崔 崑（武漢華中科技大學(xué)模具技術(shù)與成形模擬國家重點實驗室）
五十年代，我國模具用鋼全部因襲國外鋼號。進(jìn)入六十年代，為了節(jié)約原材料和提高毛坯精度，少無切削工藝和精密成形技術(shù)有了迅速的發(fā)展，為了提高生產(chǎn)效率，采用了許多高效壓力加工設(shè)備，鍛錘逐漸被壓力機(jī)替代。原用模具鋼的性能常不能滿足服役條件對性能的高要求，影響了模具的使用壽命和壓力加工新工藝新設(shè)備的推廣應(yīng)用。七十年代末，精密及大型工程塑料制品的使用日益廣泛，對塑料模具用鋼的需求量急劇增加，對塑料模具鋼的性能也提出了新的要求，而我國當(dāng)時尚無塑料模具專用鋼。
六十年代以來，在國家有關(guān)部委的支持下，中國科技工作者結(jié)合國情，開發(fā)出不少新模具鋼，其中一些使用性能優(yōu)異、工藝性能也比較好的新鋼種受到模具制造和使用單位的歡迎。在此期間也引進(jìn)了一些國外通用的鋼號，其中有些鋼號通過生產(chǎn)試用，取得良好的效果[1]。對一些使用效果較好的冷作模具鋼和熱作模具鋼，有關(guān)部門還分別組織了性能對比試驗研究，提出了選擇和應(yīng)用的建[2，3]議。為滿足高耐磨、長壽命模具的需要，五十年代末，我國硬質(zhì)合金有了迅速的發(fā)展，同時也開發(fā)了多種鋼結(jié)硬質(zhì)合金，用做模具取得良好的效果。
本文分為冷作模具鋼、熱作模具鋼、塑料模具鋼、硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金、模具熱處理、展望和建議六部份論述。
1 冷作模具鋼
目前我國常用的冷作模具鋼仍是低合金工具鋼CrWMn和高碳高鉻工具鋼Cr12MoV及Cr12這些老的鋼號。CrWMn鋼有適當(dāng)?shù)拇阃感院湍湍バ?，熱處理變形小，但CrWMn鋼鍛后需較嚴(yán)格地控制冷速，并采用適當(dāng)?shù)臒崽幚?，使碳化物呈均勻?xì)小的粒狀，分布于基體上，否則易形成網(wǎng)狀碳化物，導(dǎo)致模具在使用中的崩刃和開裂。高碳高鉻工具鋼有高的耐磨性，但其碳化物偏析較嚴(yán)重，導(dǎo)致變形的方向性和強(qiáng)韌性的降低。通過反復(fù)鐓撥可在一定程度上改善其偏析程度。
1981年，我國引入國際通用的高碳高鉻工具鋼D2（Cr12Mo1V1）。和Cr12MoV鋼相比，D2鋼的碳化物偏析較之Cr12MoV略有改善，強(qiáng)度與韌性稍有提高，D2鋼制作的模具，其使用壽命亦有不同程度的提高[4]。高速鋼（主要是W6Mo5Cr4V2和W18Cr4V）有更高的耐磨性和強(qiáng)度，常用于制作模具，但其韌性不能滿足復(fù)雜大型和受沖擊負(fù)荷大的模具的需要。
為了改善這類鋼的強(qiáng)韌性，我國開發(fā)了一些新的冷作模具鋼，如：
1.1 低合金冷作模具鋼
這類鋼的主要特點是工藝性好，淬火溫度低，熱處理變形小，強(qiáng)韌性好，并具有適當(dāng)?shù)哪湍バ?。如GD（6CrMnNiMoVSi）、7CrSiMnMoV（簡稱CH）、DS鋼等。GD鋼用于制作易崩刃、斷裂的冷沖模具有高的使用壽命[5]。CH鋼的成分與日本的SX105V鋼相同，是一種火焰淬火鋼，常用于制做汽車等生產(chǎn)線上用的模具零件，火焰淬火時加熱模具刃口切料面，硬化層下又有一個高韌性的基體做襯墊，從而使模具獲得較高的使用壽命[3[。DS鋼是一種沖擊冷作模具鋼，其沖擊韌性顯著優(yōu)于常用的高韌性刀片用工具鋼6CrW2Si[6]。
1.2 基體鋼
