1 冷冲裁模的选材

1.1　轻载冲裁模

      轻载冲裁模以磨损失效为主，选材时主要依据是冲裁件的批量、硬度、精度及复杂程度等因素所要求的耐磨性和强韧性。如小批量生产可选用T8A、T10A钢，中批量生产可选用CrWMn、9Mn2V和GCr15钢，大批量生产可选用Cr12、Cr12MoV钢，特大批量生产可选用硬质合金Y15、Y20。上述钢种，尤其是CrWMn、Cr12型等钢的耐磨性较好，但由于碳化物偏析、马氏体脆性大等原因使其韧性差，疲劳抗力低，用作模具常因崩刃、脆断失效（占45％以上），寿命不高。防止脆断的途径有二，一是采用细化晶粒，细化碳化物，获得较多马氏体或下贝氏体的强韧化处理工艺；二是改用下列高强韧新型模具钢。
  （1）　Cr5Mo1V（美国AISI　A2）钢和Cr6WV钢。这两种钢与Cr12MoV钢相比降碳减铬，碳化物均匀程度改善，其耐磨性略低而韧性较高。它们用于制造大批生产用薄板、中厚板大型冲裁模，其寿命比用CrWMn、9Mn2V等钢成倍提高。一般采用950～980℃淬火、200～300℃回火处理工艺。
  （2）　Cr12Mo1V1（美国AISI　D2）钢。此钢是将Cr12MoV钢增加Mo、V含量至1％左右，可使莱氏体形貌改善，晶粒细化，从而使强韧性提高，耐磨性更好。用它替代Cr12MoV钢制造滚丝模、冲裁模可几倍地提高寿命。采用1000～1040℃油冷淬火或空冷淬火、200～220℃回火，硬度为60～61HRC，耐磨性好；若采用300～400℃回火，硬度为56～58HRC，强韧性高。
  （3）　6CrNiSiMnMoV（代号GD）钢。此钢以中高碳和多元少量合金化使碳化物细小均匀，钢材可不锻造。于870～930℃油冷淬火或空冷淬火，组织中有较多板条马氏体，强韧性很高，在(175～230)℃×2h回火，硬度为58～62HRC，变形小于CrWMn钢。它的各种冷热加工性能好，成本较低，适合中小厂使用，用于制造各种易崩刃、脆断的冷作模具，尤其适于细长凸模、大型复杂薄壁凸凹模、中厚板冲裁模及剪刀片等，其寿命比用CrWMn、GCr15和Cr12型等钢提高十几倍、几十倍。
  （4）　7CrSiMnMoV（代号CH）钢。这是一种火焰淬火模具钢，成分与GD钢类似，因而也具有高强韧性和良好的各种工艺性能。它于820～1000℃淬火，硬度均在60HRC以上，变形小。它在900℃淬火、200℃回火后，强度和韧性均高于9Mn2V、CrWMn和Cr12MoV等钢。它适宜于火焰加热空冷淬火，可只淬模具刃口部分。因而简化制造工艺，周期短，成本低，且模具崩刃可焊补。可用于制造薄板冲裁模、整形模和切边模等。

