随着机械产品向高精尖发展，对模具提出了越来越高的要求。为适应模具产品不断地更新和发展，对模具钢的要求也越来越高，只有正确选用合适的模具钢并选择合理的热处理工艺，才能充分发挥模具钢的各种性能。

　　根据用途，模具钢一般可分为三大类：冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。近年来中国模具的发展十分迅速，模具钢的钢种系列不断完善，质量水平和生产工艺装备有了很大改善，2009年中国模具钢产量62.89万t(其中合金模具钢44.42万t)，基本上满足了国内模具生产的需求。

　　本文将对国内各类模具钢的选用及其发展作简要阐述。

　　一、冷作模具钢的选用

　　中国传统上常用的冷作模具钢有低合金钢CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15和60Si2Mn等，高合金钢Cr12、Cr12MoV，高速钢W18Cr4V，不锈钢30Cr13等。由于这些老钢种不能完全满足模具工业的需求，国内研发了一批新型冷作模具钢。

　　1.低合金冷作模具钢的应用

　　简单模具可选用高碳钢如T10A，但高碳钢淬透性差，淬火变形大，耐磨性低，强韧性和耐回火性都较差，因此不能用来制作形状复杂、精度要求高、承载力大的工模具。

　　为了适应模具的性能需要而发展起来的高碳低合金钢是在碳素工具钢基础上加入适当的合金元素如Cr、Ni、Mn、Mo、Ti、W、V、Si等元素冶炼而成的，常用的有CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15等，合金元素的加入提高了钢的淬透性，油冷代替水冷降低了模具变形和开裂的倾向，马氏体在回火时不易分解，分解后析出的碳化物又不易聚集长大，低温回火后有较高的强韧性和耐磨性，模具使用寿命可大幅提高。

　　近年来，中国研制了一些新型低合金冷作模具钢，这些钢的主要特点是合金总量低，淬透性好，淬火温度低，热处理畸变小，强韧性好，并且有适当的耐磨性，如GD(6CrMnNiMoVSi)钢、CH(7CrSiMnMoV)钢、DS(6CrMnNiMoVWSi)钢和CrNiWMoV钢等。其中GD钢中加入少量Ni、Si，既强化了基体又提高了低温回火抗力，Mo和V的加入可细化晶粒，用于制造易崩刃、易断裂的模具，有较高的使用寿命。DS钢是一种抗冲击冷作模具钢，其韧性显著优于常用的高韧性刀片用工具钢。CH钢的成分与日本SX105V钢相同，是一种火焰淬火模具钢，常用于制造汽车等生产线上用模具，火焰淬火时，加热模具刃口切料面，硬化层下有高韧性的基体作衬垫，可获得较高的使用寿命。

　　2.高韧性、高耐磨模具钢的应用

　　中国传统上应用较多的是Cr12型系列，如Cr12、Cr12MoV钢，它们都是莱氏体钢，其组织中有大量共晶碳化物，淬火有大量残留奥氏体，热处理后变形小、耐磨性高、承载力大，长期以来在国内大中型冷作模具中得到广泛应用。

　　虽然Cr12、Cr12MoV钢耐磨性好，但是其韧性差，并常因碳化物偏析易引起热处理后断裂。为克服这些缺点，国内外均进行了大量的研究工作，一方面在提高钢的质量上下功夫，如采用电炉+炉外精炼及电渣重熔来提高钢的纯净度、致密度、等向性和均匀性，减少偏析;另一方面又不断研究新钢种，先后开发了多种高韧性、高耐磨性模具钢，如LD(7Cr7Mo2V2Si)钢、GM(9Cr6W3Mo2V2)钢、ER5(Cr8WMoV3Si)钢。与Cr12型模具钢相比，这类新开发的钢种适当降低了C和Cr的含量以改善碳化物偏析，增加了W、Mo和V的含量，以增加二次硬化的能力和提高其耐磨性。这些新型模具钢既有高的强韧性，又有良好的耐磨性，用其制造的模具使用寿命有所提高。

　　3.高速钢和基体钢的应用

　　高速钢具有很高的硬度、抗压强度和耐磨性，因此越来越多地用于制造要求重载荷、高寿命的冷作模具，常用的钢号有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W12Mo3Cr4V3N、W9Mo3Cr4V，以及为提高韧性而研制的降碳降钒高速钢6W6Mo5Cr4V，这些钢在制造重载荷的冷作模具方面获得了良好的使用效果。

　　基体钢是为了改善高速钢碳化物不均匀分布和韧性较差而研制开发的。基体钢一般指其成分与高速钢淬火组织中基体成分相同的钢。近年来中国研制了如65Nb(6Cr4W3Mo2VNb)钢、CG-2(6Cr4Mo3Ni2WV)钢、012Al(5Cr4Mo3SiMnVAl)钢、LM1(6W8Cr4VTi)钢、LM2(6Cr5Mo3W2VSiTi)钢、RM2(5Cr4W5Mo2V)钢、5Cr4Mo2W2VS钢等。这些基体钢的主要特点是其碳含量稍高于高速钢基体的碳含量，以增加一次碳化物和提高耐磨性。一些钢中还加入少量的强碳化物形成元素Nb和Ti，以形成比较稳定的碳化物，阻止淬火加热时晶粒长大并改善钢的工艺性能。基体钢中共晶碳化物数量少且细小均匀分布，韧性相对提高，其抗弯强度、疲劳抗力也有所改善。基体钢主要用于要求高强度和足够韧性的冷挤压、冷镦等模具，有些基体钢还可用于热作模具。

