模具材料的性能對模具的使用壽命有決定性的影響模具工程師的重要任務(wù)之一。
模具熱處理和表面強(qiáng)化是模具制造的關(guān)鍵過程，是保證模具質(zhì)量和使用壽命的重要環(huán)節(jié)。在模具故障中，由于熱處理不當(dāng)，實(shí)際使用證明占很大比例。
模具用途廣泛，工作條件差異大，模具制造材料范圍廣。目前，沖壓模具、塑料模具、壓鑄模具、粉末冶金模具的材料主要為鋼，部分模具也可采用低熔點(diǎn)合金和非金屬材料。
模具材料的性能要求和選擇原則
模具鋼的主要性能要求如下：
1.硬度和耐磨性(最重要的模具故障形式?jīng)Q定了模具的使用壽命)
2.加工性能(模具零件形狀復(fù)雜，熱處理變形小)
3.強(qiáng)度和韌性(足夠的強(qiáng)度承受高壓，沖擊載荷要求高韌性)
4.淬火、拋光、耐腐蝕(塑料和添加劑的腐蝕)。
模具鋼按用途可分為三類：
1，冷模鋼：制作冷態(tài)金屬變形模具，包括：冷沖壓模具、冷擠壓模具、冷軋模具、粉末壓制模具。要求高硬度、高耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性。
2.熱模鋼：在壓力下制造加熱固體或液體金屬的模具，包括：熱鍛模具和壓鑄模具。高溫下需要足夠的強(qiáng)度、韌性和耐磨性，以及高熱疲勞的耐力和導(dǎo)熱性
3.塑料模具鋼：制造各種塑料模具。塑料品種多，要求差異大，模具材料范圍廣。主要要求工藝性能高（熱處理變形小、拋光好、耐腐蝕）
選擇一般原則：滿足使用性能要求，工藝性能好，經(jīng)濟(jì)性考慮適當(dāng)。
熱處理工藝常用于模具
模具熱處理包括模具材料熱處理和模具零件熱處理。
模具材料熱處理：在鋼廠完成，確保鋼材質(zhì)量，如基本機(jī)械性能，金相組織應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其特點(diǎn)是在大型工業(yè)爐中大規(guī)模生產(chǎn)。
模具零件熱處理：在模具廠或?qū)I(yè)熱處理廠完成。其特點(diǎn)是小批量或單件生產(chǎn)，工藝復(fù)雜多樣，設(shè)備精良。
熱處理方法分為預(yù)備熱處理和最終熱處理。常用方法有：正火、退火、淬火、調(diào)質(zhì)、滲碳、氮化等，見表。
冷作模具鋼及其熱處理
冷模具主要用于金屬或非金屬材料的切割、拉伸和彎曲。工作部件承受各種機(jī)械力，如拉伸、彎曲、沖擊、疲勞和摩擦。
主要失效形式：斷裂、堆塌、磨損、粘附（咬合）、咬傷、軟化等。
冷作模具鋼的主要性能要求：高變形抗力、斷裂抗力、耐磨性、耐疲勞性和粘附性
常用材料包括：
碳工具鋼，T10A，T12A
低合金鋼，9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCr15
高合金鋼，Cr12、Cr12MoV
主要特點(diǎn)：含合金鋼C馬氏體相變點(diǎn)含量高，合金元素多，合金元素降低鋼Ms
冷作模具鋼及其熱處理
冷模鋼熱處理特點(diǎn)：加熱方法（預(yù)熱或階梯加熱）、加熱介質(zhì)（控制氣氛爐、真空爐）、冷卻方法（減少變形）、表面處理（深冷處理、滲氮）、工藝間保護(hù)（及時(shí)清洗）
碳工具鋼熱處理：用于小型簡單冷作模具工作部件，要求不高，（T8A,T10A)，T10A應(yīng)用最廣泛，強(qiáng)度和韌性高。碳工具鋼淬透性差，常規(guī)淬火后淬硬層1.5～3.0mm。
低合金鋼熱處理：俗稱油淬鋼，淬火溫度低，在油中冷卻，變形小，尺寸穩(wěn)定性好。
主要材料有：鉻鎢錳鋼：(CrWMn，9CrWMn)，錳釩鋼(9Mn2V)，高碳鉻鋼（Cr鉻硅鋼(9)SiCr)
高合金鋼的熱處理：主要是高鉻高碳鋼，淬透性極高，具有微變形性，也叫微變形鋼，是高級冷作鋼。
代表鋼號Cr12，Cr12MoV，Cr12W，Cr5MoV等
火焰淬火冷模具鋼的熱處理：專門為簡化大型、特大型冷模具的生產(chǎn)工藝而開發(fā)的熱處理特點(diǎn)是：淬火溫度范圍很寬（880-1150℃），適用于手動操作；淬火性高，空冷后表面硬度高，芯部性能好；淬火變形傾向小。
冷作模具鋼與熱作模具鋼的區(qū)別：冷作模具鋼注重硬度和耐磨性。高碳含量，合金元素主要是為了提高淬火性和耐磨性。熱模鋼具有適當(dāng)?shù)挠捕纫?，注重紅度、導(dǎo)熱性和耐磨性。因此，碳含量低，合金元素主要是提高淬火性、耐磨性和紅色硬度。
塑料模具鋼及其熱處理
塑料模具鋼的主要特點(diǎn)：
