模具材料性能分析与应用探究

选取几种典型的模具材料进行说明。

S45C是以日本标准JISG4051-79（94），采用电炉、平炉或纯氧转炉炼钢法制造的高级优质碳钢（全静钢）。其金相组织均匀，无组织缺陷，含碳量（质量分数）在0.4%以上，耐磨性能优良。但延展性低，淬火易变形和开裂，故热处理极为重要，且回火后必须急冷，以免回火脆性发生。通过球化处理，可以改善其切削性能。主要用于模具的上下模座部分。

SKD11为日本工具钢牌号，是一种在国际上广泛应用的冷作模具钢。经电炉冶炼并经电渣重熔，纯净度高，韧性好，组织均匀。具有良好的高温强度、韧性与抗高温疲劳性能，能承受温度骤变，适宜在高温下长期工作。具有优良的切削性能和抛光性能。淬火温度1020℃。

SKD11是高耐磨通用冷作模具钢。通过真空脱气精炼，组织纯净。机械加工性良好。热处理变形小，淬透性好，空冷就能硬化，无需担心淬裂。耐磨性高、韧性好。主要用于模板和非工作部件，需要超冷或超深冷处理，以提高材料稳定性。

ASP23是一种铬-钼-钨-钒合金粉末高速钢，经粉末冶金炼钢技术冶炼而成，比传统的合金粉末高速钢具有更好的模具性能，具有高耐磨性（抗磨粒磨损）和高抗压强度，优异的整体淬透性，良好的韧性和热处理尺寸稳定性，及优良的耐回火性。适合作为凸模、凹模、折弯、成形类的模具零件。

硬质合金是用粉末冶金方法制造的一类复合材料。硬质合金的硬度很高、耐磨性好，有高的弹性模量和工作使用温度（红硬性高）。用于制作某些模具，模具寿命可提高数倍至数十倍。但硬质合金较脆，抗弯强度和韧性较差，且不能进行机械加工。硬质合金作为模具材料，主要用于拉丝模具、受冲击力不大的冷挤压和冷冲压模具等。(www.xing528.com)

为满足微型钻头、点阵打印针、精密工模具等的需要，近年来研制出了微晶（WC晶粒小于1μm）和超细晶粒硬质合金（WC晶粒小于0.6μm），传统硬质合金中的WC晶粒为1.3～1.5μm。超细晶粒硬质合金弥补了常规硬质合金的许多不足，扩大了应用范围，在制造耐磨耐冲击工模具等方面取得了良好效果。

钢结硬质合金是以碳化物做硬质相，钢做粘接相，在高温高压下形成的复合材料，具有良好的耐磨性，其强度和韧性高于一般硬质合金，并具有可热处理性能、可加工性、可锻性和焊接性。模具是其主要应用领域，常用来制作冷镦模、挤压模、拉深模、冲裁摸、拉丝模、热镦模等。

为了提高模具零件的使用寿命，有时对模具零件进行气相沉积处理。按气相沉积形成的基本原理，分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。

PVD分为真空蒸镀、溅射镀和离子镀。离子镀是真空蒸镀与溅射镀相结合的技术。离子镀膜粘着力强、均镀性好，被镀基体材料和镀层材料可以广泛搭配，因而获得广泛应用。近年来多弧离子镀受到重视。目前在模具上应用较多的是镀离子TiN，这种镀膜结合力强、硬度高、韧性好、耐高温。在TiN基础上发展起来的多元膜，如（TiAl）N、（TiCr）N等，性能优于TiN，是更有前途的新型镀膜。

CVD是用化学方法使反应气体在基体材料表面发生化学反应，形成覆盖层（TiC、TiN）的方法。CVD有多种方法。通常，CVD的反应温度在900℃以上，覆层硬度达到2000HV以上，但高温容易使工件变形，使沉积层界面发生反应。发展趋势是降低温度，开发新的涂层成分或方式，如金属有机化合CVD（MOCVD）、激光CVD（LCVD）、等离子CVD（PCVD）等。