模具鋼是用于制造模具的鋼種。根據工作條件的不同,模具鋼分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼等。
冷作模具鋼是指用于制造在冷態下變形或分離的模具的鋼,如沖模、冷鐓模、冷擠壓模、拉絲模和滾絲模等。由于冷作模具在工作時,刃口部位承受很大的壓力、彎曲力和沖擊力,模具與坯料之間有強烈的摩擦,因此,冷作模具鋼的性能要求與刃具鋼相似,要求具有高強度、高硬度、足夠的韌性和良好的耐磨性。對于高精度的模具,要求其熱處理變形小,以保證模具的加工精度,大型模具還要求具有良好的淬透性。
冷作模具鋼的化學成分與低合金刃具鋼和高速工具鋼相似,具有較高含碳量,一般碳的質量分數在1. 0%以上。加入的合金元素主要有鉻、鉬、鎢、釩等,以提高其淬透性、耐磨性和耐回火性。鉬和釩除改善鋼的淬透性和耐回火性外,還起到細化晶粒、改善碳化物的不均勻性的作用。
一般冷作模具鋼在鍛造之后需進行球化退火熱處理,目的是消除鍛造應力,降低硬度,改善可加工性,細化晶粒,為淬火做好組織準備。冷作模具鋼的最終熱處理為淬火和低溫回火,最終熱處理后的組織為回火馬氏體、未溶碳化物和少量殘留奧氏體。與碳素工具鋼相比,由于合金元素的加入,淬透性提高,因此可采用油淬,淬火后的硬度與碳素工具鋼處在同一范圍,但淬火變形、淬火開裂傾向較小。
高碳高鉻型冷作模具鋼屬于萊氏體鋼,鑄態組織中存在魚骨狀共晶碳化物,其鍛造和熱處理與高速工具鋼相似。為了使模具達到所要求的使用性能和使用壽命,對這類鋼在鍛造和熱處理之后的共晶碳化物分布、顆粒大小以及馬氏體針的長短都作了相應的規定,其要求更為嚴格。