模具在現(xiàn)代制造業(yè)中占有日益重要的地們，特別是汽車(chē)和電器制造業(yè)中70％以上的零件采用模具制造加工。但目前我國(guó)高質(zhì)量的模具大量依賴(lài)進(jìn)口，分析其主要原因，不在于我們的優(yōu)質(zhì)鋼煉鋼水平，而是沒(méi)有認(rèn)識(shí)到整個(gè)模具鋼質(zhì)量的提高是一個(gè)系統(tǒng)控制過(guò)程。除冶金質(zhì)量外，制造過(guò)程中的鍛壓加工、預(yù)備熱處理、機(jī)械加工和Zui終熱處理都將影響模具的內(nèi)部組織和應(yīng)力狀態(tài)，從而決定模具的Zui終使用性能。據(jù)羅百輝介紹，在模具的制造過(guò)程中，模具的使用壽命和制成的精度、質(zhì)量、表面性能，除與模具的設(shè)計(jì)、制造精度以及機(jī)床和操作等條件有關(guān)外，與模具材料及其熱處理工藝也有密切關(guān)系。據(jù)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)表明，模具的早期失效因材料選擇不當(dāng)和內(nèi)部缺陷引起的約占10%左右，由熱處理不當(dāng)引起的約占50%左右，因此正確選擇具有優(yōu)良質(zhì)量的模具鋼材并進(jìn)行正確的熱處理，具有十分重要意義。模具鋼的特性主要包括使用性能、工藝性能和冶金質(zhì)量等三個(gè)方面。

    1、模具鋼在工作性能方面的要求

    ①硬度

    模具在工作時(shí)受力狀態(tài)是復(fù)雜的，如熱作模具通常在交換的溫度場(chǎng)下承受交變應(yīng)力作用，因此它應(yīng)具有良好的抗軟化或塑性變形狀態(tài)的能力，在長(zhǎng)期工作環(huán)境下仍能保持模具的形狀和尺寸精度。硬度是模具鋼的生要性能之一。對(duì)冷作模具的硬度一般選擇在58hrc以上，而熱作模具尤其是要求高的抗熱疲勞性能的模具，通常硬度在45hrc左右。對(duì)普通使用的塑料模具，一般硬度要求在35hrc左右。

    ②強(qiáng)度與韌性

    零件在成形使模具承受著巨大的的沖擊、扭曲等負(fù)荷，尤其是現(xiàn)代高速?zèng)_壓、高速精密鍛造和液態(tài)成形等技術(shù)以及一次成形技術(shù)的發(fā)展，模具承受著更大的負(fù)荷，往往由于鋼材的強(qiáng)度和韌度不夠，造成型腔邊緣或局部塌陷、崩刃或斷裂而早期失效，因此模具熱處理后應(yīng)具有較高的硬度和韌度。

    ③耐磨性

    零件成形時(shí)材料與模具型腔表面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使型腔表面產(chǎn)生了磨損，從而使得模具的尺寸精度、形狀和表面的粗糙度發(fā)生變化而失效。磨損是一種復(fù)雜的過(guò)程，影響因素很多，除取決于作用于模具的外界條件外，還在很大程度上取決于采用鋼材的化學(xué)成分不均勻性、組織狀態(tài)、力學(xué)性能等。

    ④疲勞性能

    模具工作時(shí)承受著機(jī)械沖擊和熱沖擊的交變應(yīng)力，熱作模具在工作的過(guò)程中，熱交變應(yīng)力更明顯地導(dǎo)致模具熱裂。受應(yīng)力和溫度梯度的影響而引起裂紋，往往是在型腔表面形成淺而細(xì)的裂紋，它的迅速傳播和擴(kuò)展導(dǎo)致模具失效。另外，鋼的化學(xué)成分及組織的不均勻，鋼中存在的冶金缺陷如非金屬夾雜物，氣孔、顯微裂紋等均可導(dǎo)致鋼的疲勞強(qiáng)度降低，因?yàn)樵诮蛔儜?yīng)力的作用下，首先在這些薄弱地區(qū)產(chǎn)生疲勞裂紋并發(fā)展為疲勞破壞。

