2.3.7 高耐磨高强韧性冷作模具钢
高强韧性钢虽然克服了高铬、高速钢的脆断倾向，但由于钢中含碳量减少，其耐磨性不如高铬钢和高速钢。对于一些以磨损为主要失效形式的模具，上述钢种仍不能满足要求。为此，研制了高耐磨、高韧性的冷作模具钢，其典型钢种及化学成分见表2-35。
表2-35 高耐磨高强韧性冷模钢的成分
1.GM钢
在成分设计时，考虑了避免产生粗大的一次碳化物，在强韧性好的基础上弥散分布细小、均匀的碳化物，使其具有最佳的二次硬化能力和磨损抗力。GM钢的硬度指标远高于基体钢和高铬工具钢，而十分接近高速钢，耐磨性高。在韧性和强度方面GM钢优于高速钢和高铬工具钢，耐磨性与强韧性得到了最佳配合。GM钢作为一种新型耐磨钢在冷作模具材料领域替代Cr12系列钢种，有广阔的应用前景。已在高速冲床多工位级进模、滚丝模、切边模上应用，比65Nb、Cr12MoV钢的寿命提高2～6倍以上。
我国研制的Cr2Mn2SiWMoV钢热处理变形小，对于形状复杂、精密的模具十分重要。Cr2Mn2SiWMoV钢热处理变形率低于±0.004%，比正常热处理变形率±0.1%～±0.2%低得多。生产实践证明：在100mm的矩形凹模上，长和宽的尺寸变化为±0.01mm。
（1）淬、回火特性与力学性能GM钢的淬、回火基本特性如图2-28～图2-32所示。由图可见：
1）GM钢有较宽的淬火温度范围，直至1180℃时奥氏体晶粒度仍小于11级。
2）GM钢淬火后残留奥氏体明显少于Cr12MoV钢，但在回火过程中组织比较稳定，1160℃淬火，经500～600℃二次回火后，残留奥氏体仍能保留相当数量。
3）钢的二次硬化能力和耐回火性显著高于Cr12MoV钢，而且硬化峰值在较宽的回火温度范围内出现。
图2-28 淬火温度对奥氏体晶粒尺寸的影响
图2-29 淬火温度对残留奥氏体量的影响
图2-30 回火温度对残留奥氏体量的影响
图2-31 淬火温度对GM钢硬度的影响
图2-32 回火温度对GM钢硬度的影响
GM钢的力学性能见表2-36和图2-33。由图表可知，GM钢经1080～1120℃淬火，540℃回火后，硬度、抗弯强度、耐磨性和韧性明显高于Cr12MoV钢。所以，GM钢有最佳耐磨性与强韧性的配合。
表2-36 几种模具用钢的力学性能比较
图2-33 冲击次数N与失重ΔW的关系
（2）工艺性能GM钢合金元素低于高速钢，成分适中，不含一次粗大的碳化物，ϕ100mm的原材料碳化物不均匀度为1.5级，所以可锻性能良好，锻造工艺为：预热温度600～800℃，加热温度1100～1150℃，始锻温度1100℃，终锻温度900～850℃。锻前加热一定要缓慢进行，充分热透，锤击时采用轻—重—轻法操作，并严格控制变形量，不允许冷锤锻造。锻后需缓冷并及时退火，球化退火工艺为：880℃×3h+740℃×6h，炉冷至500℃出炉空冷。退火硬度为205～228HBW。
GM钢的淬、回火工艺见表2-37。
表2-37 GM钢的淬、回火工艺
GM钢还具有良好的线切割加工性能。电加工工艺参数合适，工作效率可达50mm2/min，表面粗糙度Ra为1.25～2.5μm。
（3）应用范围 综上所示，GM钢具有最佳的强韧性和耐磨性配合，同时兼有良好的冷、热加工性能和电加工性能。因此，在多工位级进模、高强度螺栓滚丝模和电动机转子片复式冲模上已经有很多应用。其寿命比65Nb、Cr12MoV钢提高2～6倍以上。
2.ER5钢
ER5钢是在美国专利钢种的成分基础上研制的新型冷作模具钢。与GM钢具有类似的性能特点，而抗磨损性比GM钢要好，见表2-38和表2-39。
表2-38 ER5钢与Cr12MoV钢的力学性能比较
表2-39 ER5钢与Cr12MoV钢耐磨试验结果对比
ER5钢在强度、韧性、耐磨性等方面均优于Cr12型钢。
ER5钢可锻性良好，锻造工艺为：始锻温度为1150℃，终锻温度在900℃以上，锻后缓冷。等温退火工艺为：860℃×2h+760℃×4h，退火后硬度为220～240HBW，易于进行机械加工。
ER5钢淬火温度范围宽，二次硬化效果好，热处理变形小。对于耐磨性要求高，又要保证高强韧性的模具，一般采用1120～1130℃加热淬火，550℃回火三次的热处理强化工艺。回火硬度为62～64HRC。
ER5钢在锻造、热处理、切削加工、电加工等方面无特殊要求，生产加工工艺简单可行，材料成本适中，适用于制作大型重载冷镦模、精密冷冲模以及其他冷冲、冷成形模具。