钢是为了适应难切削材料的需要而发展起来的。主要为了进一步提高硬度和热硬度。但另一方面的难题也随之而出现。它加工困难、韧性差、抗弯曲能力差。超硬高速钢之所以硬度大,是由于其碳含量高。而碳含量一旦高了,就容易出现过烧现象,韧性差等缺陷。
何为基体钢？先看看它的定义:在高速钢的基本成分上添加少量的其它成分,适当增减含碳量,以改善钢的性能,这样的钢种统称为基体钢。它是一种强韧性冷作模具钢,具有以上几种钢的全部优点,与此同时,其生产成本也低于高速钢,基体钢的出现,堪称是模具材料的一重大发现。
硬质合金的硬度和耐磨性比其它任何种类的模具钢都高,但它的抗弯强度和韧性都比较差。钢结硬质合金是以铁粉加入少量的合金元素粉末做粘合剂以碳化钛或碳化钨为硬质相,用粉末冶金方法烧结而成。钢结硬质合金的基体是钢,可以切削、焊接、锻造和热处理。
以上六种均属冷作模具钢。热作模具钢主要用于制造使金属在高温下塑性成形的模具。
常见的塑料模具钢主要有渗碳钢、碳素结构钢、易切削顶硬钢、时效硬化钢、冷空微变形和耐腐蚀塑料模具钢。
模具本身的制造成本高,尤其是一些精密复杂的冷冲模、塑料模、压铸模等。采用热处理技术提高模具的使用性能,能够大幅度提高模具寿命,有显著的经济效益,我国常用的模具热处理工艺有以下几种。
模具钢经过真空热处理后有良好的表面状态,变形小。主要原因是在真空加热时,模具钢表面呈活性状态,不脱碳,不产生阻碍冷却的氧化膜。在真空下加热,使钢的表面有脱气效果,因而具有较高的力学性能,炉内真空度越高,抗弯强度越高。真空淬火后,钢的断裂韧性有一定的提高,模具寿命比常规工艺提高40%以上,冷作模具真空淬火技术已在实际中得到较为广泛的使用。
模具钢经深冷处理后,可以提高其力学性能,从而提高了使用寿命。模具钢的深冷可以在淬火和回火工序之间进行,也可在淬火回火之后进行深冷处理。深冷处理能提高钢的耐磨性和抗回火稳定性。深冷处理不仅用于冷作模具,也可用于热作模具以及硬质合金。
有些热作模具钢采用了高于常规淬火的温度加热淬火,可以减少钢中碳化物的数量、改善其形态等,淬火后,延长了模具使用寿命。
化学热处理能提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性等性能。大多数的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。采用高温回火的合金钢模具,均可在回火的同时进行表面渗氮或氮碳共渗。渗氮工艺目前多采用离子渗氮、高频渗氮等工艺。离子渗氮可缩短渗氮时间,并可获得高质量的渗层。离子渗氮可提高压铸模的抗蚀性、耐磨性、抗热疲劳性等性能。压铸模、热挤压模经氮碳共渗后可提高其热疲劳性能。氮碳共渗对冷镦模、冷挤压模、冷冲模等均有较好的应用效果。
渗硼,应用最多的是固体渗硼,固体渗硼后,表层的硬度很大,耐磨性高,耐腐蚀性和抗氧化性能都较好。渗硼工艺常用于各种冷作模具上,由于耐磨性的提高,模具寿命可提高数倍或十余倍。采用中碳钢渗硼有时可取代高合金钢制作模具。渗硼也可应用于热作模具,如热挤压模等。
高能束热处理的热源通常是指激光、电子束等。它们的共同特点是:加热速度快,加热面积可根据需要选择,工件变形小,不需要冷却介质,处理环境清洁,可控性能好,便于实现自动化处理。在提高模具寿命方面获得了广泛应用。
我国模具热处理的研究开发,使一些新的模具热处理技术在不同程度上得到推广和应用。随着科学技术的进步,我国的模具热处理工艺也将会越来越精湛。
[1] 赵昌盛,居建村．模具材料的选用与使用寿命[J]．模具制造,2003(7):52～5.
