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我国研制或市场销售的新型模具钢简介

我国模具工业在迅速发展，随着少切削、无切削和精密成形技术的快速发展，对模具材料的性能要求越来越高，一些多年来长期沿用的老钢种已不能满足要求。我国科技工作者在借鉴、引进国外先进技术的基础上，结合我国资源情况和特点，开发研制了一批性能优良的新型模具钢，而且在提高冶金质量、改进热处理工艺、提高模具使用寿命，以及对国外优良钢种进行国产化研究等方面做了大量工作。其中一部分新型模具钢已在生产实践中经受了考验，因而获得推广应用。有的新钢种已纳入我国有关模具钢技术标准中（例如GBA11299—2000,YB/T094—1997,YB/T107—1997等），使我国模具钢的钢种系列得到补充和逐步完善。同时，也为国内模具材料市场提供了价廉物美的模具钢。

国内模具钢的开发研制情况，分类简介如下：

(1)塑料模具钢的开发研制情况

塑料模具钢是目前国内市场上很热销的产品，约占模具钢市场60%的份额，但它在国内的发展却比较滞后，至今仍未形成完整的钢种系列。国内先后开发研制了十余种新型塑料模具钢。

1) 预硬化型塑料模具钢。

此类钢通常为中碳低合金钢，在进行预硬化处理与可获得所要求的使用性能，再进行刻模加工，待模具成型后可以直接使用，从而[可避免由于热处理而引起的模具变形和裂纹问题。预硬化钢主要用于制作形状复杂的大、中型精密塑料模具。国内开发较早的预硬化型塑料模具钢是3Cr2Mo,相当于美国P20钢（AISI/ASTMy,目前国内许多钢厂都在生产。还有宝钢开发的B25、B30等，也属于此类预硬化钢。.
预硬化钢的使用硬度一般在30-42HRC，尤其在高硬度区间（36-42HRC)，可加工性能较差。为了改善钢的可加工性能，在钢中加入S、Ca、Pb、Se等元素，於是国内先后开发研制了一些易切削预硬化型塑料模具钢，如5CrNiMnMoVSCa(简称5NiSCa)、8Cr2MnWMoVS(简称8Cr2S)、4CrMnVBSCa(简称P20BSCa)、5CrNiMnMoV(代号SM1)等。此类钢不仅用于制作大、中型精密注塑模具，还可用于制作精密冷作模具。

2) 时效硬化型塑料模具钢。

由于制作形状复杂的高精度塑料模具的需要，时效硬化型塑料模具钢受到关注。此类钢一般碳含量较低，钢中含Ni、Al、Mo、Cu、Ti等合金元素，经固溶处理后硬度较低CS32HRC)，较易进行切削加工，加工后再进行时效处理，可获得所需的使用性能。由于时效温度低，时效处理后模具变形极小，适用于制作要求高镜面的热塑性塑料制品模具。国内先后开发研制的时效硬化型塑料模具钢，如10Ni3MnCuAl(代号PMS)、25CrNi3MoAl、Y20CrNi3AlMnMo(代号SM2)、06Ni6CrMoVTiAL(简称06)等。其中SM2钢约含w(S)0.1%，改善了其可加工性能，是一种易切削时效硬化型塑料模具钢。

3) 耐蚀塑料模具钢。

当塑料工厂大批量生产聚氯乙稀、氟化塑料、阻燃塑料等塑料制品时，模具将受到氯、氟等卤族元素的腐蚀，通常采取的措施是在模具表面镀铬，或者选用耐蚀塑料模具钢来制作模具。国内开发的耐蚀塑料模具钢，如0Crl6Ni4Cu3Nb(代号PCR)是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，这种新型钢种在含有卤素元素的介质中，其耐蚀性明显比17—4PH(0Crl7Ni4Cu4)钢好。

4) 非调质塑料模具钢。

国内在开发非调质模具钢方面较为滞后，近几年开发的新钢种有25CrMnVTiSCaRE(代号FT)、2Cr2MnMoVS和2Mn2CrVCaS等。非调质钢的特点是经锻、乳加工后即可达到预硬化，不需要再进行淬火回火处理。在钢中添加适量的S、Ca等元素，哥改善钢的可加工性能。