　　4.无磁高强度模具钢的应用

　　电子工业的发展，对无磁模具钢的需求量大大增加，传统的无磁模具钢7Mn15Cr2A13V2WMo是一种高强度奥氏体无磁模具钢，其磁导率低，并具有良好的强度和耐磨性，但由于其冷作硬化现象，切削加工比较困难。为此，国内科技工作者研发了一些新型无磁模具钢，有A18(18Mn12Cr18NiN)钢、WCG(8Mn15Cr18)钢、50Mn(50Mn18Cr4WN)钢等，以及部分奥氏体不锈钢。这些钢磁导率较低，强度较高，并具有良好的可加工性。

　　5.钢结硬质合金的应用

　　用硬质合金制造模具，在不受冲击、韧性要求不高的情况下，性能比钢好，寿命长，但成本较高，且受制造条件限制，难以制造形状复杂的模具。

　　20世纪60年代中国已开始研究钢结硬质合金，它是一种介于合金钢和硬质合金之间的新型材料，具有优良的耐磨性。与硬质合金相比，钢结硬质合金可以切削、锻造、焊接、热处理，并且具有韧性、综合力学性能较好，成本较低等特点。中国研制的钢结硬质合金有以TiC为硬质相的GT35、R5、DT等，以WC为硬质相的GW50、GJW50、TLMW50等。

　　目前，钢结硬质合金用于制造冷镦模、拉深模、挤压模、冲裁模、拉丝模和热镦模等，使用寿命比合金模具钢提高几倍到几十倍。

　　二、热作模具钢的选用

　　热作模具的工作条件要求其除具有良好的工艺性能外，主要是要求在不同温度条件下具有高的强度、韧度、硬度及热稳定性。这些性能主要由钢的化学成分、冶炼加工以及热处理所决定。

　　热作模具钢按合金元素及热处理后性能分为低耐热高韧性热作模具钢、中耐热韧性钢、高耐热性钢，以及特殊用途热作模具钢。

　　1.低耐热高韧性热作模具钢的应用

　　此类钢中碳的含量(质量分数)一般在0.5%左右，合金元素总质量分数在3%左右，主要用于热锻模具。传统的热锻模具钢有5CrMnMo、5CrNiMo等，这类钢有较好的淬透性，冲击性能较好，导热性能好，有较高的热疲劳抗力，在400℃左右工作条件下能承受急冷急热的状况，一般模具不超过250mm淬透，否则中心部位会出现中温转变产物。

　　由于淬透性的限制，随着模具截面的增大，要求进一步提高模具材料的淬透性，以使模具的心部能够得到较高的性能。为解决此问题，国内外研发了一系列提高合金含量的高淬透性模具钢，如国产的3Cr2MoWVNi钢、5Cr2NiMoVSi钢、4CrMnSiMoV钢等，这些钢均是在5CrNiMo的基础上适当降低含碳量、提高Cr、Mo的含量并加入适量的V、Si，提高了钢的淬透性。这些新研制的高韧性热作模具钢淬火温度范围宽、淬透性好、高温强度高，具有良好的韧性、热稳定性、抗冷热疲劳和抗热磨损等性能，在中小热锻模上使用，比5CrMnMo、5CrNiMo钢制造的模具，寿命有较大提高。

　　2.中耐热韧性钢的应用

　　中耐热韧性钢的特点是碳含量较低(一般为wC=0.3%~0.5%)，合金元素含量中等，含有较多的Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素，Cr含量较高，一般为wCr=3%~5%、wMo=1%~3%，Cr、Mo使钢的淬透性大大提高;V使钢具有较好的抗过热敏感性，对提高模具的热硬性和热强性非常有效，在500~600℃具有较高的硬度热强性和耐磨性，最高可达650℃。该类钢淬透性好，对100mm厚工件空冷即能淬透，其综合性能好。在GB/T1299—2000标准中属此类的钢号有：4Cr5MoSiV钢、4Cr5MoSiV1钢、4Cr3Mo3SiV钢、3Cr3Mo3W2V钢、4Cr5W2VSi钢等，这类钢分别用来制造热挤压模、精锻模、有色金属压铸模等，有良好的使用效果。

　　3.高耐热性钢的应用

　　高耐热性热作模具钢碳含量不高，但合金元素含量高，多数为8%~10%(质量分数)，有的达11%。这类钢有高的耐热性，即高的高温强度和高温硬度，可以在600~700℃的高温下工作，同时具有好的淬透性，强烈的二次硬化效果，好的回火抗力，较高的抗疲劳性和断裂韧度。高耐热性钢适用于要求高耐热性、耐磨性，韧性要求较低、形状不太复杂的模具。主要用于制造压力机镦锻模，挤压机上加工高强钢、不锈钢、钛合金、耐热合金等尺寸小于150mm的模具和压铸模，以及较高工作温度(600~690℃)、高磨损条件下工作的热作模具。