[2] 蔡美良,丁惠麟．孟沪龙,等．新编工模具钢金相热处理[M]．北京:机械工业出版社,2000,2:75．
[3] 蔡美良,等．新编工模具钢金相热处理[M]．机械工业出版社,2001．
本文所研究的合金为粉末冶金高钒冷作模具钢，该钢具有极好的耐磨性能和强韧性。高的耐磨性能的获得是基于大量富钒MC型碳化物的形成，通过雾化制粉、热等静压的粉末冶金工艺流程避免了合金元素偏析，从而提高钢的强韧性。合金的化学成分如表1所示。合金加工成15mm×100mm的试样进行电解。
试验中所采用的电解液为：10g／L氯化钾＋50g／L柠檬酸＋5％硫酸（φ＝5％），水为溶剂；电流密度：0．025～0．05A／cm2；室温电解。
首先超声波粉碎残渣，随后加入150mL水和10mL硫酸，溶液于85～95℃保温20～60min，再加入饱和高锰酸钾溶液至紫红色，10min不褪色，再过量10～15mL，继续保温1～2h（中途补加饱和高锰酸钾溶液），最后加入饱和草酸溶液至透明。透明的溶液用水稀释至1000mL，放置过夜，第二天用虹吸的方法除去清液后再将残渣进行碳化物的破坏。因碳化物较多，本实验破坏碳化物环节进行了10次。
碳化物破坏完全，剩余的白色粉末为合金中的稳定氧化物夹杂。用0．1μm的有机滤膜进行抽滤，得到夹杂物粉末。
电解试验分两次进行，第一次提取出来的稳定氧化物夹杂用X射线衍射进行结构分析，用扫描电镜结合能谱对夹杂物的形貌和成分进行分析。第二次电解时对电解量、电解产物进行称量，并用ICP－AES测定电解得到的稳定氧化物夹杂中各元素的含量。电解得到的稳定氧化物夹杂在进行ICP－AES分析时采用了碱熔融的方法溶解夹杂物，具体过程如下［9－10］：（1）将电解、破坏完碳化物后得到的稳定氧化物夹杂冲至带有无灰滤纸的漏斗中过滤，在漏斗中放入少量滤纸浆（采用无灰滤纸）。过滤后分别用20g／L草酸溶液、体积分数为1％的盐酸溶液清洗滤纸中的稳定氧化物夹杂，最后用水冲洗至中性；（2）用滤纸包好其中的稳定氧化物夹杂，放置于铂金坩埚中，铂金坩埚外套一个瓷坩埚放置于电炉上灰化；（3）灰化后将带瓷坩埚的铂金坩埚放于800～850℃的马弗炉中烧至无黑色（去除C）；（4）将坩埚放在干燥皿中冷却，然后加入1．5g碳酸钠与硼酸的混合物（质量比为2∶1）置于850～900℃马弗炉中至稳定氧化物夹杂完全溶解；（5）将冷却后的铂金坩埚放入玻璃烧杯，用稀盐酸将铂金坩埚中的样品溶解到烧杯中，将烧杯中的溶液移至容量瓶定容，配取标液进行成分分析。
本文对稳定氧化物夹杂的研究采用AXS－D8Discover衍射仪（布鲁克光谱仪器公司）进行夹杂物的结构分析；采用JSM－6380LV型扫描电镜（日本电子公司）进行夹杂物的形貌分析；用EDAX－2000型能谱仪（EDAX公司）进行夹杂物的种类和成分鉴定；采用IRISIntrepidⅡ型电感耦合等离子发射光谱仪（Thermo－Fisher公司）进行稳定氧化物夹杂的定量分析；最后采用TC600C型氧氮分析仪（Leco公司）对合金进行氧含量分析，进而与提取的稳定氧化物夹杂中的氧进行比较分析，并验证定量分析的准确性。
为了研究合金中稳定氧化物夹杂的存在状态，电解出来的稳定氧化物夹杂用X射线衍射进行种类和结构分析，分析结果如图1所示。从图1中可以看出：合金中的主要稳定氧化物夹杂为Al2O3，而且Al2O3夹杂有两种存在状态；其次合金中的稳定氧化物夹杂为硅酸盐类夹杂，衍射结果为Na2Si2O5结构；还有少量的镁尖晶石（MgAl2O4）和SiO2夹杂。稳定氧化物夹杂的结构及晶格常数如表2所示。对电解得到的稳定氧化物夹杂用扫描电镜及能谱进行分析，图2为稳定氧化物夹杂的形貌，可以看到稳定氧化物夹杂呈不规则块状，其尺寸大多在几微米到几十微米，对其进行能谱分析后发现氧化物中主要存在的元素为Na、Mg、Al、Si、Ca（如图3所示）。