模具鋼的合金

模具鋼是工具鋼的一種，用來製作各種成形工具:包括冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼。

哪些元素能用來製造模具鋼呢?

主要合金:碳(C)、矽(Si)、錳(Mn)、磷(P)、硫(S)、鎳(Ni)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鋁(Mo)、鎢(W)、釩(V)、鈷(Co)
其他微量合金:釱(Ti)、鈮(Nb)、銅 (Cu)、鋁(A1)，
非金屬元素:氮(N)與錋(B)

各種合金元素對模具材料的影響

1.碳 (Carbon)
為主要合金元素，增加硬化性能、耐磨性。與其他合金在硬化處理時沃斯田鐵化固熔後型成碳化物，含碳量高之合金相對在鋼鐵鑄造時造成偏移機率增高，導致碳化物粗大，對韌性延展性，機械切削性，焊接性有負面影響。

2.矽(Si-Silicon)
優點：增強硬化能力，耐磨耗性，提高彈性限。
缺點：降低電導性，韌性，熱傳導性，抛光性。

3.錳 (Mn-Manganese)
優點：冶煉除氧效果，易與硫結合成硫化錳，提升切削性，有助於提升降服點與抗拉強度。

4.磷(P-Phosphorus)
缺點：鋼錠固化過程易導致粗大偏析度與鍛造後應力退火時的二次偏析，嚴重影響材質的均質性。增加回火脆性，韌性差，鍛造比低。

其非負面效果：磷P在沃斯田鐵系不鏽鋼，可提昇降服點強度及含鉻(Cr)與鎳 (Ni)在析出硬化過程有助於擴散強化效應。

5.硫 (S-Sulphur)
缺點：硫於鐵形成硫化鐵導致在铜錠固化過程易偏析，嚴重影響在熱鍛成型之網狀硫化物環繞包圍於晶界。硫易與錳結合成硫化錳是不純物（雜質）影響純淨度，降低材料軔性與焊補結合性不好，也容易裂。鏡面拋光性差，咬花蝕刻均勻性差，易有髮絲狀興斑點大出現模具表面，及表面鍍層如鍍硬鉻 (Chard chromiurm plated) 與化學(Electroless Ni-plated）影響其被覆效果。

6.鉻(Cr-Chromium)
提升硬化能（油冷或氣冷），易形成麻田散鐵組織( Martensite )含量太高，對衝擊強度（韌性）有負面影響。與碳易形成碳化鉻(M7C3)，提高耐磨性，增加韌性，抗氫脆性，含鉻(Gr)13% 以上具有耐触性（不鏽鋼系）。鉻含量過高相對降低熱傳導性，導電係數，易抛光性，不易放電咬花與化學蝕刻效果。

7.鎳(Ni-Nickel)
鎳不與碳共晶形成碳化物，是單一合金元素，具良好耐触性，易拋光，不易咬花蝕刻，提高韌性，600°C以上抗高溫腐触性與高溫強度（延展性佳），切削性不好，易黏刀，不易排屑，低熱膨脹與低熱傳導。

8.鉬 (Mo-Molybdenum)
鉬大都與其他合金參與固熔，形成合金碳化物 (M6C)，強化基地硬度與提高硬化能力，在熱作鋼具抗回火軟化能力，耐蝕性，高溫耐熱熔触與熱沖蝕，抗回火脆性，提高降服強度與抗拉強度。於高速鋼(M-35, M-42, M-45,M-50,M-52)提升切削性能力與高溫強度。8.

9.釩 (V-Vanadium)
釩在二次精煉時之添加物，在鋼錠固化過程抑制晶粒粗大，強化碳化物之形成，在後續熱處理沃斯田鐵化時間要足夠參與固熔，以提高其化碳物固熔比、晶粒不易粗大化之功效，且達其極致之硬化能。
碳化釩(MC)之碳化物硬度均 HV 2600~3200，且有高度抗黏著與一般耐磨粒磨耗性，抗回火軟化能力與良好高源強度，切削刀具刀刃韌性佳（不易崩角）

10.鎢(W-Tungsten)
鎢也是強化碳化物形成主要元素，其碳化物(MC)硬度可達HV：2250~3200 可提高硬化能，紅熱硬度，高溫強度，抗回火軟化能力一般添加於熱鋼與高速鋼，具有磁滯能力，飽磁性強，有添加在磁性材料之用途。

11.鈷 (Co-Cobalt)
鈷不參與碳共晶，故不形成碳化物。在高溫狀態抑制晶粒成長，高溫硬度維持能力佳，高溫強度與高溫熱磨耗抵抗性佳。提高硬化能力及強化基地硬度與潛變強度。且飽磁能力與熱傳導性佳，用於高級磁性材料與合金。

12.鈮 (Nb-Niobium)
強化碳化物形成能力，提高基地硬度且抵抗化學侵蝕，具高溫強度，與潛變強度，提高破裂韌性與耐磨性。近年來，冷作工具鋼加添微量鈮(Nb)以提高其機械性質。