基體鋼一般指其成分與高速鋼淬火組織中基體化學(xué)成分相同的鋼。美國、日本在七十年代初即研究過牌號為Vasco MA、Vasco Matrix I和MOD2的基體鋼，相當(dāng)于M2和M36高速鋼的基體，但未得到廣泛的使用。我國研制了一些基體鋼，如65Cr4W3Mo2VNb（簡稱65Nb）、65W8Cr4VTi（簡稱LM1）65Cr5Mo3W2VSiTi（簡稱LM2）鋼等。 這些基體鋼的主要特點是其含碳量稍高于基體的含碳量，以增加一次碳化物量和提高耐磨性，還加入少量的強(qiáng)碳化物形成元素鈮或鈦，以形成比較穩(wěn)定的碳化物，阻止淬火加熱時晶粒的長大并改善鋼的工藝性能。這類基體鋼已較廣泛地用于制作冷擠壓、厚板冷沖、冷鐓等模具，特別適于難變形材料用的大型復(fù)雜模具，還可用做黑色金屬的溫?zé)釘D壓模具[7]。
1.3 韌性較高的耐磨冷作模具鋼
為了改善Cr12型冷作模具鋼的碳化物偏析，提高其韌性，并進(jìn)一步增加鋼的耐磨性，我國做了大量的研究工作，開發(fā)出不少新的鋼種，如 LD[8]、ER5[9]和GM[10]鋼等。在這些鋼中，適當(dāng)降低了鉻含量以改善碳化物偏析，增加鎢、鉬和釩的含量以增加二次硬化的能力和提高耐磨性。與Cr12型冷作模具鋼比較，這類鋼的碳化物偏析有所改善，有較高的韌性。這類鋼比Cr12型冷作模具鋼有更好的耐磨性，因而制做的模具有更高的壽命，更適于高速沖床和多工位沖床的使用。
2 熱作模具鋼
我國常用的熱作模具鋼為5CrMnMo、5CrNiMo和3Cr2W8V鋼。
5CrNiMo鋼主要用做大中型鍛模。但其淬透性不夠高，回火穩(wěn)定性也不高，其性能不能滿足大截面鍛模對性能的要求。3Cr2W8V鋼廣泛用做黑色和有色金屬熱擠壓模和Cu、Al合金的壓鑄模。這種鋼的熱穩(wěn)定性高，使用溫度達(dá)650C，但鎢系熱作模具鋼的導(dǎo)熱性低、冷熱疲勞性差。
我國在八十年代初引進(jìn)國外通用的鉻系熱作模具鋼H13 （4Cr5MoSiV1），H13鋼有良好的冷熱疲勞性，在使用溫度不超過600C時，代替3Cr2W8V鋼，模具壽命有大幅度提高，因此H13鋼迅速得到推廣應(yīng)用，其產(chǎn)量已超過3Cr2W8V鋼。
為適應(yīng)壓力加工新工藝、新設(shè)備對模具鋼在強(qiáng)韌性和熱穩(wěn)定性方面更高的要求，我國研制了不少的新熱作模具鋼，主要有：
2.1熱鍛模具鋼
國內(nèi)在八十年代，針對5CrNiMo鋼的淬透性不能滿足大截面錘鍛模的需要和使用溫度不超過500C的問題，對國內(nèi)外用鋼做過大量的分析對比和研究。研究工作表明，國外同類鋼5CrNiMoV中的Cr、Ni、Mo含量均高于國產(chǎn)5CrNiMo鋼，并含有少量的V，因而其淬透性和回火穩(wěn)定性均高于國產(chǎn)5CrNiMo鋼，并建議選用5CrNiMoV鋼，用于制做大型、復(fù)雜的重載荷錘鍛模[11]。
國內(nèi)還開發(fā)了大截面熱鍛模具鋼5Cr2NiMoVSi和45Cr2NiMoVSi鋼，已獲得較廣泛的應(yīng)用[1]。與5CrNiMo鋼相比，這些鋼中的碳含量稍低，提高了Cr和Mo的含量并加入適當(dāng)?shù)腣和Si，因之有高的淬透性和熱穩(wěn)定性。45Cr2NiMoVSi鋼中的碳和硅，較之5Cr2NiMoVSi鋼，稍有降低，更適宜于做錘鍛模。這種鋼用于制造4000t以上機(jī)械壓力機(jī)鍛模和3t以上鍛錘模，使用壽命較5CrNiMo和5CrNiMoV提高0.5~1.5倍。3Cr2MoWVNi鋼也是我國開發(fā)的一種熱鍛模用鋼，有高的使用壽命[11]。
2.2 熱擠壓用模具鋼
H13已是國內(nèi)外廣泛使用的熱作模具鋼，在使用溫度不超過600C時，有良好的冷熱疲勞性能，用做熱擠壓模和鋁合金壓鑄模，有比較高的使用壽命。但H13鋼有較大的尺寸效應(yīng)， 國外采用爐外精練、高溫擴(kuò)散退火、等向鍛造等工藝，以改善其尺寸效應(yīng)，減小Cr和Mo的成分偏析，國內(nèi)多采用電渣重熔等工藝。
