合金元素对常规模具钢性能的影响
我国常用热作和冷作模具的化学成分以及国际通用模具钢可以看出：常用热作模具钢多是中等C含量（0.3%～0.6%）、常用冷作模具钢多是高C含量（一般为0.60%～1.70%、个别达到2.30%），但也有部分低碳渗碳钢和马氏体不锈钢的碳含量只有0.10%～0.40%，所有热作和冷作模具钢都加入Cr、Ni、Mn、W、Mo、V、Si、Ti、Nb和Co以及稀土等合金元素，这些合金元素在模具钢中的作用及其对模具使用性能的影响可定性地归纳为：
1）碳的影响
C是对钢的强度和硬度影响最显著的元素。C的原子半径较基体铁小，在C固溶强化时，晶格发生严重畸变，同时提高淬透性、增大内应力。当C含量在0.2%～0.7%时，随C含量的增加，强度和硬度增加，但冲击韧性下降。C又是稳定奥氏体元素，当C含量超过0.7%时，钢在室温下会有一定数量的残余奥氏体，因此硬度不会再有大幅度提高，但耐磨性仍不断增加，而冲击韧性大大下降。所以，绝大多数热作模具钢的C含量都控制在0.3%～0.5%。传统的热作模具钢的C含量多在0.5%～0.6%，增加合金元素含量的耐热模具钢和耐热抗磨损模具钢的C含量分别在0.3%～0.45%和0.6%～0.8%。根据对硬度的要求，冷作模具钢的C含量多在0.7%～1.7%。按照模具钢C含量和合金元素及其使用特性，可以将热作模具钢分为四类：
（1）C含量为0.5%～0.6%的5CrNiMo等低合金高韧性半耐热常规模具钢；
（2）C含量为0.3%～0.45%的4Cr5MoV1Si(H13)和3Cr3Mo3VNb等中等韧性耐热模具钢；
（3）C含量为0.3%～0.4%的3Cr3W8V等高合金耐高温抗磨损模具钢；
（4）C含量为0.6%～0.8%的8Cr3等抗磨损模具钢。
此外，由于C的原子半径较小，在高温容易扩散、聚散，因此回火稳定性较差，影响高温强度和硬度。可见不能单独依靠增加C含量来提高模具钢的强韧性。
２）铬的影响
Cr是铁素体形成元素，又是碳化物形成元素，在模具钢中加入一定量的Cr可提高钢的淬透性和硬度，同时，Cr还可以提高钢的高温抗腐蚀性能和抗氧化性能。无论是热作模具钢还是冷作模具钢中都应该加入一定数量的Cr，例如，常用热作模具钢主要有Cr5系、Cr-W系和Cr-Ni-Mo、Cr-Mn-Mo系几类；常用冷作模具钢主要有Cr12(含Cr12MoV)系、Cr-W-V系、Cr-W-Mn系和Cr-W-Si系。
3）镍和锰的影响
Ni和Mn是稳定奥氏体元素，在模具钢中加入一定量的Ni和Mn可以提高钢的韧性。Ni和Mn又是金属间化合物形成元素，在时效过程中会产生沉淀硬化，进一步强化模具钢。
4）铌和钛的影响
Nb和Ti是强碳化物形成元素，易形成一次碳化物。在模具钢中加入少量的Ti和Nb（一般小于1%），可以细化晶粒、提高韧性并提高硬度。
5）钨、钼和钒的影响
W、Mo和V既是固溶强化元素，又是碳化物形成元素。在模具钢中加入一定量的W、Mo和V可以提高强度和硬度。W、Mo和V的碳化物硬度很高，当在钢基体中以弥散颗粒存在时，能提高耐磨性。W、Mo和V的原子半径较大，在钢中不易扩散，在与Fe原子转换固溶的强化效果虽然不如C原子显著，但在高温条件下强化作用的稳定性强，因此，即使在高温也有较高的强度和硬度，所以回火稳定性优异。在回火时，W、Mo和V可以和扩散的C结合形成弥散分布的碳化物，产生二次强化效果。
6）钴的影响
Co与C形成的碳化物的结合能略低于Fe，不单纯形成碳化物，可少量代替Fe进入碳化物，与Fe有很好的互溶性。模具材料加入Co能提高红硬性、高温硬度，能提高钢的导热性等。
7）硅和铝的影响
Si和Al都不是碳化物形成元素，Si和Al是很好的脱氧剂，钢中加入少量的Si对二次硬化、红硬性、高温硬度都明显有利。
钢中Al可以固溶于铁素体和奥氏体中，为强铁素体的元素，对工模具钢有增加硬度的作用。
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