对图2中所观察到的区域进行面扫描，分析Na、Mg、Al、Si、Ca这几种元素的存在位置，得到的结果如图3所示，通过对图3的分析可以发现，Al元素除了单独存在形成Al2O3夹杂外，还有一小部分和Mg共存形成镁尖晶石MgAl2O4（如图3中的方形区域所示）；而对于Si元素，一部分单独与O结合形成SiO2（如图3中箭头所指部位），其它的Si元素与Na、Ca、Al、O等元素共存形成硅酸盐（如图3中的圆形区域所示）。此结果与衍射分析结果吻合。为了更清楚的了解各稳定氧化物夹杂的形状及大小，实验用扫描电镜对不同类型的稳定氧化物夹杂进行了分析，结果如图4所示。通过分析发现Al2O3夹杂在稳定氧化物夹杂中占据大多数，其形状多为带有棱角的颗粒状，尺寸分布范围较宽，从几微米到几百微米；其次是硅酸盐类夹杂，其形状有两种（不规则的块状和长条形），在电镜下观察到的尺寸多为几十微米，对于条形硅酸盐夹杂，其长度方向可达几百微米。镁尖晶石（MgAl2O4）和SiO2夹杂观察到的数量最少，镁尖晶石形状不规则，表面有较多的突起和凹坑，而氧化硅呈颗粒状。
除了合金中稳定氧化物夹杂的存在状态，生产过程中对稳定氧化物夹杂的含量也比较关心，因此有必要对粉末冶金高钒冷作模具钢中的稳定氧化物夹杂进行定量分析。本文采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP－AES）对电解得到的稳定氧化物夹杂中各氧化物形成元素进行定量分析，从而得到合金中各类稳定氧化物夹杂的含量。ICP－AES分析时重新电解试样，电解的试样量为47．5856g，电解得到的稳定氧化物夹杂为0．0136g，用碱熔融的方法溶解夹杂物并定容到50mL容量瓶后，利用ICP－AES主要分析了Al、Si、Mg、Ca、Ni、Fe、Cr、Mn这几种常见的氧化物形成元素。表3为稳定氧化物夹杂中各氧化物形成元素的质量分数（w1），可以看出稳定氧化物夹杂中Al元素含量最高，其次是Si元素，其它元素含量较少。结合前面对稳定氧化物夹杂的定性分析，由于Mg元素全部形成镁尖晶石（MgAl2O4），经计算得到镁尖晶石占总的稳定氧化物夹杂的质量分数为2．03％。Si元素一部分结合Na、Ca、Al、O等元素形成硅酸盐，另一部分单独与氧结合形成SiO2，很难对各硅酸盐进行定量计算；Al元素除了形成MgAl2O4外，还存在于硅酸盐和氧化铝中，因硅酸盐无法定量且其质量分数相对于Al2O3来说较小，本文假设剩余的Al主要以Al2O3的形式存在，经计算得出Al2O3占总的稳定氧化物夹杂的质量分数为91．51％。为了能够用ICP－AES法计算得到总的稳定氧化物夹杂占合金的质量分数，并且验证称量法得到的数据，假设所有的氧化物形成元素都与氧结合成单独的氧化物来进行计算，计算得到各稳定氧化物夹杂占总的氧化物夹杂的质量分数（w2）和各稳定氧化物夹杂占合金的质量分数（w3），结果如表4所示。表4中各稳定氧化物夹杂占合金的质量分数的加和即为合金中稳定氧化物夹杂的含量（0．0265％），此结果与采用称量法得到的稳定氧化物夹杂占合金的质量分数（0．0286％）基本吻合。ICP－AES法计算得到稳定氧化物夹杂总量偏少的原因可能是由于在计算时假设所有的氧化物形成元素都与氧结合成单独的氧化物，而未考虑与Na、K等元素结合形成硅酸盐的情况所致。本文用惰性气体－脉冲加热法测量了粉末冶金高钒冷作模具钢中的氧含量，测量得到的氧含量为0．0133％，通过氧化物定量分析结果进行计算得到合金中的氧含量为0．0125％，说明合金中的氧主要以稳定氧化物的形式存在。同时也说明采用本文的方法提取粉末冶金高钒冷作模具钢中的稳定氧化物损失较少。