我國研制了許多強(qiáng)韌性好、熱穩(wěn)定性高的熱擠壓用熱作模具鋼。一些鋼是在國外鉬系3Cr3Mo3V鋼和鉻系H13鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來，并在合金化方面有一定特色，如HMI（3Cr3Mo3W2V）、 TM（4Cr3Mo2WMnVNb） 、Y4（4Cr3Mo2MnVB）、Y10（4Cr5Mo2SiV1）、HD2（4Cr3Mo2VNiNbB）、012Al（5Cr4Mo3SiMnVAl） 等鋼。這些鋼在保持較好的強(qiáng)韌性條件下，具有高的其熱穩(wěn)定性，分別用于制做熱擠壓模、精鍛模、有色金屬壓鑄模等，有良好的使用效果[3，12]。
我國有關(guān)部門曾組織一些研究單位和使用單位，選擇了27種國內(nèi)外應(yīng)用和新研制成功的熱作模具鋼，對其基本力學(xué)性能、工藝性能和使用性能進(jìn)行測試和對比，并提出了各類熱作模具的選材準(zhǔn)則[2]。
3 塑料模具鋼
塑料成形用模具產(chǎn)值已在模具工業(yè)總產(chǎn)值中占首位。 中國過去無專用塑料模具用鋼。近年在引進(jìn)國外塑料模具用鋼的同時，自行研制和開發(fā)出一些新的塑料模具專用鋼。
3.1 預(yù)硬型塑料模具鋼
這類鋼在鋼廠經(jīng)過充分鍛打后制成模塊，預(yù)先熱處理至要求的硬度（一般預(yù)硬至30~35RHC）后，供使用單位制模。 P20（即3Cr2Mo）是國外使用最廣泛的預(yù)硬塑料模具鋼，已列入我國合金工具鋼標(biāo)準(zhǔn)，八十年代以來已在我國一些工廠廣泛采用。718是瑞典生產(chǎn)的改型P20鋼，較P20有更高的淬透性，調(diào)質(zhì)后可在大截面尺寸保持硬度均勻一致，亦在我國得到較廣泛地使用。
3.2 易切削預(yù)硬鋼[13]
為了改善預(yù)硬塑料模具鋼的被切削性能，可加入易切削元素。美國、日本、德國都發(fā)展了一些易切削預(yù)硬鋼。國外易切削預(yù)硬鋼主要是S系，也有S-Se系、Ca系。但Se價格較貴。S系易切削鋼的各向異性較大，在截面增大時，硫化物的偏析比較嚴(yán)重。
我國研制了一些含硫易切削預(yù)硬塑料模具鋼，如8Cr2MnWMoVS（8Cr2S）和S-Ca復(fù)合易切削塑料模具鋼5CrNiMnMoVSCa（5NiSCa）。 5NiSCa鋼采用了S-Ca復(fù)合易切削系和噴射冶金技術(shù)，改善了硫化物的形態(tài)、分布和鋼的各向異性，在大截面中硫化物的分布仍比較均勻。5NiSCa鋼有高的淬透性和鏡面拋光性，模具硬度為35~45HRC時，可順利進(jìn)行各種加工。
3.3 非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼
這種鋼不經(jīng)調(diào)度處理，鍛、軋后可達(dá)到預(yù)硬硬度，有利于節(jié)約能源、降低成本、縮短生產(chǎn)周期。我國開發(fā)的這類鋼有：中碳錳硼系空冷貝氏體鋼、可用于制作塑料模和橡膠模；非調(diào)質(zhì)塑料模具鋼2Mn2CrVTiSCaRe （FT），鋼中加入S、Ca、Re做為易切削元素，比S-Ca復(fù)合系易切削鋼有更好的切削性能[13]；低碳MnMoVB系非調(diào)質(zhì)貝氏體型大截面塑料模具鋼（B30），鋼中加入S、Ca作為易切削元素，工業(yè)試生產(chǎn)表明400mm厚板坯熱軋后空冷，硬度沿截面分布較均勻[14]。
3.4 時效硬化鋼
我國開發(fā)了幾種低鎳時效硬化鋼，這些鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后進(jìn)行機(jī)械加工，再經(jīng)時效，通過析出金屬間化合物提高硬度，熱處理后變形很小。時效硬化鋼適于制作高精度塑料模具、透明塑料用模具等。
這類鋼有25CrNi3MoAl[3]、10Ni3Mn2AlCu（PMS）[15]]和06Ni6CrMoVTiAl [11]等鋼。這些鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后，硬度為20~30HRC，可進(jìn)行機(jī)械加工，再經(jīng)時效，硬度可達(dá)38~42HRC、。