(2)冷作模具钢的开发研制情况

我国在20世纪90年代以前，冷作模具钢用量最大的钢种有Crl2、Crl2MOV、T10A、9Mn2V、CrWMn、9SiCr等工具钢，还选用轴承钢（GCr15)、弹簧钢(60Si2Mn)、高速钢（W18Cr4V)、不锈钢（3Crl3)等用于制作冷作模具。由于有些老钢种不能完全满足新的要求，国内先后开发研制了一批新型冷作模具钢，主要有：

1) 高籾性高耐磨性模具钢

Cr12模具钢是较广泛采用的钢种系列，但其共晶碳化物偏析较严重，影响韧性，也亨致模具的各向异性；而基体钢虽然改善了軔性，但耐磨性却低于CM2模具钢。为了弥补上述两类钢的性能缺点，国内先后开发了多种高韧性高耐磨性模具钢，如7Cr7Mo2V2Si(代号LD-1)、Cr8WMoV3Si(代号ER5)、9Cr6W3Mo2V2、（代号GM)以及Cr8旭oV2Ti、8Cr7MO3W2V等。与Cr12模具钢相比，这类新开发的钢种，降低了碳和铬的含量，可改善碳化物不均匀性，提高籾性；还适当增加钼、钨、钒等合金元素含量，其合金总量在12%左右，尤其是由于钒的碳化物存在且均匀细小地分布在基体中，使得耐磨性提高。因此，这类新型钢种既有高的强韧性，又有良好的耐磨性。

2) 低合金冷作模其钢

这类钢的合金总量低，价格较使宜，钢的特点是淬透性好，淬火温度较低，热处理变形少，并具有较好的综合力学性能,适用于制作较高精度的复杂模具。国内开发的低合金冷作模具钢，如7CrSiMnMOV(代号CH)、6CrMnNiMoVSi(代号GD)、6CrMnNiMoVWSi(代号DS)和CrNiWMoV等。

3)基体钢

基体钢是为了改善髙速钢碳化物不均勻分布和韧性较差等问题而研制开发的。基体钢的化学成分相当于髙速钢正常淬火后的基体组织成分，其特点是钢中共晶碳化物数量少且细小均匀分布，籾性相对提高，其抗弯强度、疲劳抗力也有改善，但耐磨性低于高速钢。基体钢主要用于要求高强度和足够铺性的冷挤压、冷镦等模具，有的基体#还可用于热作模具钢。近年来我国研制的基体钢有：6Cr4W3Mo2VNb(简称65Nb)、6Cr4Mo3Ni2WV(代号CG-2)、5Cr4Mo3SiMnVAl(代号012A1)、6W8Cr4VTi(代号LM1)6Cr5Mo3W2VNbC代‘号LM2)%。这些基体钢都是以钨钼系和钨系高速钢的基体成分为基础而发展改良的。

4)无磁高强度模具钢

电子业中的部分磁性元性的生产，需选用无磁模具钢制作模具。7Mnl5Cr2A13V2WMo无磁钢的磁导率低，并具有良好的强度和耐磨性，但切削加工性差。国内开发研制的新型无磁模具钢有18Mnl2Crl8NiN(代号A18)、8Mnl5Crl8(代号WCG)、50Mnl8Cr4WN(简称50Mn)等，这些钢具有低磁导率，较高强度和良好的可加工性能。

(3)热作模钢的开发研制情况

热作模具又可分为热锻模、热挤压模、压铸模等,在我国，5CrMnMO、5CrNiMO和3Cr2W8V等热作模具钢仍然是用量很大的钢种。5CrMnMO主要用于厚度小于250mm的小型热锻模，5CrNiMo通常用于厚度300-400mm的大中型热锻模;如果用于更大截面或更高温度的热锻模时，这两种钢由于淬透性和淬硬性低，热稳定性差，而造成模具使用寿命低的问题。3Cr2W8V由于钨含量髙，其高温强度、硬度较髙,但钢的抗热疲劳性能较差，模具的使用寿命不高。3Cr2W8V的截面尺寸对钢的籾性影响也很大，其高温下抗氧化和抗溶融金属的冲蚀性能也较低，所以目前国外己经很少应用。国内对热作模具钢的开发研制做了大量工作，开发了多种新型高性能热作模具钢，并对国外优良钢种进行了国产化研究。