1）用电解方法提取了粉末冶金高钒冷作模具钢中的稳定氧化物夹杂，并对其进行了定性和定量分析。其中X射线衍射结果与能谱分析结果具有较好的对应性；惰性气体－脉冲加热法测量的粉末冶金高钒冷作模具钢中的氧含量与ICP－AES的夹杂物定量分析所计算得到的合金中的氧含量具有较好的一致性。
2）用X射线衍射结合扫描电镜及能谱对合金中稳定氧化物夹杂进行了定性分析，发现合金中主要的稳定氧化物夹杂为Al2O3、硅酸盐、镁尖晶石（MgAl2O4）和SiO2。氧化铝夹杂多为带有棱角的颗粒状，尺寸分布范围较宽，从几微米到几百微米；硅酸盐呈现不规则的块状和长条形，尺寸多为几十微米，对于条形硅酸盐夹杂，其长度方向可达几百微米。镁尖晶石（MgAl2O4）和氧化硅夹杂数量较少，镁尖晶石形状不规则，表面有较多的突起和凹坑，而氧化硅呈颗粒状。
模具是制造技术中的重要基础工艺装备,模具产品的质量不仅关系到生产制品的质量、性能,而且直接影响到制造成本和效率。我国模具生产厂点约2万余家,模具总产值超过450亿元人民币。在汽车、家电、通讯和仪器仪表、塑料、金属加工等行业的模具产品中,冷作模具占有相当市场。根据以往冷作模具使用和失效情况统计,模具质量很大程度取决于模具选材和工艺制定,依据模具使用条件,正确选择模具材质和制定合理的处理工艺对减少冷作模具早期失效非常重要。这里主要探讨与冷作模具失效分析有关的几个问题。
冷作模具主要完成金属或非金属材料的冷成形,包括冷冲压、冷挤压和冷镦模具等。与热作模具相比,这类模具工作载荷大、尺寸精度、表面质量要求高、加工批量大,多数为最终产品。为适应这种工况要求,多采用高碳或高合金钢制作冷作模具,工作硬度为58~60HRC。
通常选用的冷作模具钢要求有足够的强度(包括抗拉,抗压和抗弯强度),足够的韧度,足够的硬度和抗磨能力(特别是表面),足够的抗疲劳能力(特别是多冲疲劳性能);对于大载荷的冷挤压和冷镦锻体成型模具,因剧烈变形产生热量(约300℃),要求材料具有更高的抗变形和断裂能力。
通过对国内冷镦、冷冲、冷挤压模具失效情况调查分析,冷作模具主要失效类型是过载失效和磨损失效,约占失效总数80%-90%。冷镦模具以裂断或非正常磨损(局部脱落)为主,冷挤压模具以脆断或磨损失效为主,而冷冲模具以磨损失效为主。高工作应力,动应力的冷挤压和冷镦模具出现脆性开裂失效比例明显高于低工作应力冷冲模。
实际上冷作模具失效原因很多,此模具材料因素外,还与工作设备精度和状况,制品材质和表面质量,模具结构和加工精度,操作人员素质等多因素有关,其中一些随机因素给失效分析增加困难。
测量统计根据结果得出,对于制品为钢铁材料,冷挤压模具材料承受的平均工作应力约2500MPa,使用硬度62-64HRC,冷镦模具约1500MPa,使用硬度58-62HRC,冷冲模具约500MPa,使用硬度60-62HRC,其中以冷挤压模具应力最大。实际上还要承受10%-20%的随机载荷,模具局部应力要超过上述应力。
过载失效系指材料本身承载能力不足以抵抗工作载荷(包括随机波动载荷)作用引起的失效,包括韧度不足和强度不足两类失效。其中对韧度不足出现得脆断失效应予以重视。
由于此类失效前无宏观征兆和断裂突发性,是冷作模具失效中最危险的事故,以往因此类失效也出现过人身事故,给生产安全和经济建设造成很大的损失。这种失稳态下的断裂失效在冷挤压和冷镦模具中容易出现,如冲头折断、开裂,甚至产生爆裂,其特征是失效产生前无明显塑性变形,宏观断口无剪切唇,且比较平坦,造成模具不可修复的永久失效。
产生这种失效与模具材料韧度不足,承受过高应力有关。对冷挤压模具实际承载能力分析计算可知,冲头失效前承受工作应变能力是材料断裂消耗能的上千倍,说明了工作时冲头承受高潜在动能和低的断裂抗力。根据能量守恒原理,冲头断裂势几乎全部能量变为扩展动能,其扩展的极限速度可达10?m/s。当模具结构存在应力集中,如六方冷镦冲头尾部过渡区r≤1mm时,应力中集中系数Kt=2,冷挤压冲头台阶处r=3mm时,Kt=1.3,甚至机械加工刀痕、磨削粗痕迹等均可成为薄弱环节,产生失稳断裂。
