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，因此，评价热作模具钢的断裂抗力应重视材料的热机械疲劳断裂性能。热机械疲劳是一种综合性能的指标，它包括热疲劳性能、机械疲劳裂纹扩展速率和断裂韧性三个方面。

　　热疲劳性能反映材料在热疲劳裂纹萌生之前的工作寿命，抗热疲劳性能高的材料，萌生热疲劳裂纹的热循环次数较多；机械疲劳裂纹扩展速率反映材料在热疲劳裂纹萌生之后，在锻压力的作用下裂纹向内部扩展时，每一应力循环的扩展量；断裂韧性反映材料对已存在的裂纹发生失稳扩展的抗力。断裂韧性高的材料，其中的裂纹如要发生失稳扩展，必须在裂纹尖端具有足够高的应力强度因子，也就是必须有较大的裂纹长度。在应力恒定的前提下，在一种模具中已经存在一条疲劳裂纹，如果模具材料的断裂韧性值较高，则裂纹必须扩展得更深，才能发生失稳扩展。

　　也就是说，抗热疲劳性能决定了疲劳裂纹萌生前的那部分寿命；而裂纹扩展速率和断裂韧性，可以决定当裂纹萌生后发生亚临界扩展的那部分寿命。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。

　　抗热疲劳性能的指标可以用萌生热疲劳裂纹的热循环数，也可以用经过一定的热循环后所出现的疲劳裂纹的条数及平均的深度或长度来衡量。

　　耐磨性

　　决定模具使用寿命最重要的因素往往是模具材料的耐磨性。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。模具的磨损主要是机械磨损、氧化磨损和熔融磨损三种类型。为了改善模具钢的耐磨性，就要既保持模具钢具有高的硬度，又要保证钢中碳化物或其他硬化相的组成、形貌和分布比较合理。对于重载、高速磨损条件下服役的模具，要求模具钢表面能形成薄而致密粘附性好的氧化膜，保持润滑作用，减少模具和工件之间产生粘咬、焊合等熔融磨损，又能减少模具表面进行氧化造成氧化磨损。所以模具的工作条件对钢的磨损有较大的影响。

　　耐磨性可用模拟的试验方法，测出相对的耐磨指数є，作为表征不同化学成分及组织状态下的耐磨性水平的参数。以呈现规定毛刺高度前的寿命，反映各种钢种的耐磨水平；试验是以Cr12MoV钢为基准（є=1）进行对比。

　　咬合抗力

　　咬合抗力实际就是发生“冷焊”时的抵抗力。该性能对于模具材料较为重要。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”，临界载荷越高，标志着咬合抗力越强。