3.5 耐蝕塑料模具鋼
塑料制品在以化學(xué)性腐蝕塑料為原料時，模具需具有防腐蝕性能，一般采用耐蝕鋼制造模具，此時還要求有較好的耐磨性。常用的鋼種為4Cr13（420）、9Cr18、17-4PH。PCR（0Cr16Ni4Cu3Nb）是我國開發(fā)的一種耐蝕塑料模具鋼，有較好的綜合力學(xué)性能良好的抗蝕性[3]。
4 硬質(zhì)合金和鋼結(jié)硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金是用粉末冶金方法制造的一類復(fù)合材料。硬質(zhì)合金的硬度很高、耐磨性好，有高的彈性模量和高的使用工作溫度。用于制作某些模具，模具使用壽命可提高數(shù)倍、數(shù)十倍以上。但硬質(zhì)合金較脆，抗彎強(qiáng)度和韌性較差，且不能進(jìn)行機(jī)械加工。硬質(zhì)合金作為模具材料，主要用于拉絲模具、受沖擊力不大的冷擠和冷沖模具等。目前，我國已可生產(chǎn)各類牌號的硬質(zhì)合金，基本上可以滿足國內(nèi)市場的需要。
為了滿足制造集成電路板鉆孔用的微型鉆頭、計算機(jī)用的點陣打印針、精密工模具等的需要，近年來，各國都研制出一些微晶（WC晶粒小于1微米）和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金（WC晶粒小于0.6微米），傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金中，WC晶粒尺寸為1.3～1.5微米。超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金彌補了常規(guī)硬質(zhì)合金的許多不足，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，在制造耐磨耐沖擊工模等方面取得了良好的效果。我國一些研究單位和硬質(zhì)合金廠已研制出多種牌號的微晶硬質(zhì)合金和超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金[16，17]。開發(fā)高性能超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金目前仍是硬質(zhì)合金研究的熱點。
鋼結(jié)硬質(zhì)合金是以碳化物為硬質(zhì)相，鋼作粘接相形成的復(fù)合材料。鋼結(jié)硬質(zhì)合金有良好的耐磨性，其強(qiáng)度和韌性一般高于硬質(zhì)合金，并具有可熱處理性、可切削加工性、可鍛性和可焊性這樣一些工藝性能。模具是鋼結(jié)硬質(zhì)合金的主要應(yīng)用領(lǐng)域。我國于60年代開始研制這種材料，已研制成多種牌號的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，用作模具的鋼結(jié)硬質(zhì)合金，硬質(zhì)相主要用TiC和WC，鋼的基體主要采用低合金鉻鉬鋼、中高合金工具鋼或高速鋼，如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。鋼結(jié)硬質(zhì)合金已用于制作冷鐓模、擠壓模、拉伸模、沖裁摸、拉絲模、熱鐓模等[11，18]。
粉末冶金技術(shù)的發(fā)展和熱等靜壓的應(yīng)用，導(dǎo)致七十年代無偏析粉末高速鋼的生產(chǎn)和使用，其主要特點是強(qiáng)韌性、可磨削性、等向性、熱處理工藝性都優(yōu)于一般高速鋼，并有比較高的使用壽命。以后用此技術(shù)生產(chǎn)常規(guī)工藝無法生產(chǎn)的高碳高釩高耐磨冷模具鋼，這類鋼有較好的切削加工性和磨削性能，并有較好的韌性，制成的模具使用壽命與一些硬質(zhì)合金相近。國外已生產(chǎn)多種牌號的粉末冶金高耐磨冷模具鋼，國內(nèi)尚少研究[11]。