1.范圍廣:從普通鋼到專用鋼。專用鋼有自己的系統(tǒng)，鋼號前加SM
2.性能要求嚴(yán)格，熱處理難度大，需要拋光和鏡面質(zhì)量
3，避免變形
4，耐腐蝕
5，易切削性
各種鋼型的熱處理
▇預(yù)硬化塑料模具鋼的熱處理
▇易切削預(yù)硬化塑料模具鋼的熱處理
▇非合金碳塑料模具鋼的熱處理
▇滲C塑料模具鋼的熱處理
▇耐腐蝕塑料模具鋼的熱處理
▇及時(shí)硬化塑料模具鋼的熱處理
●預(yù)硬化鋼一般是指鋼廠進(jìn)行最終熱處理（淬火回火）的鋼材。
●典型的預(yù)硬化塑料模具鋼為：SM3Cr2Mo.熱處理工藝為840-880℃淬火，油冷，600--650℃回火、空冷、供應(yīng)硬度32HRC。
●對應(yīng)的美國鋼材是P20，德國鋼40CrMnMo7，日本HPM2。P20鋼滲C后熱處理工藝為： 820--870℃淬火,150--260℃回火、空冷、滲C層硬度58-64HRC。德國鋼40CrMnMo7淬透性比SM3Cr2Mo加工性好，拋光性好。
●在保證原有性能的前提下，加入一種或多種易切合金元素。
●典型材料有：8CrMnWMoVS(8CrS)，含S熱處理硬度為40-42HRC當(dāng)時(shí)，其切削加工相當(dāng)于退火狀態(tài)T10A鋼（200HBS），具有良好的拋光和光刻侵蝕性。典型熱處理：800±10 ℃退火，保溫2-4h，降溫到700-720 ℃，保溫4-6h，爐冷，硬度<=229HBS，880-920 ℃淬火、空冷、硬度63HRC，160-200 ℃回火，空冷，硬度>=58HRC。
●高韌性易切割鋼：5CrNiMnMoVSCa
●非合金中碳塑料模具鋼是冶金質(zhì)量(純度)較高的中碳碳結(jié)構(gòu)鋼，含C量在0.4%—0.6%。
●典型材料有：SM45、SM50.同類日本鋼號為S45C—S58C。其熱處理工藝與傳統(tǒng)工藝相同，對于小、精度要求低的塑料模具零件，首選該鋼種。
●滲C塑料模具鋼:對于受沖擊較大的塑料模具零件，需要表面硬心部韌，采用滲透C鋼。一般零件20。Cr。對表面質(zhì)量要求高的零件采用專用鋼種：12CrNi3A。
●耐腐蝕塑料模具鋼用于制造腐蝕金屬的塑料制品模具 零件。
●典型鋼種有：Cr13、9Cr18等可加強(qiáng)馬氏體不銹鋼。其熱處理與普通不銹鋼制品相同。
●及時(shí)硬化塑料模具鋼：對于形狀復(fù)雜、精度高、壽命長的塑料模具零件，采用及時(shí)硬化鋼，減少熱處理變形，提高模具零件的精度保持。固溶后模具零件變軟（28-34HRC），易于加工成型，然后及時(shí)硬化，獲得所需的綜合力學(xué)性能。
●馬氏體時(shí)效硬化鋼具有高屈強(qiáng)比、良好切削性能和焊接性能。典型鋼種有18Ni硬度28HRC，480 ℃時(shí)效3h，硬度可提高到43HRC，保溫時(shí)間長，硬度可達(dá)52HRC。
●硬化型鋼的沉淀是通過固溶處理和沉淀沉淀第二相加強(qiáng)的，硬度可達(dá)37-43HRC。代表鋼號有：25CrNi3MoAl。這種鋼冶金質(zhì)量高，一般采用特殊冶煉，讀純讀好，鏡面研磨性好。熱處理分為:第一次固溶(淬火)、第二次固溶(回火)和及時(shí)處理。
市場上常用的塑料模具鋼
●718塑料模具鋼(43元/單位)
●718塑料模具鋼：交貨狀態(tài)已預(yù)加硬HB285-320（HRC30-35)不需要再硬化，永不變形；可以再硬化到HRC40.性能說明:適用于電腐蝕(電火花)加工，易于鏡面拋光；淬透性好，綜合力學(xué)性能好。主要用于:
(1)長期生產(chǎn)或大型塑膠料模具；
(2)具有鏡面拋光要求的大型塑料模具。
●718H （ 36元/單位） 鉻鎳鉬合金鋼是真空熔煉，出廠前已經(jīng)淬火回火，有以下兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):無淬火熱處理變形風(fēng)險(xiǎn) 無熱處理費(fèi) 縮短模具生產(chǎn)周期 降低模具成本(例如，不需要僑正變形) 模具易于修正 氮化和火眼硬化可用于提高模具的表面硬度和耐磨性。H主要用途：大型長壽命塑料注塑模具，如家用電器、計(jì)算機(jī)外殼等高表面光潔度塑料產(chǎn)品模具吹塑模具硬度高，可用于塑料模具滑塊成型工具、壓縮制動模具（彎曲模具），（根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行火焰硬化或氮化處理）結(jié)構(gòu)部件和軸 ●718H鋼材特長： 拋光加工性好，鋼材純度高.