在冷镦、冷挤压冲头中材料抗压、弯曲抗力不足,易出现镦头下凹、弯曲变形失效。在新产品开发中容易产生此类失效,原因工作载荷过大,模具硬度偏低有关。实际经验说明,冷镦冲头硬度
磨损失效是指模具工作部位与被加工材料之间的摩擦损耗,使工作部位(刃口、冲头)形状和尺寸发生变化引起的失效。它又包括正常磨损失效和非正常磨损失效两类:
对要求表面尺寸严格的冷冲压,冷挤压模具,在保证材料不断前提下,模具寿命取决于表面抗磨损能力。模具工作部位与被加工材料之间的均匀摩擦损耗,使工作部位 (刃口、冲头)形状和尺寸发生变化引起的失效。通常模具常规使用的寿命较长,如表面质量要求高的冲载模、挤压模易产生此类失效。
在局部高压力作用下模具工作部位与被加工材料问发生咬合-被加工材料“冷焊”到模具表面(或模具材料“冷焊”到加工材料表面),引起被加工产品(或模具材料)表面形状和尺寸发生突变出现的失效,引起被加工产品表面质量出现划痕的失效。在拉伸、弯曲模具及冷挤压模具中易发生此类失效。
冷作模具载荷都是以一定冲击速度、一定能量作用下周期性施加的,这种状态与小能量多冲疲劳实验(以一定能量周期性加载和卸载)相似。由于模具材料多冲疲劳的断裂寿命多在1000~5000次,通常裂纹疲劳源和裂纹扩散区无明显界限。
模具钢疲劳与结构钢疲劳有很大差异。因为脆性材料疲劳裂纹的萌生期占大部分寿命,多数情况裂纹萌生与扩展难于区分。仔细分析疲劳微观形态看出,裂纹萌生多在材料表面薄弱环节,如晶界、碳化物和应力集中部位。实验表明,冲击疲劳裂纹萌生约0.1mm微裂纹时寿命占总寿命的90%以上,从断口上难观察到结构钢稳态扩展区和疲劳条带,裂纹一旦产生就快速失稳扩展。经过喷丸强化处理的高速钢,由于表面残余压应力作用,使裂纹源位置转移到次表面约0.2mm处,改善材料表面应力状态是提高多冲疲劳抗力的有效途径。多冲疲劳失效常见于重载模具如冷挤压、冷镦冲头模具中。
模具是冲压生产的关键工艺装备，随着模具行业的不断发展，模具在兵器工业、机械工业及日用品的生产中应用越来越广泛。我国的模具行业已步入了高速发展时期，但模具的制造水平和使用性能与世界上发达国家相比，还有很大的差距[1]。现代汽车90%以上的白车身零件，都靠冲压模具实现大批量生产。
根据汽车冷冲模具的常规使用的寿命要求：在正常使用、维修状态下，能多批次、小批量生产出50万辆合格零件。故模具材料的性能、质量对模具的常规使用的寿命有极大的影响。因此，模具材料的研究和开发，一直受到模具钢生产厂商的重视，并得到了迅速的发展。
近年来，我国模具钢生产技术发展较快，用于制造冷冲压模具材料主要分为以下几类：
对于薄板冲裁模具的用材要求具有高的耐磨性和硬度，而对厚板冲裁模除了要求具有高的耐磨性、抗压屈服点外，为防止模具断裂或崩刃，还应具有高的断裂抗力、韧性。
要求模具工作零件材料具有高的耐磨性和硬度、一定的强韧性以及较好的切削加工性能、良好的抗粘附性（抗咬合性），而且热处理时变形要小。
根据汽车厂生产冲压件的模具现状，汽车模具主要采用的材料为：钼铬铸铁、Cr12MoV、铸态空冷钢。
钼铬铸铁：属于镍硬白口铸铁系中高铬白口铸铁的一种，由于其共晶组织由一种M7C3型碳化物和奥氏体其它转变物组成，其基体退火成马氏体后能表现出很高的耐磨性，同时其含有的铬能显著提高强度、硬度和耐磨性、锰能显著提高韧性，而且钼能使钢的晶粒细化，提高淬透性。其热处理的方法为表面淬火，大量节省热处理时间，淬火后硬度HRC 50以上，热处理后变形量小。由于其铸造性好，且铸造成本较低，可实现整体铸造，减轻钳工的工作强度，缩短模具的制造周期。同时由于其硬度相对空冷钢低，加工时对刀具的磨损较小，具有良好的切削加工性能，加工成本低。在模具工作时，由于钼铬铸铁的散热性能优于其他几种模具材料，尤其模具在机械压力机上工作时，其具有良好的抗粘附性（抗咬合性）能最大化的保护模具，延长模具使用寿命。维修时，可以直接对其表面进行冷焊，大量节约维修时间。但由于其淬火后的硬度相对较低，耐磨性差，生产高强板的模具不会采用钼铬铸铁。
