模具材料的发展与动向

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1、1模 具 材 料 的 发 展 与 动 向文章摘要 本文简要介绍了模具材料在产量、品种、工艺方面的发展状况，并对今后的发展进行了展望。关 键 词 模具材料 发展 冷作模具 热作模具 塑料模具 展望1 前言为了节约原材料、提高生产效率、降低成本，世界各国的制造业广泛地采用各种模具成型工艺代替传统的切削加工工艺。国外工业发达国家的模具制造业发展很快，从20 世纪 80 年代以来，不少国家模具制造业已经超过机床制造业的产值，模具制造 业已经发展成为一个独立的工业部门。我国近年来模具制造业也取得迅速发展， 1997 年模具制造业的产值超过了机床制造业，2003年我国模具进出口总量为 17.06 亿美元，

2、比 2002 年增长 11.95%，其中进口总量为 13.693 亿美元。2 模具材料钢种的发展模具材料主要是模具钢，模具 钢的产量近 20年来增长很快，领先于其它钢 种。据日本通 产省调查统计资料，日本合金钢的产 量从 1978 年的 6.79万吨上升到 1997 年的 12.6726 万吨。我国国家信息研究中心的统计资料 1997 年我国合金工具钢的总产量已在 15 万吨左右，模具钢 的产量已位居世界前列。目前各国使用量较大的集中在 10 几种通用型模具钢上。 各工 业发达国家都列出了模具钢的本国标准钢号，我国现行的合金工具 钢的国家标准为GB/T1299-2000，共 37 个钢号。现将

3、世界上 3 类模具钢的发展状况概述如下：冷作模具材料冷作模具材料是应用比较广泛的一类模具钢，主要用于制造冲压、剪切、辊压 、冷镦、冷 挤压等模具，国外通用的代表性钢种有低合金油淬模具 钢01（9CrWMnV），中合金空淬模具钢 A2（Cr5Mo1V）和高铬高碳模具钢 D3（Cr12）D2 (Cr12Mo1V1)。我国通用的是 20 世纪 50 年代从前苏联引进的 CrWMn、Cr12、Cr12MoV 三种。1981 年我国引进高碳高铬工具钢 D2。为了满足冷作模具的特殊要求，各国有针对性地发展了一些新型的模具 钢，主要有：高韧 性高耐磨性模具 钢 其碳铬含量低于Cr12 型模具钢，增加了钼、钒

4、合金的数量，钢中形成大量的 MC 型高弥散度碳化物，其耐磨性不低于或优于 Cr12 Mo1V1 钢，韧性和抗回火软化能力高于 Cr12 型钢。比较有代表性的 钢号有美国钒合金钢公司早期发表的 Vasco Die,近年来日本山阳特殊钢公司发表的 QCM8，我国自行开 发的 LD、GM 钢等，分别用于冷挤压模具、冷冲模具及高强度螺栓的滚丝模具，都取得了良好的使用效果。低合金空淬微 变形钢 这类钢的特点是合金含量低（5% ），淬透性、淬硬性好、价格低，主要用于精密复杂模具。代表性的钢 号有：美国 ASTM 标准钢号 A4、A6，日本大同公司的 G04，我国自行研制的 Cr2Mn2SiWMoV 和 C

5、rMnMoVS。1另外由于粉末冶金模具具有磨削性、韧性、等向性、热处理工艺性好的特性，近 20 年来在国外发展很快，代表性的钢号有美国的 CPM10V，德国的320CrVMo13.5,用于制造形状比较复杂，工作条件苛刻的长寿命模具。热作模具材料热作模具钢用于制造锻压、压铸 、热挤压、热镦锻等模具。国外通用的热作模具 钢有三种类型,以55NiCrMoV6 和 56NiCrMoV7 为代表的低合金热作模具钢，以 H13（4Cr5MoSiV1）和应用技术研究2H11(4Cr5MoSiV) 为代表的中合金 热作模具钢，以H10(3Cr3Mo3VSi)、H21(3Cr2W8V) 为代表的钨系钼系热作模具

6、钢。我国通用的 热作模具钢原来主要是 5CrNiMo、5CrMnMo、3CrW8V 三个牌号，很不合理，近 20 年来我国对 H13（4Cr5MoSiV1）进行了比较系统的研究和推广工作， 1995 年其产量已达到 26976 吨，成为产量最高的 热作模具钢。为了适应热作模具钢的发展需要，国内外相 继开发了一些产品，主要可分为 以下类型：高淬透性特大型锻压模块用钢 通用型的锻压模块用钢如 5CrNiMo、5CrNiMoV 等，由于淬透性的限制，一般只适用于制造厚度为 300-400mm的模具，而大型锻压设备有时 模具重达几十吨，随着模块面积的增大，要求进一步提高模具材料的淬透性，以使模具的心部

7、能够得到 较高的、均匀的性能。ISO4957 标准中的 4NiCrMoV7，我国也开发了一些淬透性较好的钢号4Cr2MoVNi、3Cr2NiMoWV 等。高热强 性模具 钢 新工艺的发展使一些热作模具的工作温度不断提高，工作条件日益苛刻，传统的 3Cr2W8V 型高合金热作模具钢不能适应要求，国内外陆续研制、开发了不少新型热作模具钢，主要可分为四种类型：a)中合金高热强性热作模具钢如 3Cr3Mo3W2V 与 3Cr2W8V 相比，它具有更高的高温强度和抗回火软化能力， b)沉淀硬化型热作模具钢如日本日立金属公司的 YHD13，由于加入了 V、Nb、Ni、AI 等，工作中模具表面由于合金碳化物

