■商智苑/ 梧濟工業
前言
模具鋼大致可分為：冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑膠模具鋼三類，用於鍛造、衝壓、切型、壓鑄等。由於各種模具用途不同，工作條件複雜，因此對模具用鋼，按其所製造模具的工作條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。由於這類用途不同，工作條件複雜，因此對模具用鋼的性能要求也不同。
冷作模具包括冷沖模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼，按其所制造具的工作條件，應具有高的硬度、強度、耐磨性、足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用於這類用途的合金工具用鋼一般屬於高碳合金鋼，碳品質分數在0.80% 以上，鉻是這類鋼的重要合金元素，其品質分數通常不大於5%。但對於一些耐磨性要求很高，淬火後變形很小模具用鋼，最高鉻品質分數可達13%，並且為了形成大量碳化物，鋼中碳品質分數也很高，最高可達2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高，其組織大部分屬於過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型，包括熱鍛模、壓力機鍛模、衝壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機械應力外，還要承受反復受熱和冷卻的做用，而引起很大的熱應力。熱作模具鋼除應具有高的硬度、強度、紅硬性、耐磨性和韌性外，還應具有良好的高溫強度、熱疲勞穩定性、導熱性和耐蝕性，此外還要求具有較高的淬透性，以保證整個截面具有一致的力學性能。
模具鋼材
態金屬流的衝擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬於中碳合金鋼，碳品質分數在0.30%~0.60%，屬於亞共析鋼，也有一部分鋼由於加入較多的合金元素（如鎢、鉬、釩等）而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。塑膠模具包括熱塑性塑膠模具和熱固性塑膠模具。塑膠模具用鋼要求具有一定的強度、硬度、耐磨性、熱穩定性和耐蝕性等性能。此外，還要求具有良好的工藝性，如熱處理變小、加工性能好、耐蝕性好、研磨和拋光性能好、補焊性能好、粗糙度高、導熱性好和工作條件尺寸和形狀穩定等。一般情況下，注射成形或擠壓成形模具可選用熱作模具鋼；熱固性成形要求高耐磨、高強度的模具可選用冷作模具鋼。
具備高強度
當今高強鋼、超高強鋼很好的實現了車輛的輕量化，提高了車輛的碰撞強度和安全性能，因此成為車用鋼材的重要發展方向。但隨著板料強度的提高，傳統的冷衝壓工藝在成型過程中容易產生破裂現象，無法滿足高強度鋼板的加工工藝要求。在無法滿足成型條件的情況下，國際上逐漸研究超高強度鋼板的熱衝壓成形技術。該技術是綜合了成形、傳熱以及組織相變的一種新工藝，主要是利用高溫奧氏體狀態下，板料的塑性增加，屈服強度降低的特點，通過模具進行成形的工藝。但是熱成型需要對工藝條件、金屬相變、CAE 分析技術進行深入研究，該技術被國外廠商壟斷，國內發展緩慢。過去在生產深沖或者重沖工件，大家都認為耐壓型(EP) 潤滑油是保護模具的最好選擇。硫和氯EP 添加劑被混合到純油中來提高模具壽命已經有很長的歷史了。但是隨著新金屬– 高強度鋼的出現，環保要求的嚴格，EP 油基潤滑油的價值已經減少，甚至失去市場。
在高溫下高強度鋼的成型，EP 油基潤滑油失去了它的性能，無法在極溫應用中提供物理的模具保護隔膜。而極溫型的IRMCO 高固體聚合物潤滑劑則可以提供必要的保護。隨著金屬在衝壓模具中變形，溫度不斷升高，EP 油基潤滑油都會變薄，有些情況下會達到閃點或者燒著（冒煙）。IRMCO 高分子聚合物潤滑劑一般開始噴上去時稠度低得多。隨著成形過程中溫度的上升，會變得更稠更堅韌。實際上高分子聚合物極溫潤滑劑都有「熱尋性」而且會粘到金屬上，形成一個可以降低摩擦的隔膜。這個保護屏障可以允許工件延展，在最高要求的工件成型時沒有破裂和粘接，以此來控制摩擦和金屬流動。有效的保護了模具，延長了模具使用壽命，提高了衝壓的強度。
圖 1: 模具鋼熱處理工藝 對光學模具鋼性影響
圖 2: NB-A/B/D件 抗高玻纖 G/F 高耐磨、高耐蝕性鋼材
結論
模具日趨大型化。一方面，模具成型林間日趨大型化，另一方面，為了提高生產效率，一模多腔，因此大型模具鋼需求量將逐年增加；模具的精度越來越高，要求鋼材的品質好，尺寸穩定性好；塑膠模具鋼、壓鑄模具鋼的需求量不斷增加；中高檔模具鋼的需求量不斷增加，低檔次模具鋼過剩；另外，隨著模具標準件應用日益廣泛，模具標準化、商品化程度的提高，對於模具鋼產品品質、品種規格以及交貨週期將提出更高的要求。此模具鋼類似於一個4330 合金，潔凈鋼生產技術。它具有優異的尺寸穩定性，並一直工作鋅，鋁合金壓鑄，塑膠和橡膠模具的現場驗證，並形成所有類型的金屬片。它將接受各種形式的表面處理，包括火焰和感應硬化，硬質合金塗層，PVD 和氮化。所以，SKD61 模具鋼不僅有模具鋼的優點，更有一些合金鋼產品的特點。將會帶動國內模具鋼產業的大發展。
因此，鋼鐵企業要根據國內模具製造業發展的趨勢和模具市場的需求，緊抓研製開發高精度、高韌性、耐腐蝕、高品質的模具鋼新品種，使國產的熱作和冷作模具鋼達到世界先進水準。相信在未來的日子，我們生產模具鋼的品質和技術會越來越好，模具鋼的市場也會得到更快更好的發展，將會帶領國內模具鋼產業邁上更高層次的發展。美好的未來，我們拭目以待。■