5 模具熱處理
模具制造的成本高，特別是一些精密復(fù)雜的冷沖模、塑料模、壓鑄模等。采用熱處理技術(shù)提高模具的使用性能，可以大幅度提高模具壽命，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，我國模具技術(shù)工作者十分重視模具熱處理技術(shù)的發(fā)展。
5.1 真空熱處理[19，20]
模具鋼經(jīng)真空熱處理后有良好的表面狀態(tài)，變形小。與大氣下的淬火比較，真空油淬后模具表面硬化比較均勻，而且略高一些，主要原因是真空加熱時，模具鋼表面呈活性狀態(tài)，不脫碳，不產(chǎn)生阻礙冷卻的氧化膜。在真空下加熱，鋼的表面有脫氣效果，因而具有較高的力學(xué)性能，爐內(nèi)真空度越高，抗彎強(qiáng)度越高。真空淬火后，鋼的斷裂韌性有所提高，模具壽命比常規(guī)工藝普遍提高40%~400%，甚至更高。冷作模具真空淬火技術(shù)已得到較廣泛的使用。
5.2 深冷處理[21]
近年來的研究工作表明，模具鋼經(jīng)深冷處理（-196℃），可以提高其力學(xué)性能，一些模具經(jīng)深冷處理后顯著提高了使用壽命。模具鋼的深冷可以在淬火和回火工序之間進(jìn)行， 也可在淬火回火之后進(jìn)行深冷處理。如果在淬火、回火后鋼中仍保留有殘余奧氏體，則在深冷處理后仍需要再進(jìn)行一次回火。深冷處理能提高鋼的耐磨性和抗回火穩(wěn)定性。深冷處理不僅用于冷作模具，也可用于熱作模具和硬質(zhì)合金。深冷處理技術(shù)已越來越受到模具熱處理工作者的關(guān)注，已開發(fā)出專用深冷處理設(shè)備。不同鋼種在深冷過程中的組織變化及其微觀機(jī)制及其對力學(xué)性能的影響，尚需進(jìn)一步研究。
5.3 模具的高溫淬火和降溫淬火[22]
一些熱作模具鋼，如3Cr2W8V、H13、5CrNiMo、5CrMnMo等，采用高于常規(guī)淬火溫度加熱淬火，可以減少鋼中碳化物的數(shù)量、改善其形態(tài)和分布，使固溶于奧氏體中碳的分布均勻化，淬火后可在鋼中獲得更多的板條馬氏體，提高其斷裂韌性和冷熱疲勞抗力，從而延長模具使用壽命。例如3Cr2W8V鋼制的一種熱擠壓模具，常規(guī)淬火溫度為1080~1120℃，回火溫度為560~580℃。當(dāng)淬火溫度提高至1200℃，回火溫度為680℃（2次），模具壽命提高了數(shù)倍。
W6Mo5Cr4V2、W18Cr4V高速鋼和Cr12MoV等高合金冷作模具鋼，可適當(dāng)降低其淬火溫度，以改善其塑韌性，減少脆性開裂傾向，從而提高模具壽命。例如W6Mo5Cr4V2的淬火溫度可選用1140~1160℃。
5.4 化學(xué)熱處理[23，24]
化學(xué)熱處理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蝕性、抗咬合、抗氧化性等性能。幾乎所有的化學(xué)熱處理工藝均可用于模具鋼的表面處理。
研究工作表明，高碳及低合金工具鋼和中高碳高合金鋼均可進(jìn)行滲碳或碳氮共滲。高碳低合金鋼滲碳或碳氮共滲時，應(yīng)盡可能選取較低的加熱溫度和較短的保溫時間，此時可保證表層有較多的未溶碳化物核心，滲碳和碳氮共滲后，表層碳化物呈顆粒狀，碳化物總體積也有明顯增加，可以增加鋼的耐磨性。W6Mo5Cr4V2和65Nb鋼制模具進(jìn)行滲碳以及65Nb鋼制模具真空滲碳后，模具的壽命均有顯著提高。
采用500~650℃高溫回火的合金鋼模具，均可在低于回火溫度的范圍內(nèi)或在回火的同時進(jìn)行表面滲氮或氮碳共滲。
