日本高温回火冷作模具钢的发展历史

1943~1946年苏联Lazarenko夫妇开发并发表了电火花加工法，于1950年间引入日本，20世纪60年代中叶由于石墨电极和电极无消耗电源的开发，利用电火花加工金属模成为鼎盛时期。由此淬火回火硬化模具材料的加工成为可能。可是，在电火花加工金属模具表面加工层中易生成电火花加工异常层，由此有产生裂纹的问题。
电火花加工是利用由于放电瞬间产生的高温和高压，熔融或气化加工金属，将它们飞散入加工液中的加工方法，因此加工表面熔融后急冷，结果自表面依次形成⑴再凝固层；⑵最好淬火层；⑶由于电火花加工热回火软化层；⑷正常层。在再凝固层中存在从加工液或石墨电极的渗碳，而且由于急冷收缩时的热应力产生微细裂纹。使用这样的金属模具易早期发生裂纹或缺陷，因此金属模具使用时必须通过研磨、化学抛光、电解抛光等方法充分去除再凝固层。可是研磨后也有残存微细裂纹的情况，每每就是引起早期裂纹的场合。
对于这些裂纹的成长，金属模具的韧性当然能够影响残余应力。所以作为电火花加工金属模具材料希望具有以下特点等：
⑴韧性大。碳化物偏析或粗大的非金属夹杂物等脆性组织少，材料化学组成韧性大，即碳、铬量比较低，一次碳化物少。
⑵热应力小。材料的线（膨）胀系数小，导热系数大，即回火温度高的情况好。
⑶残余应力小。进行高温回火。为此，使用高温回火后硬度不降低，即二次硬化型金属模具材料。
鉴于以上这样的背景，从1980年后半期开始各公司开发高温回火冷作模具钢。原作为冷作模具使用最多的材料是SKD11（如：日本大同DC11、日本日立SLD、瑞典一胜百XW-42、德国葛利兹1.2379），其韧性不十分高，粗大碳化物也多。且在高温回火时难以得到充分的硬度。在开发高温回火工具钢时应改善SKD11钢以满足上述电火花加工金属模具⑴~⑶点条件。因此新材料大致有类似的成分。其代表成分大概是1%C、1%Si、0.4%Mn、8%Cr、2%Mo、0.3%V。这类钢种有：日本大同模具钢DC53、日立模具钢SLD8、日本山阳特殊钢QCM8、日本爱知制钢的SX5等，代表性的回火硬度示于图1。采用约525℃高温回火，得到62HRC以上的硬度，一次碳化物少且微细化，因此韧性、被切削性、被磨削性优越。淬透性大适用于真空淬火。由电火花加工而引起的裂纹或变形少。材料的耐磨性比SKD11差，但优于SKS3或锰系冷作工具钢。

图1  高温回火冷作模具钢的回火硬度
作为高温回火冷作模具钢用途有冲压模、顺序动作冲裁模、精密冲裁模、冷作锻造模、冷镦模具（国产基体钢钢种-LD钢很适合应用于冷镦模具）、辊式制作模、轧辊、工程塑料成形模、剪切刀、适用表面处理的金属模具（氮化、离子镀等表面处理）、高精度钢丝电火花加工模具等。

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