8、和金属间化合物的析出，工作表面的硬度可上升到 45-48HRC，模具的心部仍保留原有的 组织和高韧性，从而提高了模具的寿命，c)低碳高速钢如我国的 6WMo5Cr4V，将高速钢的碳含量降至0.3%-0.6%,在牺 牲部分红硬性和耐磨性的情况下，改善其韧性和抗冷热疲劳性能， d)奥氏体型热作模具钢如日本大同公司的 5Mn15Ni5Cr8Mo2V。塑料制品成型用模具材料近 50 年来，世界塑料工业高速 发展，塑料制品大部分依靠模具成型，不少发 达国家塑料模具的产值已居模具产值的第一位。塑料模具 钢也迅速发展成一个专用钢系列，如美国的 ASTM 标准中的 P系列包括 7 个钢号。我国过去无 专用塑料

9、模具用钢，近年来在引进国外塑料模具用钢的同时，自行研制和开发了一些新的塑料模具专用钢，如一些含硫易切削预硬塑料模具钢如 8Cr2S，据 统计我国塑料模具用钢量占全部模具用钢量的 50%以上，国外新型塑料模具钢的发展趋势主要有以下几个方面方面：1主要发展方向是易切削、抛光性好的塑料模具钢国外易切削预硬钢主要是 S 系，也有 S-Se 系、Ca 系。但 Se 价格较贵。这类钢的杂质少、 组织均匀、无纤维方向性，制模后，型面的表面质量高。预硬化型塑料模具钢P20（即 3Cr2Mo）是国外使用最广泛的预硬塑料模具钢，已列入我国合金工具 钢标准，八十年代以来已在我国一些工厂广泛采用。该类钢应用较广，以预

10、硬化处理后的钢块供货，硬度达 2348HR，加工型腔后不再处理，无变形，可缩短模具制造周期。时效硬化型塑料模具钢一般碳含量较低，钢中加入 Ni、Al、Ti、Cu、Mo等元素，模具坯料先经固溶后，在低硬度下进行加工，成型后进行时效处理，由于金属间化合物的析出，使模具硬度提高到 40-50HRC，以 满足使用要求。适宜于制造形状复杂、精度高、超镜面、大型塑料模具。整体淬硬型塑料模具钢国外一般都是借用高耐磨性冷作模具钢和热作模具钢。如美国的 A2（Cr5Mo1V）钢、 D3（Cr12）钢和 D2（Cr12Mo1V1）钢等冷作模具钢和H13（4Cr5MoSiV1）钢等热作模具钢。应用技术研究3耐腐蚀塑

11、料模具钢有些塑料制品如聚氯乙烯、氟化塑料、阻燃塑料等压制过程中对模具具有腐蚀作用，一般采用 马氏体不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。代表性的 钢号有国际标准 ISO 中的 110CM17，瑞典的 ASSAB 公司的 STAVAX（4Cr13）等。无磁性塑料模具钢为了适用磁性塑料制品的生产，国外 发展了一些无磁性塑料钢，将奥氏体型模具 钢通过时效硬化处理得到要求的硬度、强度和低的 导磁率。代表性的钢号有日本大同特殊钢公司的 NAK301 和日本日立金属公司的 HPM75 钢等。3 我国模具钢发展进程的展望上世纪五十年代，我国模具用 钢全部因袭国外钢号，六十年代以来我国模具 钢生产技术工作发展迅速，形成了

12、我国自己的模具钢系列， 总产量已居世界前列，建成不少先进的生 产工艺装备，但是模具钢的生产技术、产品质量方面 还存在着许多差距，很多制造大型、精密、长寿命模具的钢材仍需国外进口，我国近年来每年进口模具 费用约为 10 亿美元左右，已成为世界上进口模具最多的国家，针对以上问题，展望未来急待开展以下工作：2加速模具钢生产的制品化、精料化和模具钢经销的商品化我国模具钢的品种规格较少，模具 钢生产的制品化、精料化和经销的商品化程度低。80%以上的模具钢仍以黑皮圆棒供货。越来越多的模具制造厂点要求在模具设计完成后，模具 钢供应厂商能迅速提供所需钢材，减少库存钢材数量，缩短制模周期。但中国钢材生产企业目前

13、尚不适应这一商品市场机制，这是进口模具钢材在中国日益 扩大的重要原因。大力推广应用性能优良的新型模具钢不断完善模具钢钢种系列我国已开发出性能优异，达到或超 过国外同类水平的特色新型模具钢，但 这些新钢的推广数量和应用范围不够大，有选择 地开发先进模具钢，例如开发粉末冶金模具钢，多元易切削系塑料模具钢，建立玻璃、陶瓷，耐火砖和地砖等成形模具用钢，完善中国的模具钢系列。进一步提高模具钢的质量我国某些特殊钢厂已采用炉外精炼、真空冶炼、快锻机和精锻机等生产模具 钢，模具 钢的质量有大幅度提高，如 D2、P20 等，出口 产品的质量可以达到国际先进水平。但国外 对纯度要求较高的模具钢大部分采用电渣重熔， 进一步了提高钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析。我国还需要在这方面进一步开展工作。加强先进模具热处理技术的推广与应用3模具的可控气氛热处理与真空热处理应进一步得到发展，一些行之有效的模具表面热处理技术， 应完善其工艺，加强其推广和应用。提高装备和工艺材料的制造水平，加强热处 理专业厂的建设。参考文献：1赵昌盛.国外模具材料的应用及发展 模具制造 2004（8）65-672崔崑模具钢及其热处理的研究进展金属热处理学（增刊），1999：16-283樊东黎.先进热处理生产技术的重点发展领域金属热处理，2001，26（9）：5-9