1)中小热锻模具钢。

热锻模由于与被加热到高温的工件接触，型腔表面温度有时达400°C以上，局部甚至能到600°C以上，而5CrMnMo和5CrNiMo的髙温性能难以完全满足要求。国内较早开发的有2Cr3Mo3VNb、4Cr3Mo2MnVB:(代号ER8)等3Cr-3MO型和3Cr-2Mo型高强度热作模具钢，后又根据形成合金碳化物所需的碳含量，对2Cr3Mo3VNb的成分作了调整而开发了3Cr3Mo3VNb。在3Cr-3MO钢中加入V、Nb可细化晶粒，降低过热敏感性。这类钢的淬透性好，淬火温度范围宽，高温强度高，并具有良好的塑靭性、热稳定性、抗冷热疲劳和抗热磨损等性能。
另外，由于铝镁合金压铸用模具的i姜，国内对新型热作模真钢进行了研制开发，在引进美国H13、H11等中合金铬系热作模具钢的基础上,开展了国产化的研究，先后开发的有4Cr5MoV!Si、4Cr5MnVSi等,其中4Cr5MnVSi具有优良的籾性和良好的抗冷热疲劳性能,已在国内得到广泛应用。

2) 大截面热锻模具钢

锻压模块的厚度多350-500mm的称为大型模块，厚度多500mm的称为特大型模块。针对5CrMnMo和5CrNiMo用于较大截面和较高温度时热稳定性、抗热疲劳性和泮透性不足的缺点，国内先后开发了45Cr2NiMoVSi(简称45Cr2)、5Cr2NiMoVSi(简称5Cr2)、3Cr2MoVNi(代号B2)和3Cr2MoWVNi等大截面热锻模具钢。与5CrNiMo相比,j45Cr2和5Cr2钢提高了淬透性、高温强度、热稳定性，而冲_靭性相当；此外^钢的抗热磨损和抗热疲劳性能也好于5CrNiMo

3) 热挤压模具钢

普遍受关注的是铜、铝合金型材热挤模具钢。铜合金热挤压模的底模和穿孔针，由于长时间与被加热到高温的坯料接触，致使模具的使用条件较为恶劣，原来选用3Cr2W8V或4Cr5MoSiVl制作，模具使用寿命一直较低。国内经过一段时间的探索，先后开发了可以提高此类模具使用寿命的钢种，如4Cr3Mo2NiVNbB(代号HD)、4Cr3Mo2MnVNbB(代号Y4)等新型钢种。与3Cr2W8V相比，这两种钢用于制作铜合金挤压模底模和穿孔针时，模具使用寿命可提高一倍左右。
铝合金型材热挤压模的平模和组合模，对钢的任性要求较高，国内开发的中合金铬系热作模具钢4Cr5MOSiVl已成为首选的模具用钢。

4) 压铸模具钢

用于非铁金属压铸的热作模具钢，原先以3Cr2W8V应用广泛，其他如5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2Mo等也曾用作铝锌合金压铸模具。如上所述，3Cr2W8V等钢种在抗冷热疲劳性能等方面较差，模具使用寿命不高。为此，国内先后开发了几种新型热作模具钢，如4Cr3Mo2MnVNbB(代号Y4)、4Cr5Mo2MnVSi(代号Y10)等。1其中Y4钢原先是为铜合金压铸模具而开发的，模具使用寿命比3Cr2W8V有明显提高；后来该钢种也用于热挤压模具和中小热锻模。Y10钢原是为铝合金压铸模具M研制的，模具使用寿命比3Q2W8V提高一倍以上；该钢还可用作中小热锻模。

5) 高温玻璃模具钢

用于玻璃制品的模具材料，要求具有优良的杭高温氧化性能和抗冷热疲劳性能，足够高的强度，良好的抗芒硝腐蚀和良好的抛光性能，并有较高的抗玻璃粘附性能，要易于脱模。这类模具通常选用铸铁制作，而一般模具钢的性能远不能满足其要求。对此，国内开发了高温玻璃模具钢,如GY钢(代号）为SW>Mo,系预硬化钢，适用于制作玻璃成型温度较高、表面质量要求高的玻璃制品模具。
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