　　性能要求编辑

　　一、退火工艺性

　　球化退火温度范围宽，退火硬度低且波动范围小，球化率高。

　　二、可锻性

　　具有较低的热锻变形抗力，塑性好，锻造温度范围宽，锻裂冷裂及析出网状碳化物倾向低。

　　三、氧化、脱碳敏感性

　　高温加热时抗氧化怀能好，脱碳速度慢，对加热介质不敏感，产生麻点倾向小。

　　四、切削加工性

　　切削用量大，刀具损耗低，加工表面粗糙度低。

　　五、淬透性

　　淬火后能获得较深的淬硬层，采用缓和的淬火介质就能淬硬。

　　六、可磨削性

　　砂轮相对损耗小，无烧伤极限磨削用量大，对砂轮质量及冷却条件不敏感，不易发生磨伤及磨削裂纹。

　　七、淬硬性

　　淬火后具有均匀而高的表面硬度。

　　八、淬火变形开裂倾向

　　常规淬火体积变化小，形状翘曲、畸变轻微，异常变形倾向低。常规淬火开裂敏感性低，对淬火温度及工件形状不敏感。

　　产品分类编辑

　　冷作模具

　　（1）分为五组:W组、O组、A组、D组、S组。 ◆ W组即水淬模具钢，有11个钢种，7个碳素模具钢，含碳量从0.7%-1.3%。 ◆ O组即油淬冷作模具钢（俗称油钢），有4个钢种，含碳量在0.85%-1.55%， ◆ A组即空淬中合金冷作模具钢，有9个钢种，含碳量从0.5%-2.25%。 ◆ D组即高碳高铬冷作模具钢，有7个钢种，含碳量0.9%-2.5%。 ◆ S组即耐冲击工具钢，有7个钢种，含碳量0.4%-0.6%。 用于冷作模具还有高速钢（HSS组）和超高速钢（SHSS组），钴基硬质合金和钢结硬质合金（HA组），粉末钢和工程陶瓷（PIM组），碳钨工具钢（F组），特殊用途工具钢（L组）。 （2）冷作模具钢的选用 冷作模具钢的主系列是高硬冷作类，主要用于要求高抗压和耐磨为主的模具，硬度高于HRC60-62。对于要求耐冲击、韧性高的模具，硬度低于HRC60- 62，主要用S类和部份A类和最普通的调质钢、弹簧钢、热作模具或基体钢。对于大型冲压模，如汽车外型冲压件，主要用铸铁类。简易或寿命数量少的用锌基合金或高分子复合材料。 高速钢和超高速钢在冷作模具中的应用迅速增长。主要是有高的"抗压强度/硬度" 比值。且硬度可在HRC60-70之间选择。 粉末模具钢有优良的耐磨寿命，硬度不大高HRC60-62，应用相当多。 碳素工具钢在寿命10万件的冲头或软材料冲压模仍有一定的应用范围。

　　热作模具

　　美国热作模具钢分二大类:热作模具钢，和超级热强合金。 热作模具由于在有温度的条件下工作，要求材料具有热强性和热耐磨性，为了保证模具的使用寿命模具要冷却，热冷交替模具会出现龟裂，即热疲劳裂纹，所以材料又要求有抗裂纹能力和抗热疲劳性能。 按热强性排列的主系列进行选材: 低合金调质模具钢（6G，6F2，6F3）→中铬热作模具钢（H11、H12、H13）→钨热作模具钢（H21，H22）。 非标准的热作模具钢:例如热镦锻模具用时效硬化型的6H4。使用H11、H12、H13出现了不能满足热耐磨性时，可以选择6H1，6H2。 当要求模具以热作耐磨性为主时，可以选择D2，D4→M2，M4→粉末钢。钢结硬质合金、钴基硬质合金的高温耐磨性是很高的，但其热疲劳性（即冷热抗疲劳裂纹）很差，不能在急冷急热状态下使用。

　　塑料模具

　　美国是最早在工具钢中列出塑料模具专用钢的国家，以P来表示为主，共分为五类。

　　◆ 渗碳型塑料模具钢:P1，P2，P3，P4，P5，P6。这类钢含碳量很低，主要是美国早期及用挤压成型制模法，要求冷塑性好，有高的挤压性能，成型后表面渗碳淬火提高表面硬度，使用寿命长。芯部超低碳可使淬火时变形量最小。

　　◆调质型塑料模具:P20，P21。塑料模具中P20的用量很大，已成为主体，大多数在预硬状态时使用。

　　◆ 中碳合金工具钢用于热固性塑料模。钢号有H13，而L2和S7，O1和A2也有应用。这一类的特点是: （1）基本属二次硬化金钢，500-600oC时的热强性好。 （2）含铬较高，大气腐蚀性好。 （3）淬透性极好，适用于大模块。

　　◆不锈钢用于耐蚀性要求高的塑料模，主要钢号有420，414L，440，416。

　　◆时效钢是经过时效处理而获得高的使用性能。有两种，一种是P21低碳Ni-A1时效钢；另一类是18Ni马氏体时效钢。后者是用于宇航工业的无碳高纯度、高强度、高韧性的材料。用于力学性能、尺寸精度、光洁度和耐蚀性都要求高的塑料模具中。

　　塑料模具钢的选用 :薄壁的塑料箱体，生产批量在小于10万件时，用P20，P21预硬态（HB250～300），腐蚀性较强时用414L。高寿命的普通塑料模，用P6或P20，经渗碳一淬火后硬度在HRC54-58；塑料件不太大时，可用O1，S7。腐蚀性较强时用420。非高温的热固性模用P6，P20经渗碳淬火后使用。腐蚀性强用420。高温热固性塑料模用H13和S7或渗碳钢P4。这些含铬较高有好的抗回火性和抗高温氧化性。

　　塑胶模具

　　塑胶模具钢分预硬普通塑胶模具钢,预硬优质塑胶模具钢,预硬高硬度塑胶模具钢,预硬抗腐镜面塑胶模具钢,抗腐镜面塑胶模具钢5小类塑胶模具钢质量等级分配模具类别以美国SPI-SPE 为标准分下列各类.

　　一. 101 类模(SPI-SPE 标准1,000,000 啤或以上,长期精密生产模)

　　1. 需要详细模具结构图.

　　2. 模胚材料硬度最低为 280BN.(DME #2 钢 / 4140 钢)

　　3. 有胶位的内模件钢材一定要见硬至 48~50HRC.其余零件如行位,压锁,压条等亦应为硬件.