    ⑤粘著性

    工模具零件的表面由于兩金屬原子相互摭用或單相擴(kuò)散的作用，往往會(huì)有一些被加工金屬粘附著，尤其是一些切削、剪切工具和沖壓工具的表面會(huì)產(chǎn)生粘附或結(jié)疤現(xiàn)象，這會(huì)影響刃口的鋒利程度和局部組織、化學(xué)成分的改變，使刃口部分崩裂或粘附金屬的脫落劃傷模具，使工件表面粗糙。因此良好的抗粘著性也是很重要的。

    ⑥拋光和蝕刻性能

    隨著模具，特別是塑料模具的廣泛使用，低的表面粗糙度值（有時(shí)甚至是鏡面的程度）已經(jīng)十分性必要，低的表面粗糙度值影響到模具的壽命和生產(chǎn)效率及制品的質(zhì)量。高的表面質(zhì)量可以減輕腐蝕（特別是局部點(diǎn)狀腐蝕）；減小開(kāi)裂的危險(xiǎn)，拋光鋼材的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、硬度及碳化物分布必須均勻。大碳化物尤其是他們偏析并成帶狀時(shí)，對(duì)表面拋光性極為有害。特別重要的是，鋼中不能含有沒(méi)有發(fā)生變形的大的氧化物夾雜或偏析，因而必須嚴(yán)格控制冶煉和脫氧工藝。真空電弧重熔、電渣重熔效果良好，這種工藝目前已成為塑料模具鋼的主要生產(chǎn)方式。即使是簡(jiǎn)單的真空脫氣也有助于消除大的氧化物夾雜，這些冶煉工藝不僅能降低氧化物的含量，而且能使氧化物更細(xì)小、均勻，同時(shí)控制冶煉和脫氧過(guò)程，還可以改變夾雜物類(lèi)型，使之軟化并具有較好的塑韌性而提高拋光性能。

    鋼材中任何未閉合的空洞都會(huì)影響其拋光性能，因而熱加工中壓合疏松等冶金缺陷并保持組織的致密是十分必要的，這可以通過(guò)現(xiàn)代化的成形加工技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如反復(fù)鐓拔技術(shù)、旋轉(zhuǎn)鍛造技術(shù)、高溫等靜壓制等可細(xì)化原始鑄態(tài)組織，樹(shù)枝晶內(nèi)空隙。電渣重熔、真空電弧重熔精煉工藝，對(duì)鋼材均勻性也十分有利。由熱處理或表面硬化而引起的缺陷，應(yīng)盡量避免導(dǎo)致硬度不均勻的脫碳。這些措施加上合理的成分設(shè)計(jì)及控制，就能生產(chǎn)出鏡面加工性優(yōu)異的鋼。

    此外，還應(yīng)根據(jù)模具的工作條件和環(huán)境的差異，考慮所用模具鋼應(yīng)具有良好的熱導(dǎo)性、抗腐蝕性、抗氧化性和導(dǎo)磁性等。

    2、模具鋼在工藝性能方面的要求

    ①可加工性

    鋼材的可加工性主要包括被切削加工性和冷熱塑性變形兩種，它取決于鋼的化學(xué)成分、熱處理后的組織和冶金生產(chǎn)的內(nèi)部質(zhì)量，近些年來(lái)，為了改善鋼的可加工性，在一些鋼中加入易切削元素或改變鋼中的夾雜物的分布狀態(tài)，從而提高模具鋼的表面質(zhì)量和減少模具的磨損。在熱加工時(shí)，對(duì)一些高碳高合金的模具鋼，特別是改善碳化物的形態(tài)和分布、晶粒大小和奧氏體合金化程度十分重要。

    除了應(yīng)具有良好的可加工性外，還要有良好的電加工性以及壓印翻模加工性等。

    ②淬透性和淬硬性

    模具對(duì)這兩種性能的要求根據(jù)工作條件不同是各有側(cè)重的，對(duì)于要求整個(gè)截面的硬度均勻性高的模具如錘鍛模用鋼，則其具有高的淬透性更顯重要，而對(duì)只要求有高硬度的小型模具，如沖裁落料模具鋼，則更偏重于高淬硬性。

