模具是工业生产的主要工艺装置，模具工业是基础工业。模具在国际上被喻为金属加工的“帝王”，模具工业是衡量一个国家综合经济技术水平的标志和晴雨表。世界各国都十分重视模具工业的发展。我国的模具工业发展迅速，从1996年至今，产值以每年10%~20%的速度快速增长。但由于人才匮乏，技术落后，造成模具制造周期长，质量差，成本高，模具寿命不尽人意。据有关方面统计分析，在模具失效诸多因素中，材料和热处理因素占50%，可见模具的选材及热处理是何等重要。
一、国内外模具寿命对比
据《中国模具信息》2001年第11期报道，国内外模具寿命对比见表1。时间过去近20年，我国模具整体水平比国外低的格局并未改变，我国的模具技术发展很快，有的已达国际水平，少数领先，但就总体而言，在大型、精密、复杂的长寿命模具方面和国外相比，仍有较大的差距。
表1 国内外模具寿命对比
模具类型 | 模压零件、材料、尺寸 | 模具材质 | 模具总寿命（冲次、件） |
国际先进水平 | 国内水平 |
冲裁模 | 黄铜、低碳钢板；平板冲裁件；料厚≤1mm、尺寸40mm×40mm、φ45mm | 凹凸模用碳素工具钢T8、T10 | 400万~700万 | <100万 |
用合金工具钢G12、G12MoV | 800万~1000万 | 300万~500万 |
用硬质合金YG15、YG20 | 6亿~30亿 | <5000万 |
电动机转子、定子片硅钢板，料厚≤0.5mm，尺寸＜200mm | 硬质合金（多工位连续冲裁模） | 美国Linina公司：3亿 | 3800万~5000万 |
日本黑田精工：2.7亿 |
瑞士Statomat：8000万 |
英国Stellrem公司：1亿 |
精冲模 | wC≤0.2%的软钢；料厚＜3mm或3 ~6mm的拉杆、凸轮、垫板类精冲件 | 合金工具钢：Cr12MoV | 50万~100万 | <15万 |
合金工具钢：Cr12MoV 高速工具钢：W6Mo5G4V2 | 30万~60万 | 10万~12万 |
压铸模 | 铝合金件 | Cr-Ni钢、3Cr2W8 | ＞45万 | <20万 |
锻模 | 钢、曲轴 | Cr-Ni钢、5CrNiMo | 1.4万~2万 | 0.5万~0.7万 |
注塑模 | ABS，中型件 | 合金工具钢 | ＞50万 | 20万~30万 |
聚乙烯，中型件 | 合金工具钢 | ＞200万 | 50万 |
二、提高模具寿命的技术措施
材料是基础，基础不牢地动山摇，GB/T 1299—2014《工模具钢》中列出了冷作模具钢、热作模具钢、塑料模具钢的具体成分，并对杂质、含量提出了严格要求，但市售的模具钢买卖双方质量纠纷不断。我们应从正规渠道采购，不能贪便宜，应优先选用粉末钢、喷射钢和纯净度高的优质钢。另外，选用3Cr2W8V钢制造热作模具时，应关注其含碳量，国外先进标准均为wC=0.25%~0.35%，而我国标准为wC=0.30%~0.40%，此钢一直沿用前苏联3X2B8Ø钢标准，俄罗斯标准TOCT 5950—2000早已改成wC=0.27%~0.33%，而我国标准一直未作修改。实践证明，3Cr2W8V钢含碳量高则有害无益，好多早期失效皆由它引起。赵步青早于1994年7月在“哈尔滨举行的第七届全国工具热处理年会”上提出修订3Cr2W8V钢含碳量的建议。中碳中合金热作模具钢在锻后缓慢冷却或模坯截面较大时（φ＞100mm），其组织中易出现链状碳化物，导致模具早期脆断、热裂和龟裂失效。因此，需采用组织预处理予以消除，以提高模具强韧性和使用寿命。