　　4. 顶针板要有导柱.

　　5. 行位要有硬片

　　6. 如有需求的话,上模,下模及行位要有温度控制.

　　7. 所有运水道,建议采用无电浸镍或用420 不锈钢做模板.这样可防止生锈及清理垃圾.

　　8. 需要直身锁或斜锁.

　　二. 102 类模. (不超过一百万啤,大量生产模具.)

　　1. 需要详细模具结构图.

　　2. 模胚材料硬度最低为 280BHN.(DME #2 钢 / 4140 钢)

　　3. 有胶位的内模件钢材要见硬至最低 48~52HRC,其余有用的零件亦应同一处理.

　　4. 建议采用直身锁或斜锁.

　　5. 下列项目可能或不需要.视乎最终生产数量而定.建议报价时如采用下列项目要检查清楚是否需要:

　　A. 顶针板导柱.

　　B. 行位硬片.

　　C. 电镀运水孔.

　　D. 电镀模腔.

　　三. 103 类模(少於50万啤,中量生产模.)

　　1. 需要详细模具结构图.

　　2. 模胚材料硬度最小为 165BHN. (DME #1 钢 / 1040 钢)

　　3. 内模钢材为 P20(28~32HRC)或高硬度(36~38HRC).

　　4. 其余要求视乎需要而定.

　　四. 104 类模(少於10万啤,少量生产模)

　　1. 需要模具结构图.

　　2. 模胚材料 P20(28~32HRC)可用软钢或铝.(1040 钢)

　　3. 内模件可用铝,软钢或其它认可金属.

　　4. 其余要求视乎需要而定.

　　五. 105 类模. (少於500 啤,首办模或试验模)

　　1. 可用铝铸铁或环氧树脂或任何材料只要有足够强度可生产最少测试数量便可

　　工艺性能编辑

　　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，所以模具的工艺性能是影响模具的生产成本和制造难易的主要因素之一。

　　可加工性

　　——热加工性能，指热塑性、加工温度范围等；

　　——冷加工性能，指切削、磨削、抛光、冷拔等加工性能。

　　冷作模具钢大多属于过共析钢和莱氏体钢，热加工和冷加工性能都不太好，因此必须严格控制热加工和冷加工的工艺参数，以避免产生缺陷和废品。另一方面，通过提高钢的纯净度，减少有害杂质的含量，改善钢的组织状态，以改善钢的热加工和冷加工性能，从而降低模具的生产成本。

　　为改善模具钢的冷加工性能，自20世纪30年代开始，研究向模具钢中加入S、Pb、Ca、Te等易切削加工元素或导致模具钢中碳的石墨化的元素，发展了各种易切削模具钢，以进一步改善其切削性能和磨削性能，减少刀具磨料消耗、降低成本。

　　淬透性

　　淬透性主要取决于钢的化学成分和淬火前的原始组织状态；淬硬性则主要取决于钢中的含碳量。对于大部分的冷作模具钢，淬硬性往往是主要的考虑因素之一。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。另外，对于形状复杂容易产生热处理变形的各种模具，为了减少淬火变形，往往尽可能采用冷却能力较弱的淬火介质，如空冷、油冷或盐浴冷却，为了得到要求的硬度和淬硬层深度，就需要采用淬透性较好的模具钢。

　　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，由于难于准确地测量和控制温度，就要求模具钢有更宽的淬火温度范围。

　　模具在热处理时，尤其是在淬火过程中，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，特别是对于形状复杂的精密模具，淬火后难以修整，对于热处理变形程度的要求更为苛刻，应该选用微变形模具钢制造。

　　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。对于含钼量较高的模具钢，由于氧化、脱碳敏感性强，需采用特种热处理，如真空热处理、可控气氛热处理、盐浴热处理等。

　　常用模具编辑

　　塑胶模具钢MEK 4 高耐磨高韧性之塑胶模

　　X13T6W (236) 高耐磨高耐腐蚀镜面模具

　　X13T6W(236H) 高耐磨高耐腐蚀镜面模具

　　热作工具钢 SMV3W 压铸模,挤压模,塑料模

　　ADC 3 压铸模,挤压模

　　塑胶模具钢 718S 塑料模之内模件

　　718H 塑料模之内模件

　　S136 耐腐蚀镜面模具

　　S136H 耐腐蚀镜面模具

　　OPTIMAX 光学级镜面不锈钢模

　　ELMAX 高耐磨耐腐蚀性塑料模具

　　CORRAX S336 高耐腐蚀性塑料模具