　　传统的热作模具钢3Cr2W8V钢具有以上特性，能在600~650℃条件下长期服役，因此广泛应用于高耐热性热作模具。但是如果铸锭较大、冶炼不当、铸模温度过高或钢液过热，3Cr2W8V钢锭中的元素偏析特别严重，共晶碳化物的数量会增多，因此造成模具脆裂报废的事故时有发生。而且高钨钢有脱碳倾向，这是模具磨损快、粘模严重、表面出现早期热疲劳裂纹的原因之一。

　　为解决此类问题，国内研发了一些新的钢种：如HD钢和Y系列钢。

　　HD(4Cr3Mo2NiVNb)钢是为了适应700℃左右工作温度而研制的新型高耐热性钢。HD钢是在4Cr3Mo3V钢的基础上，适当降低Mo、V的含量，加入wNi=1%、wNb=0.15%，提高了钢的高温韧性及热稳定性，在700℃仍可以保持40HRC的硬度。在硬度相同的情况下，HD钢比3Cr2W8V钢的断裂韧度高50%，700℃时抗拉强度高70%，冷热疲劳抗力和热磨损性能分别高出一倍和5%，用其制作的热挤压模具使用寿命也高于3Cr2W8V钢。

　　Y系列模具钢是针对压铸模特点并结合中国矿产资源而研制的新钢种。Y10(4Cr5Mo2MnVSi)钢淬透性好，主要用于铝合金压铸模。与Y10钢相比，Y4(4Cr3Mo2MnVNbB)钢中的Cr、Si含量下降了，碳化物不均匀性也下降，同时以B来提高淬透性和热强性，加入微量Nb可提高M6C和MC型碳化物的稳定性，因此能细化晶粒，降低过热敏感性，提高热强性和热稳定性，可用于熔液温度为880~960℃的铜合金热压铸模。Y系列钢用于压铸模上，其使用寿命较3Cr2W8V钢有很大提高。

　　4.特殊用途热作模具钢的应用

　　新技术、新工艺的发展对模具提出了更高的要求，一些普通热作模具钢已不能满足其使用要求，必须采取特殊钢来制作热作模具，才能使模具达到其技术要求并使其使用寿命大幅提高。下面简要进行介绍：

　　(1)奥氏体型热作模具钢为了满足高温、耐蚀、抗氧化要求而引入奥氏体型耐热钢，其中有铬镍系奥氏体不锈耐热钢，如Cr14Ni25Co2V、4Cr14Ni14W2Mo;以及高锰奥氏体钢，如5Mn15Cr8Ni5Mo3V钢、7Mn10Cr8Ni10Mo3V钢、7Mn15Cr2AlV2WMo钢等。这些奥氏体型耐热钢作为热作模具材料已经逐渐获得了广泛应用。

　　(2)硬质合金及钢结硬质合金硬质合金制造热作模具可直接烧结成形，不需机械加工和热处理。钢结硬质合金是介于硬质合金和工模具钢之间的一种新模具材料(冷模具钢应用中已介绍)，适合制作热挤压模、热冲孔模、热平锻模等，模具使用寿命大大提高。

　　(3)析出沉淀硬化型热作模具钢由于合金碳化物和金属间化合物的析出，此类钢制造的热作模具硬度提高，适宜制作精密复杂的热作模具，由于表面硬度高、耐磨性好而模具心部仍保持原有的组织和高韧性，从而提高了模具的使用寿命。中国研制的PH(2Cr3Mo2NiVSi)钢是典型的析出硬化型热作模具钢。

　　(4)高速钢要求高热强的热作模具可选用W18Cr4V钢，要求承受一定冲击载荷的热加工模具可选用W6Mo5Cr4V。高速钢作为热作模具使用时，工作温度高达600~700℃，具有高强度，好的热硬性，但韧性较差。

　　(5)冷热兼用基体钢基体钢中有较多钢种可以兼作冷作模具用钢和热作模具用钢，如LM1钢、LM2钢、CG-2钢、RM-2钢、012A1钢和5Cr4W2Mo2SiV钢等，可用于热挤压模具和精锻模，其使用寿命高于3Cr2W8V钢。

　　三、塑料模具钢的选用

　　中国塑料成形模具产值已占模具工业总产值的首位，相对应的塑料模具钢已占全部模具用钢量的50%以上。中国过去无专用的塑料模具钢，一般采用正火的45钢或40Cr钢经调质后制造，因而模具硬度低，耐磨性差，表面粗糙度高，加工出来的塑料制品外观质量差，且模具使用寿命低;精密塑料模具及硬度高的塑料模具由CrWMn、Cr12MoV等合金工具钢制造，不仅机械加工性能差，难以加工形状复杂的型腔，更无法解决热处理变形问题。