滲氮工藝目前多采用離子滲氮、高頻滲氮等工藝。離子滲氮可以縮短滲氮時間，并可獲得高質(zhì)量的滲層。離子滲氮可以提高壓鑄模的抗蝕性、耐磨性、抗熱疲勞性和抗粘附性能。
氮碳共滲可在氣體介質(zhì)或液體介質(zhì)中進(jìn)行，滲層脆性小，共滲時間比滲氮時間大為縮短。壓鑄模、熱擠壓模經(jīng)氮碳共滲后可顯著提高其熱疲勞性能。氮碳共滲對冷鐓模、冷擠壓模、冷沖模、拉伸模等均有很好的應(yīng)用效果。
冷作模具和熱作模具還可以進(jìn)行硫氮或硫氮碳共滲。近年許多研究工作都表明稀土有明顯的催滲效果，從而發(fā)展了稀土氮共滲、稀土氮碳共滲等新工藝。
5.5 滲硼和滲金屬[23，24，25]
滲硼可以是固體滲硼、液體滲硼和膏劑滲硼等，應(yīng)用最多的是固體滲硼，市場上已有固體滲硼劑供應(yīng)。固體滲硼后，表層的硬度高達(dá)1400`2800HV，耐磨性高，耐腐蝕性和抗氧化性能都較好。
滲硼工藝常用于各種冷作模具上，由于耐磨性的提高，模具壽命可提高數(shù)倍或十余倍。采用中碳鋼滲硼有時可取代高合金鋼制作模具。滲硼也可應(yīng)用于熱作模具，如熱擠壓模等。
滲硼層較脆，擴(kuò)散層比較薄，對滲層的支撐力弱，為此，可采用硼氮共滲或硼碳氮共滲，以加強(qiáng)過渡區(qū)，使其硬度變化平緩。為改善滲硼層脆性，可采用硼釩、硼鋁共滲。
滲金屬包括滲鉻、滲釩、滲鈦等工藝均可用于處理冷作和熱作模具，其中TD法（熔鹽滲金屬）已得到一些應(yīng)用，可使模具壽命提高幾倍乃至十幾倍。
5.6 氣相沉積[23，25]
氣相沉積按形成的基本原理，分為物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）。
PVD分為真空蒸鍍、濺射鍍和離子鍍。離子鍍是蒸鍍和濺射鍍相結(jié)合的技術(shù)，離子鍍膜具有粘著力強(qiáng)、均鍍能力好、被鍍基體材料和鍍層材料可以廣泛搭配等優(yōu)點，因而獲得較廣泛的應(yīng)用。近年來多弧離子鍍受到人們的重視。目前在模具上應(yīng)用較多的是離子鍍TiN，這種膜不僅硬度高而且膜的韌性好、結(jié)合力強(qiáng)、耐高溫。在TiN基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多元膜，如（TiAl）N、（TiCr）N等，性能優(yōu)于TiN，是一類更有前途的新型薄膜。
CVD是用化學(xué)方法使反應(yīng)氣體在基礎(chǔ)材料表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成覆蓋層（TiC、TiN）的方法。CVD有多種方法。通常，CVD的反應(yīng)溫度在900℃以上，覆層硬度達(dá)到2000HV以上，但高的溫度容易使工件變形，沉積層界面易發(fā)生反應(yīng)。發(fā)展趨勢是降低溫度，開發(fā)新的涂層成分。例如，金屬有機(jī)化合物CVD（MOCVD），激光CVD（LCVD），等離子CVD（PCVD）等。
5.7 高能束熱處理[26]
高能束熱處理的熱源通常是指激光、電子束、離子束等。它們共同的特征是：供給材料表面功率密度至少103W/㎝2。它們的共同特點是：加熱速度快，加熱面積可根據(jù)需要選擇，工件變形小，不需要冷卻介質(zhì)，處理環(huán)境清潔，可控性能好，便于實現(xiàn)自動化處理。國內(nèi)外對高能束熱處理的原理、工藝等均投入較多的研究，比較成熟的是激光相變硬化、小尺寸電子束處理和中等功率的離子注入，并在提高模具壽命方面獲得了應(yīng)用。
6 展望和建議
可以認(rèn)為，我國已建立了較完整的模具用材系列，其中一些模具材料的性能優(yōu)異，達(dá)到國際先進(jìn)水平。我國模具熱處理的研究開發(fā)亦可與國際同步，一些新的模具熱處理技術(shù)在不同程度上得到推廣和應(yīng)用。
