模具钢的合金

模具钢是工具钢的一种，用来制作各种成形工具：包括冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。

哪些元素能用来制造模具钢呢？

主要合金：碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、镍（Ni）、铬（Cr）、钼（Mo）、铝（Mo）、钨（W）、钒（V）、钴（Co）
其他微量合金：钎（Ti）、铌（Nb）、铜（Cu）、铝（A1），
非金属元素：氮（N）与锜（B）

各种合金元素对模具材料的影响

1.碳（Carbon）
为主要合金元素，增加硬化性能、耐磨性。与其他合金在硬化处理时沃斯田铁化固熔后型成碳化物，含碳量高之合金相对在钢铁铸造时造成偏移机率增高，导致碳化物粗大，对韧性延展性，机械切削性，焊接性有负面影响。

2.硅（Si-Silicon）
优点：增强硬化能力，耐磨耗性，提高弹性限。
缺点：降低电导性，韧性，热传导性，抛光性。

3.锰（Mn-Manganese）
优点：冶炼除氧效果，易与硫结合成硫化锰，提升切削性，有助于提升降服点与抗拉强度。

4.磷（P-Phosphorus）
缺点：钢锭固化过程易导致粗大偏析度与锻造后应力退火时的二次偏析，严重影响材质的均质性。增加回火脆性，韧性差，锻造比低。

其非负面效果：磷P在沃斯田铁系不锈钢，可提升降服点强度及含铬（Cr）与镍（Ni）在析出硬化过程有助于扩散强化效应。

5.硫（S-Sulphur）
缺点：硫于铁形成硫化铁导致在铜锭固化过程易偏析，严重影响在热锻成型之网状硫化物环绕包围于晶界。硫易与锰结合成硫化锰是不纯物（杂质）影响纯净度，降低材料轫性与焊补结合性不好，也容易裂。镜面抛光性差，咬花蚀刻均匀性差，易有发丝状兴斑点大出现模具表面，及表面镀层如镀硬铬（Chard chromiurm plated）与化学（Electroless Ni-plated）影响其被覆效果。

6.铬（Cr-Chromium）
提升硬化能（油冷或气冷），易形成麻田散铁组织（ Martensite ）含量太高，对冲击强度（韧性）有负面影响。与碳易形成碳化铬（M7C3），提高耐磨性，增加韧性，抗氢脆性，含铬（Gr）13% 以上具有耐触性（不锈钢系）。铬含量过高相对降低热传导性，导电系数，易抛光性，不易放电咬花与化学蚀刻效果。

7.镍（Ni-Nickel）
镍不与碳共晶形成碳化物，是单一合金元素，具良好耐触性，易抛光，不易咬花蚀刻，提高韧性，600°C以上抗高温腐触性与高温强度（延展性佳），切削性不好，易黏刀，不易排屑，低热膨胀与低热传导。

8.钼（Mo-Molybdenum）
钼大都与其他合金参与固熔，形成合金碳化物（M6C），强化基地硬度与提高硬化能力，在热作钢具抗回火软化能力，耐蚀性，高温耐热熔触与热冲蚀，抗回火脆性，提高降服强度与抗拉强度。于高速钢（M-35， M-42， M-45，M-50，M-52）提升切削性能力与高温强度。 8.

9.钒（V-Vanadium）
钒在二次精炼时之添加物，在钢锭固化过程抑制晶粒粗大，强化碳化物之形成，在后续热处理沃斯田铁化时间要足够参与固熔，以提高其化碳物固熔比、晶粒不易粗大化之功效，且达其极致之硬化能。
碳化钒（MC）之碳化物硬度均 HV 2600~3200，且有高度抗黏着与一般耐磨粒磨耗性，抗回火软化能力与良好高源强度，切削刀具刀刃韧性佳（不易崩角）

10.钨（W-Tungsten）
钨也是强化碳化物形成主要元素，其碳化物（MC）硬度可达HV：2250~3200 可提高硬化能，红热硬度，高温强度，抗回火软化能力一般添加于热钢与高速钢，具有磁滞能力，饱磁性强，有添加在磁性材料之用途。

11.钴（Co-Cobalt）
钴不参与碳共晶，故不形成碳化物。在高温状态抑制晶粒成长，高温硬度维持能力佳，高温强度与高温热磨耗抵抗性佳。提高硬化能力及强化基地硬度与潜变强度。且饱磁能力与热传导性佳，用于高级磁性材料与合金。

12.铌（Nb-Niobium）
强化碳化物形成能力，提高基地硬度且抵抗化学侵蚀，具高温强度，与潜变强度，提高破裂韧性与耐磨性。近年来，冷作工具钢加添微量铌（Nb）以提高其机械性质。