冷作模具多为常温下工作,材料的塑性变形抗力大,模具的工作应力大,工作条件苛刻,综合起来这类模具性 能 上一般要求高的硬度和耐磨性、足够的强度、适当的韧性。因此,冷作模具钢通常在成分上以高碳为主,以满足高硬度和高耐磨性的需要。在冷作模具钢中加入合金元素时,主要是为了提高淬透性和耐磨性,对于耐磨性要求高的模具,多采用加入碳化物形成元素,例如Cr、Mo、W、V等元素的多元合金钢。
冷作模具在工作时,表面与坯料之间产生许多次摩擦,模具在这种情况下必须仍能保持较低的表面粗糙度值和较高的尺寸精度,以防止早期失效。由于模具材料的硬度和组织是影响模具耐磨性能的重要因素,因此为了提高冷作模具的抗磨性能,通常要求模具硬度高于加工件硬度30%~50%,材料的组织为回火马氏体或下贝氏体,其上分布均匀、细小的颗粒状碳化物。要达到此目的,钢中的碳C的质量分数一般都在0.60%以上。
根据冷作模具钢的性能要求及形状尺寸,材料的选用有以下几种情况。
(1)工作时受力不大、形状简单、尺寸较小的模具,可用碳素工具钢制造。
(2)工作时受力一般、形状复杂或尺寸较大的模具,可用低合金工具钢(如O1等)制造。
(3)工作时受力大,要求高耐磨性、高淬透性、变形量小、形状复杂的模具,多用高碳高铬钢(Crl2、Cr12MoV、SKD11、D2、DC53等) 制造;另 外,也可选用高速钢、和基体钢(如LD)来制造这类模具。
(4)在冲击条件工作,刃口单薄的模具,采用韧性较好的中碳合金工具钢(如S7、VIKING、6CrW2Si等)制造。