●出廠狀態(tài)：預(yù)硬HB 330-370
●S136 (96元/單位)
●S136 --高耐磨耐腐蝕預(yù)硬鏡鋼一勝百(瑞典)ASSAB STAVAX ESR(S-136)為高檔不銹鋼工具鋼，具有以下特點(diǎn):
●耐腐蝕性好
●拋光性好
●耐磨性好
●機(jī)械加工性能優(yōu)異
● 淬火具有上述優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)定性好，使鋼種具有優(yōu)異的生產(chǎn)特性。由于其優(yōu)異的耐腐蝕性，塑料模具的優(yōu)點(diǎn)概述如下：
● 模具長期使用后，模具表面仍保持原有的光滑狀態(tài)。
HPM38 (日立金屬 )
高耐磨耐腐蝕預(yù)硬鏡鋼材HPM38是13Cr系含Mo不銹鋼經(jīng)過特殊溶解制成，具有良好的耐腐蝕性。因此，最適用于硬度高、耐腐蝕鏡面要求高的塑料模具，HPM38熱處理尺寸變化很小，適用于精密熱處理。此外，它具有良好的腐蝕性，有利于模具的維護(hù)。主要用于：日常透明產(chǎn)品（家用電器、醫(yī)療、食品）高拋光模具和耐腐蝕橡膠模具。如：通信設(shè)備部件、醫(yī)療設(shè)備部件等。
特點(diǎn)：拋光性好，耐腐蝕性好，熱處理尺寸極小 。
熱作模具鋼及其熱處理
熱模主要包括鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等
主要失效形式:斷裂(開裂或機(jī)械疲勞裂紋)、塑性變形或型腔堆積、熱疲勞、熱磨損和熱熔損傷.
熱作模具鋼的主要特點(diǎn)：除工藝性能好外，它還需要高強(qiáng)度、韌性、硬度和熱穩(wěn)定性，在不同的溫度下。一般包括C多元合金化(含量低)Cr、W、Mo、Ni、V、Si、Co等）
高韌性熱作模具鋼：用于制造受沖擊載荷大的熱作模具工作部件。
典型鋼號：5CrNiMo和5CrMnMo。
高熱強(qiáng)度熱作模具鋼：主要生產(chǎn)壓鑄模具和機(jī)鍛模具的工作部件。它需要高熱強(qiáng)度、熱疲勞、熱熔損傷、回火阻力和熱穩(wěn)定性。它通常含有更多Cr、W、Si、Mo、V等合金元素。代表鋼號有： 4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1(國外牌號H13)、4Cr3Mo3SiV
高耐磨熱作模具鋼：具有紅硬度和良好的熱磨損性，高溫強(qiáng)度、高溫韌性和熱穩(wěn)定性。代表鋼號：3Cr2W8V，含W高淬火溫度：1100-1150 ℃，為減少變形，應(yīng)緩慢加熱，應(yīng)預(yù)熱復(fù)雜和大型零件
其他模具材料的熱處理
鑄鐵模具熱處理：制造大型復(fù)雜模具，球墨鑄鐵和合金鑄鐵一般選用。典型的熱處理是正火和高溫回火。
鑄鋼模具熱處理：大鍛模具，典型代表ZG5CrMnMo、ZG5CrNiMo等熱處理一般為正火和回火。
鋼結(jié)硬質(zhì)合金熱處理：以鋼基體為粘結(jié)相，以金屬碳化物為硬質(zhì)相，通過粉末冶金工藝壓制燒結(jié)。其熱處理與合金工具鋼基本相同。
時(shí)效硬化鋼
通過及時(shí)熱處理可以提高合金鋼的硬度，