針對存在的問題，對今后我國模具用材料和模具熱處理技術(shù)的發(fā)展，提出如下建議：
6.1 加速模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和模具鋼經(jīng)銷的商品化。
我國每年模具用鋼超過20萬噸，且逐年增長。近年，國外模具鋼的進(jìn)口量，約占模具鋼需要量的1/3，呈逐漸增加趨勢。主要問題是我國模具鋼的品種規(guī)格較少，模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和經(jīng)銷的商品化程度低。在一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，冶金企業(yè)供應(yīng)經(jīng)機(jī)加工的模具鋼制品已達(dá)50~60%，而中國80%以上的模具鋼仍以黑皮圓棒供貨。越來越多的模具制造廠點要求在模具設(shè)計完成后，模具鋼供應(yīng)廠商能迅速提供所需鋼材，減少庫存鋼材數(shù)量，縮短制模周期。中國鋼材生產(chǎn)企業(yè)尚不適應(yīng)這一商品市場機(jī)制，這是進(jìn)口模具鋼材在中國日益擴(kuò)大的重要原因。
6.2 大力推廣應(yīng)用性能優(yōu)良的新型模具鋼不斷完善模具鋼鋼種系列
我國已開發(fā)出不少有一定特色的新型模具鋼，其中一些鋼的性能優(yōu)異，達(dá)到或超過國外同類鋼的水平。但這些新鋼的推廣數(shù)量和應(yīng)用范圍不夠大，主要原因是由于中國模具鋼的生產(chǎn)尚未走制品化、精料化的道路而經(jīng)銷方式不適應(yīng)商品市場的要求，解決了這些問題，這些性能良好的新型模具鋼有廣闊的推廣前景，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
中國已經(jīng)有了較完整的模具鋼系列，尚需不斷提高其質(zhì)量，擴(kuò)大應(yīng)用，在應(yīng)用中進(jìn)一步存優(yōu)去劣。同時，有選擇地開發(fā)先進(jìn)模具鋼，完善中國的模具鋼系列，例如開發(fā)粉末冶金模具鋼，多元易切削系塑料模具鋼，建立玻璃、陶瓷，耐火磚和地磚等成形模具用鋼系列等
6.3 進(jìn)一步提高模具鋼的質(zhì)量
我國某些特殊鋼廠已采用新的冶金設(shè)備和工藝生產(chǎn)模具鋼，如爐外精煉、真空冶煉、快鍛機(jī)和精鍛機(jī)等，一些模具鋼的質(zhì)量有大幅度提高，如D2、P20等鋼已批量出口，出口產(chǎn)品的質(zhì)量可以達(dá)到國際先進(jìn)水平。工業(yè)發(fā)達(dá)國家一直在努力提高模具鋼的純凈度、致密度、均勻性和質(zhì)量穩(wěn)定性。國外有的企業(yè)規(guī)定在高純度模具鋼中[O]10ppm，[H] 2ppm，S50ppm，因為鋼的純凈度的進(jìn)一步提高可以顯著提高鋼的韌性和疲勞性能。對大型模具還必須采用真空除氣、高溫擴(kuò)散退火，減少合金元素的偏析，并使用等向鍛選工藝，提高等向性，使模具鋼的橫向和厚向的塑性和韌性達(dá)到縱向的80~90%以上。我國還需要在這方面進(jìn)一步開展工作。
6.4 加強(qiáng)先進(jìn)模具熱處理技術(shù)的推廣與應(yīng)用[28]
模具的可控氣氛熱處理與真空熱處理應(yīng)進(jìn)一步得到發(fā)展、推廣和應(yīng)用。一些行之有效的模具表面熱處理技術(shù)，應(yīng)完善其工藝，加強(qiáng)其推廣和應(yīng)用。提高裝備和工藝材料的制造水平，加強(qiáng)熱處理專業(yè)廠的建設(shè)。
參考文獻(xiàn)
1 崔崑。模具鋼及其熱處理的研究進(jìn)展。金屬熱處理學(xué)報（增刊），1999：16~28
2 陳蘊博主編。熱作模具鋼的選擇與應(yīng)用。北京：國防工業(yè)出版社，1993