1.2　重载冲裁模

     重载冲裁模刃口更易磨损，同时易于崩刃、断裂，要求材料既有高耐磨性，又有高强韧性。以往，小批量软料中厚板冲裁模常选用T8A、9SiCr、60Si2Mn和6CrW2Si等钢，其韧性较好，但抗压强度和耐磨性不足；大批生产用重载冲裁模常以高速钢做凸模，以高碳高铬钢做凹模，其承载能力高，耐磨性好但韧性差，寿命并不高。现在趋于选用强韧性好且耐磨的新型模具钢，如GD、Cr5Mo1V、Cr12Mo1V1钢，以及下列新钢种。
  （1）　5Cr4Mo3SiMnVAl（代号012Al）钢。此钢由钼高速钢淬火基体成分调整而得。加入Si、Mn以进一步强化基体，加入Al以细化晶粒。经1120℃淬火基本上是板条马氏体组织，未溶碳化物仅占2.3％，晶粒度10级。回火温度根据硬度要求选择，如560℃×2h回火两次，硬度为59～60HRC，有较高的断裂韧性和热疲劳强度，是一种冷热兼用模具钢。若再进行氮碳共渗等表面处理，可进一步提高耐磨性和使用寿命。
  （2）　7Cr7Mo2V2Si（代号LD）钢。此钢的含碳量和合金度略高于012Al钢，且V量较高，既能保持强韧而又具有更高的抗压强度和耐磨性。它于1100～1150℃淬火、530～570℃回火两次，硬度为58～62HRC，变形小。调节回火温度可得到强韧性和耐磨性的不同配合。适于制造各种冷作模具，寿命均有显著提高。
  （3）　9Cr6W3Mo2V（代号GM）钢。此钢成分配比合理，符合平衡碳规律，淬火基体中固溶合金元素多，未溶碳化物细小弥散，具有高强韧性、高耐磨性和二次硬化潜力。其淬火、回火温度范围宽，且调节温度可实现强韧性和耐磨性的良好配合。于1080℃油淬、540℃回火两次后，硬度为65HRC，抗弯强度不低于基体钢，硬度和耐磨性接近高速钢，各项性能指标均显著优于Cr12MoV钢。它的各种工艺性能良好。用GM钢制造的高速冲床多工位级进模、滚丝模和切边模等比用基体钢、Cr12MoV钢提高模具寿命2～6倍以上。
  （4）　Cr8MoWV3Si（代号ER5）钢。此钢的含碳量和合金度比前几种钢有所增高。与Cr12MoV钢相比，C、Cr降低使碳化物细小均匀，Mo、W、V增高可提高二次硬化能力和耐磨性。因此ER5钢的强度、韧性和耐磨性均优于Cr12MoV钢，且各种工艺性能良好，成本适中。于1120～1150℃淬火、520～550℃回火3次，硬度为64～65HRC，调节工艺参数可调整强韧性和耐磨性的配合。ER5钢适于制造大型重载冲裁模、精密冲裁模和冷镦模。用它制造的电机硅钢片冲裁模，其寿命目前为同类模具之最。
     用各种高强韧性钢制造的模具，均可通过表面强化处理进一步大幅度提高寿命。用于冷冲裁模的表面处理工艺有氮碳共渗、渗硼、TD法渗钒、渗铬、气相沉积TiN或TiC、化学镀镍磷合金和电火花熔覆硬质合金等。


2　冷挤压模的选材


      冷挤压模承受很大的载荷和强烈的摩擦，要求凸模有足够的抗压、抗弯强度以防镦粗、折断；凹模要有足够的抗拉强度和疲劳抗力以防开裂；凸、凹模均要求高耐磨性以延长使用寿命。以往，小批挤压软料的模具，常用60Si2Mn钢做凸模、T10A钢做凹模；中批量生产用复杂模具，常选用CrWMn、9CrWMn等钢；大批生产用重载模具，常以Cr12MoV钢做凹模，以高速钢做凸模。
     除60Si2Mn钢外，上述钢种在使用中均表现出强韧性不足，凸模易折断，凹模易胀裂。现趋向于选用GD、012Al、LD、GM和ER5等新型高强韧模具钢，以及下列新钢种。
  （1）　6W6Mo5Cr4V（代号6W6）钢。此钢系降碳高速钢，碳化物减少，分布均匀，强韧性增高。经1180～1200℃淬火、560～580℃回火3次，硬度为60～63HRC，强韧而又耐磨。主要用于取代高速钢和Cr12型钢制造冷挤凸模和冷镦冲头，寿命成倍提高。
  （2）　6Cr4W3Mo2VNb（代号65Nb）钢。此钢系基体钢，加入少量Nb以细化晶粒，稳定碳化物，减少马氏体中碳量，从而进一步提高韧性。于1080～1180℃淬火、520～600℃回火，硬度为59～62HRC。调节温度可调整强韧性和耐磨性配合。适于制造形状复杂的有色金属冷挤压模，也可用于单位压力不超过2500MPa的钢挤压模。
  （3）　6Cr4Mo3Ni2WV（代号CG2）钢。此钢系调整成分的基体钢，加Ni可进一步提高强韧性和热疲劳抗力。淬火温度1100～1140℃，用于冷挤模时可于520～560℃回火两次，硬度为59～62HRC；用于温挤、热挤模具时则于600～650℃回火两次，硬度为50～54HRC。
  （4）　硬质合金YG15、YG20和钢结硬质合金GT35、TLMW50，其硬度高，耐磨，有一定韧性，寿命很高，但制造工艺复杂，成本高，只用于大量生产的场合。如反挤压钢件的批量不应小于105件，反挤压铝件的批量应在5×105件以上。
     钢制冷挤压模根据需要可进行表面强化处理。除前述表面处理工艺外，还可进行硼硫复合渗、硫氮碳共渗等，以改善表面摩擦性能，防止粘着磨损失效。