2.1 模具材料的分类
模具钢 冷作模具钢 热作模具钢
模具材料
塑料模具钢 铸铁
其他模具材料
有色金属及其合金 钢结硬质合金 非金属材料
2.2 模具材料的性能要求
冷冲压模具要求其材料具有高的强度，良 好的塑性和韧性，高的硬度及耐磨性; 冷挤压模具要求其材料具有高强度、高韧性 、高淬透性以及良好的耐磨性、热稳定性和切削 加工性; 热作模具用钢要求在工作温度下保持高的强 度和韧性、良好的抗腐蚀性、热稳定性和优良的 热具的可加工性包括： 热加工性能（热塑性、加工温度范围等）； 冷加工性能（切削、磨削、抛光、冷拔等）； 特种加工（如电火花加工）。 毛 坯 铸 塑 焊 造 性 接 成 形 粉 末 冶 金 预先热处理 切削加工
最终热处理
模具零件 模具零件的加工工艺路线
2.热处理工艺性
（4）氧化、脱碳敏感性 模具在加热过程中，如果发生氧化、脱碳现象，就会使 其硬度、耐磨性、使用性能和使用寿命降低。因此，要求模 具钢的氧化、脱碳敏感性好。对于钼含量较高的模具钢，由 于氧化、脱碳敏感性强，需要采用特种热处理，如真空热处 理、可控气氛热处理、盐浴热处理等。
在选择模具钢时，除了必须考虑使用性能和工艺性能之
图2-2 五种模具钢模拟冲裁试验的耐磨性
图2-3 工模具钢的磨粒磨损抗力 1-高碳高钒高速钢;2-高碳高钒钢; 3-低合金模具钢及碳素工具钢
5.抗热疲劳性能 热作模具钢在服役条件下除了承受载荷的周期性变化之外，还受到高温及 周期性的急冷急热的作用，抗热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹萌生之前的工 作寿命。因此，热作模具如要获得高的寿命，模具材料应具备高的抗热疲劳性 能、低的裂纹扩展速率和高的断裂韧性值。 6.咬合抗力 咬合抗力实际上就是发生“冷焊”时的抵抗力。该性能对于模具材料较重 要。试验时通常在干摩擦条件下，把被试验的工具钢试样与具有咬合倾向的材 料（如奥氏体钢）进行恒速对偶摩擦运动，以一定的速度逐渐增大载荷，此时 ，转矩也相应增大，该载荷称为“咬合临界载荷”，咬合临界载荷愈高，标志 着咬合抗力愈强。 7.耐蚀性 金属材料在腐蚀性介质中所具有的抵抗介质侵蚀的能力，称为金属的耐蚀 性。 提高模具材料的耐蚀性，通常采用合金化方法获得一系列耐蚀合金，主要 包括: （1）提高金属或合金的热力学稳定性 （2）加入易钝化合金元素 （3）加入能促使合金表面生成致密腐蚀产物保护膜的合金元素
外，还必须考虑模具钢的通用性和价格。从技术、经济方面 全面分析，以最终选定合理的模具材料。
2.3 模具材料的选用原则
模具材料的选用有三个基本原则，还应考虑资源和环 境因素。 一是使用性能原则 材料的使用性能应满足模具的使用要求。对大量机器 工件和工程构件，主要是机械性能;对一些特殊条件下工作 的工件，则必须根据要求考虑到材料的物理化学性能。 二是工艺性能原则 材料的工艺性能应满足模具生产工艺的要求。 三是经济性原则 必须考虑材料的经济性。采用便宜的材料，把总成本 降至最低，取得最大的经济效益，使产品在市场上具有最 强的竞争力。
2.2.1 使用性能
对各类模具钢提出的使用性能要求主要包括机械性能（硬度、强度 和韧性等）、化学性能、物理性能等。 1.硬度 硬度表示了钢对变形和接触应力的抗力，而且是很容易测定的一种 性能，同时硬度与强度也有一定关系，可通过二者的换算关系得到材 料硬度值。可按硬度范围划定模具类别，如高硬度（52～60HRC），一 般用于冷作模具;中等硬度（40～52HRC），一般用于热作模具。
不同的服役条件对模具材料主要力学性能要求不同
对热作模具钢要考虑其抗热疲劳性能; 对压铸模具应考虑其耐融熔金属的冲蚀性能; 对于高温下工作的热作模具应考虑其在工作温度下的抗氧 化性能; 对于在腐蚀介质中工作的模具，应注意其耐蚀性; 对高载荷下工作的模具应该考虑其抗压强度、抗拉强度、 抗弯强度、疲劳强度及断裂韧度等。 所有模具均应根据其工作条件综合考虑。
4.耐磨性
模具在工作中承受相当大的压应力和摩擦力，要求模具能够在强烈摩擦下仍 保持其尺寸精度。 图 2-2所示为用不同钢种制作的标准冲孔模对冷轧硅钢片进行冲孔的试验结果 ，可反映各钢种的耐磨水平;试验以Cr12MoV钢为基准（ε=1.0）。图2-3所示是标 准模具进行耐磨性试验的结果，较好地反映了工模具钢在磨粒磨损条件下的耐磨 性。
（1）淬透性主要取决于钢的化学成分。 （2）淬硬性则主要取决于钢中的碳含量。 对于大部分的冷作模具钢，淬硬性往往是需考虑 主要的因素。 对于热作模具钢和塑料模具钢，一般模具尺寸较 大，尤其是制造大型模具，其淬透性更为重要。 （3）淬火温度和热处理变形 为了便于生产，要求模具钢淬火温度范围尽可能 放宽一些，特别是当模具采用火焰加热局部淬火时， 由于难以准确地测量和控制温度，所以要求模具钢有 更宽的淬火温度范围。 模具在热处理时，尤其在淬火过程中，要产生体 积变化、形状翘曲、畸变等，为保证模具质量，要求 模具钢的热处理变形小。
图2-1 硬度对三种冷作模具钢抗压屈服强度的影响 1-W6Mo5Cr4V2钢;2-Cr12MoV钢;3-Cr5Mo1V钢
2.强度 强度是指钢在服役过程中，抵抗变形和断裂的能力。对 于模具来说则是整个型面或各个部位在服役过程中抵抗拉伸 力、压缩力、弯曲力、扭转力或综合力的能力。 3.韧性 在工作过程中，模具承受着冲击载荷，为了减少在使用 过程中的折断、崩刃等形式的损坏，要求模具钢具有一定的 韧性。韧性是模具钢的一种重要性能指标，它决定了材料在 冲击试验力作用下对破裂的抗断能力。材料的韧性越高，脆 断的危险性越小，热疲劳强度也越高。对于衡量模具脆断倾 向，冲击韧度试验具有重要意义。
2.2.2 工艺性能
在模具生产成本中，材料费用一般占10%～20%，而 机械加工、热处理、装配和管理费用占80%以上。 所以模具材料的工艺性能是影响模具的生产成本和制 造难易程度的主要因素之一。改善模具的工艺性能，不仅 可以使模具生产工艺简单、易于制造，而且可以有效地降 低模具的制造费用。 模具材料的工艺性能主要包括可加工性，淬透性和淬 硬性，淬火温度和热处理变形，氧化、脱碳敏感性及其他 因素。