3 馮曉曾等。提高模具壽命指南-選材及熱處理。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994
4 方鐘惠。逐步進(jìn)入我國模具市場的D2鋼。特殊鋼，1993，14（5）：41~43
5 孫培楨等。新型高強(qiáng)韌低合金冷模具鋼6CrNiMnSiMoV的研制及應(yīng)用。鋼鐵，1990，25（11）：47~51
6 陳鈺秋等。高韌性冷作模具鋼（DS鋼）的研究及應(yīng)用。特殊鋼，2000，21（4）：28~31
7 崔崑等。含鈮基體鋼的顯微組織與機(jī)械性能。金屬熱處理，1984，（7）：2~12
8 李香芝等。高強(qiáng)韌性冷作模具LD1鋼的應(yīng)用研究。機(jī)械工程材料，1994，18（5）：33~36
9 張嘉立等。ER5鋼沉淀相組織及耐磨性研究。第五屆環(huán)太平洋國際模具鋼會議論文集。上海，1998：105~112
10 李國安等。高耐磨冷作模具鋼（GM）的特性及應(yīng)用效果。第五屆環(huán)太平洋國際模具鋼會議論文集。上海，1998：100~104
11 徐進(jìn)等。模具鋼。北京：冶金工業(yè)出版社，1998
12 崔崑等。高性能熱作模具鋼。第一屆國際模具技術(shù)會議論文集。北京，2000：6~15
13 崔崑。易切削塑料模具鋼研究進(jìn)展。第五屆環(huán)太平洋國衛(wèi)模具鋼會議論文集。上海，1998：10~16
14 江來珠等。非調(diào)質(zhì)貝氏體型大截面塑料模具鋼的研究和開發(fā)。寶鋼技術(shù)，1999，（6）：22~28
15 李明景等。沉淀硬化模具鋼的研制及其發(fā)展。第五屆環(huán)太平洋國際模具鋼會議論文集。上海，1998：66~70
16 白佳聲等。硬質(zhì)合金材料的性能特點及其發(fā)展應(yīng)用前景。上海金屬，2001，23（6）：10-13
17 于啟勤。新型硬質(zhì)合金-細(xì)晶粒與超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金和Ti（C,N）與TiC基硬質(zhì)合金。機(jī)械工程師，2001，（5）：58~60
18 李良福。鋼結(jié)硬質(zhì)合金在工業(yè)中的應(yīng)用。硬質(zhì)合金，2000，17（2）：120~124
19 閻承沛。真空熱處理工藝與設(shè)備設(shè)計。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998
20 閻承沛。我國真空熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀和未來。熱處理，2000，（2）：1~7
21 陳鼎等。金屬材料深冷處理發(fā)展概況。熱加工工藝，2001，（4）：57~59
22 周敬恩。模具材料選用、熱處理與使用壽命。金屬熱處理，1999，（5）：1-9
23 蔡美量等。新編工具鋼金相熱處理。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998
24 王德文主編。新編模具實用300例。北京：科學(xué)出版社，龍門書局，1996
25 李國英主編。表面工程手冊計。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998
26 劉江龍等。高能束熱處理。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997
27 江靜華等。金屬表面改性技術(shù)（5）。江蘇機(jī)械制造與自動化，2000，（5）42~45
28 樊東黎。先進(jìn)熱處理生產(chǎn)技術(shù)的重點發(fā)展領(lǐng)域。金屬熱處理，2001，26（9）：5~9