    ③熱處理變形性

    模具零件在熱處理時(shí)，要求變形小，各個(gè)方向要有相近的變化，且組織穩(wěn)定。淬火變形小，除與淬火溫度]時(shí)間和冷卻介質(zhì)等因素有關(guān)外，它主要取決于鋼的成分均勻、冶金質(zhì)量和組織穩(wěn)定性。

    ④脫碳敏感性

    模具鋼在鍛造、退火或淬火時(shí)，在無(wú)保護(hù)氣氛下加熱，其表面會(huì)產(chǎn)生氧化脫碳等缺陷，從而使模具在耐用度下降。脫碳除了與熱處理工藝、設(shè)備有關(guān)外，就材料本身而言，主要取決于鋼的化學(xué)成分、特別是碳含量，在含有較高的硅、鉬等元素時(shí)，也會(huì)加劇脫碳。

    此外，應(yīng)根據(jù)模具的使用條件，應(yīng)考慮模具的鏡面拋光性、磨削性和電化學(xué)性等性能。

    3、模具鋼在冶金質(zhì)量方面的要求

    高的冶金質(zhì)量才能發(fā)揮鋼的基體本特性，模具鋼的內(nèi)部冶金質(zhì)量與它的基本性能有同等的重要意義，在研究性能的同時(shí)，必須研究冶金質(zhì)量影響因素。一般較常遇到模具鋼的內(nèi)外質(zhì)量問(wèn)題有以下幾個(gè)方面：

    ①化學(xué)成分的均勻性

    模具鋼通常是含有多元素的合金鋼，鋼在錠模具中從液態(tài)凝固時(shí)，由于選分結(jié)晶的緣故，鋼液中各種元素在凝固的結(jié)構(gòu)中分布不均勻而形成偏析，這種化學(xué)成分的偏析將造成組織和性能的差異，它是影響鋼材質(zhì)量的重要因素之一。降低鋼的偏析度，可以有效地提高鋼的性能。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多冶金廠都在致力研究生產(chǎn)成分均勻、組織細(xì)化的鋼材。

    ②有害元素的含量

    硫和磷在鋼凝固過(guò)程中形成磷化物和硫化物而在晶界沉淀，因而產(chǎn)生晶間脆性，使鋼的塑性降低，過(guò)高的s、p含量，會(huì)使鋼錠在軋制時(shí)易產(chǎn)生裂紋，而且會(huì)大大降低鋼的力學(xué)性能。日本的松田幸紀(jì)等研究了s、p含量對(duì)含w（cr）5%熱作模具鋼（h13）的韌性和熱疲勞性能影響結(jié)果表明，如將w（s、p）的含量從0.025%和0.010%降到w（p）0.005%和w（s）0.001%時(shí)，其熱疲勞裂紋的長(zhǎng)度和數(shù)量將減少一半。日立金屬公司將skd61鋼中的w（p）含量從0.03%降到0.001%時(shí)，可使鋼45hrc時(shí)的沖擊韌度由39.2j/cm2提高到127.5j/cm2。此外，降低鋼中的s、p含量還可以有效地提高鋼的等向性。

    ③鋼中的非金屬夾雜物

    質(zhì)量良好的鋼材不僅化學(xué)成分要符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并且鋼中的非金屬夾雜物的含量要盡可能地少，因?yàn)榉墙饘賷A雜物在鋼中所占的體積雖然很小，但對(duì)鋼材的性能影響卻很大。減少鋼中的非金屬夾雜物是煉鋼的主要任務(wù)之一。通常所指的鋼中的非金屬夾雜物，主要是指鐵及其他合金元素與氧、硫、氮等作用所形成的化合物，如feo、mno、al2o3、sio2、fes、mns、aln、vn等，以及在煉鋼和澆注時(shí)帶入的耐火材料，后者的成分也主要是si、al、fe、cr、ca、mg等的氧化物。鋼中的非金屬夾雜物就其來(lái)源，可以分為內(nèi)在夾雜物和外來(lái)夾雜物，仙在的夾雜物是鋼在液態(tài)及凝固過(guò)程中形成的化合