3CrMoW2V钢采用1130℃正火，可使M6C碳化物溶解，在空冷速度＞15℃/min时，超过形成链状碳化物的临界冷速，可消除链状碳化物，并在随后的球化退火后获得颗粒匀细分布的碳化物。自20世纪80年代末Cr12MoV钢模具真空淬火成功后，模具真空淬火应用日益普及，特别是高压气淬。淬火后的模具在-110℃以下作深冷处理时，析出微细碳化物残留物，残留奥氏体转变成马氏体，可提高耐磨性、抗回火稳定性、尺寸稳定性。M12螺母冷镦模经深冷处理后使用寿命提高两倍，铝合金热挤压模使用寿命提高1倍。选用高速钢制模，其淬火温度不同于刀具，普遍采用较低的淬火加热温度，即降温淬火，如W18BCrV钢淬火温度为1180~1200℃，M2、W9钢淬火温度为1160~1180℃。采用低温淬火，可获得良好的强韧性，减少变形、开裂、崩刀倾向，提高模具性能、质量和寿命。用5CrNiMo、5CrMnMo、3CrW8V等钢制造的热作模具，宜采用较高的温度淬火，以获得较多的板条马氏体，提高断裂韧度和热疲劳抗力，提高其性能和寿命。M2钢制模具，1180~1190℃加热，在稍低于Ms点以下等温1~1.5h，560℃×2h×2次硝盐回火，可获得B下+M的复相组织，与淬油相比，抗弯强度提高56%，在挤压08钢制工件时，寿命大幅提高，以磨损失效。再如，H13钢制模具，由常规淬火＋回火改用1030℃加热淬火，250℃×10min等温分级，使aK值提高33.4%，寿命比3CrW8V钢提高1.6~6倍。世间一切事物都是相对的，而不是绝对的。T10A钢和GCr15钢的第一类回火脆性区在230~270℃，一般用180~200℃回火。国内有人偏选在该钢的第一类回火脆性区回火，可获得高的疲劳抗力。对于应力集中不严重、承受拉伸-压缩-弯曲应力的冷作模具，因其寿命主要取决于疲劳裂纹的萌生，所以应尽可能提高强度，用此工艺可收到奇效。纵观各种模具失效，大多从表面开始，因此应做好“表面文章”。其中包括碳氮共渗、氮碳共渗、渗氮后氧化、蒸汽处理、TD处理、表面涂层、渗硼、渗金属、硫化、硼硫复合渗，以及表面感应加热、激光淬火等。不是所有模具都可以进行各种强化，应有所针对性。
热开裂和热疲劳决定了材料的高温强度和模具表面状态，划痕和电火花加工变形层会促使裂纹产生和扩大，为此人们采取了一系列的措施。1）Y10钢制模，应适当提高淬火温度、回火温度，以增强热疲劳抗力。2）避免脱碳，因为脱碳会使热疲劳裂纹扩大，降低热疲劳强度。3）渗氮，特别是有化合物层时，渗氮能防止热疲劳裂纹的产生。7）热作模具高温回火比低温回火有低的热冲击裂纹敏感性。热处理变形实属正常，关键是掌握变形规律并设法矫正。变形矫正的方法简介如下：1）利用马氏体相变超塑性的原理适时矫正，4m机械刀片、1.5m长拉刀淬火后冷至适当温度，轻轻施压就可矫正好，模具校直亦然。2）加压回火：系指施加压力以矫正淬火畸变的回火，如大薄刀片。3）冷处理矫正：残留奥氏体多的不锈钢淬火件，-70℃×1~2h深冷处理时尺寸胀大，制作Cr12钢模具最合适。4）热点矫正：在弯曲件的最凸处，用氧乙炔火焰或高频感应加热装置，快速加热到700℃左右，迅速冷却收缩，予以矫正。5）高频缩孔矫正：胀大的工件，放在感应圈内加热至700℃左右，迅速冷却可起到缩孔作用。缩孔多次时应进行去应力处理。7）化学腐蚀矫正：腐蚀剂有40%HNO3+60%H2O或20%HNO3+20%H2SO4。不需腐蚀处用沥青或石蜡保护。8）急冷缩孔矫正：对于孔胀大的工件，可退火加热到700℃后迅速冷却1~2次进行矫正。