Cr12MoV：属于高碳高铬钢，其含有大量的碳化物和高合金度的马氏体。使钢具有高硬度、高耐磨，其硬度与耐磨性要高于钼铬铸铁。其含有的钒能细化晶粒增加韧度，又能形成高硬度的VC，以进一步增加钢的耐磨性；铬又使钢具有高的淬透性和回火稳定性。经整体淬火后，需要1～2次的回火，热处理时间较长。火后硬度可以达到HRC 60-62。但热处理后变形量要大于空冷钢，消除变形困难，容易降低模具的精度。生产Cr12MoV模具钢的方法为锻造，生产所带来的成本较高，同时由于锻造工艺的局限性，Cr12MoV钢只能分块锻造，制造模具时还需要拼装镶块，增加了钳工的劳动强度，延长了模具的制造周期，成本也随之增加。同时由于其硬度相对空冷钢高，加工时对刀具的磨损较大，增加了切削加工的时间和成本。另外，由于Cr的大量存在，钢液结晶时析出的大量共晶碳化物，形成带状或网状碳化物脆性区，其塑性、韧度差，裂纹很容易在这里萌生与扩展，往往成为裂纹产生的主要原因，使其常规使用的寿命降低。对其维修时，由于焊接性能差，不能直接对其表面进行冷焊，需要加热并保温一段时间后，再对其表面进行焊接，大量浪费维修时间。
铸态空冷钢：是一种以铸代锻的高碳低合金钢，其含有的锰使钢有较高的强度和硬度，提高钢的淬性。其热处理的方法也为表面淬火，然后空冷即达到淬火的目的，大量节省了时间和成本。火后硬度可达HRC 55以上，不须其他加工，所以变形很小，并且随淬火温度的升高变形量逐渐减小[2]。空冷钢进行表面淬火后，淬硬层下有高韧性基体作衬垫，韧性高于Cr12MoV，工作时不容易产生开裂、崩刃现象。但由于铸态空冷钢不能整体铸造，在加工模具前，需要钳工将镶块拼接好后在进行机加，钳工劳动强度增加，延长了制造周期，增加了制造成本。但由于其可以使用泡沫板材制造成近型模具型，可以节省铸造费用以及部分加工费用，又可以降低部分成本。其硬度相对钼铬铸铁高，加工时对刀具的磨损较大，增加了切削加工的时间，增加了加工成本。另外，空冷钢具有良好的焊接性能，从而模具获得较高的常规使用的寿命。制造有偏差时可以直接进行补焊，经打磨修整即可达到理想的效果，大量的节约了维修时间。
基于以上性能介绍，适用于拉延凸模、凹模、压料圈的材料为钼铬铸铁和Cr12MoV；适用于整形模的材料为钼铬铸铁、Cr12MoV、铸态空冷钢；适用于修冲模具的材料为Cr12MoV、铸态空冷钢。
故经过上述材料性能对比以及对生产现状的经验积累，对于普通钢板（如DC01、DC04、DC06、B170P1等），料厚在1.2以下时，由于板材的屈服强度在260MPa以下[3]、硬度比较低的钢板，拉延模具的材质选用钼铬铸铁即可；修冲模具的材质选用铸态空冷钢即可；翻边整形模具工作部分的包容型面等要求高韧性的地方，镶块材质选用铸态空冷钢即可，工作部分的被包容型面等要求具备高耐磨性的地方，镶块材质选用钼铬铸铁即可。
对于高强钢板（车身常用材料，如B280VK、B340/590DP、B400/780DP、SAPH440等），以及料厚在1.2以上时，由于板材的屈服强度在260MPa以上，590MPa以下[3]、硬度比较高的钢板，拉延模具的材质选用Cr12MoV即可；修冲模具的材质选用Cr12MoV即可；翻边整形模具工作部分的包容镶块材质与被包容镶块材质选用Cr12MoV即可。
[1]黄全新 模具材料与热处理工艺选择探讨 《广西教育》2012年第11期
[2]索钢 铸造空冷钢在冲模中的应用《金属加工（热加工）》1994年第11期