隨著模具工業的迅速發展，我國在冷作模具鋼材料的研制開發等各個方面都有了迅猛的發展，雖然新型Cr8系列冷作模具鋼兼有中合金冷作模具鋼韌性高、高合金冷作模具鋼強度高和耐磨性好的優點，基本上解決了市場上常用冷作模具鋼早期脆斷、韌性不足或者變形失效的問題，但是冷作模具材料磨損或咬合失效的問題仍然難以解決。為延長模具壽命，在保證強韌性的前提下解決磨損問題，本文基于高碳高鉻系自潤滑冷作模具鋼為研究材料，結合了多種摩擦磨損試驗方式下的抗磨損性能并對其抗磨損機理進行對比分析。結果表明，高碳高鉻系自潤滑冷作模具鋼的摩擦系數遠低于其他傳統鋼種，表現出了優異的抗磨損性能，具有巨大的工程應用價值，但其抗磨減摩及自潤滑機理和自潤滑相的調控技術尚無系統理論研究。

　　目前對于這種自潤滑冷作模具鋼是一個全新的概念，其研究和生產尚處于未公開階段，對于其自潤滑機理和控制的研究尚不明確，故本文通過研究冷作模具鋼及其相類似合金體系鋼種的文獻，旨在綜述S、Cu、Al等合金元素在新型冷作模具鋼中所起的作用，通過表征不同形式的摩擦磨損性能與微觀組織的內在聯系，從而揭示自潤滑相在鋼中的減磨機理，并且簡要敘述自潤滑鋼中自潤滑相控制的方法，探討熱處理工藝對自潤滑相的類型、形態、大小及分布行為的影響規律和機制。

主要合金元素在自潤滑鋼中的作用

　　本文所采用的是高碳高鉻系自潤滑冷作模具鋼，為保證足夠的淬透性同時減輕一次碳化物偏析，Cr最低控制在8%左右;通過添加一定量的W和Mo來實現二次硬化，另添加Ni、Al形成Al3Ni金屬間化合物，通過其沉淀補償二次硬化;添加的Cu可作為形核核心，使Al3Ni的析出溫度降低到二次硬化溫度附近，最重要的是添加S形成的硫化物作為自潤滑相，改善了可加工性，提高抗磨損性能。鑒于此，本文所綜述的材料主要是添加S、Cu 等合金元素的Fe–1.0%C–8.3%Cr–Ni–Mo–W–Al–Cu–S高碳高鉻系自潤滑冷作模具鋼。

自潤滑鋼的抗磨損機理分析

　　本文選取了三種不同方式的試驗方式，第一種采用使用試驗的方式，即直接在實際的工況下，直觀評價自潤滑冷作模具鋼的抗磨損性能優劣，第二、三試驗中采用試樣試驗的方式，研究分析抗磨損的機理。

　　第一種試驗使用80噸曲柄壓力機進行如下圖所示的帽形彎曲試驗，其模具為國外某廠研發的S-MAGIC自潤滑冷作模具鋼。其試驗的測試結果，3次沖程后在S-MAGIC鋼中不發生擦傷，而其他模具材料都已發生較為明顯的擦傷。而S-MAGIC鋼沖壓件的表面粗糙度小，其摩擦力也較小，避免了磨損顆粒在工件表面上冷焊形成新生的金屬表面層，從而表明了該鋼具備良好的減磨作用。

　　第二種試驗采用球盤磨損方式，如下圖所示，圓盤試樣由上述帽形彎曲試驗中使用的模具制成的。其結果表明S-MAGIC鋼的摩擦系數明顯低于其他傳統鋼的摩擦系數。通過上述兩種摩擦磨損試驗可以明顯看出，S-MAGIC鋼的表面擦傷情況及摩擦系數遠小于其它傳統鋼種，從而得出結論，通過添加S、Cu等合金元素可在鋼中原位產生自潤滑相，從而大大改善了鋼的抗磨損性能。

　　由下圖可以看出，對于初始摩擦系數，S-MAGIC鋼和-Al鋼(Al去除鋼)最低，-WMo鋼和-Cu鋼最高，-WMo鋼的較高值主要是因為沒有W和Mo元素形成二次硬化導致較低的硬度，-Cu鋼的高摩擦系數主要是由于加S帶來的腐蝕磨損引起的，相比較而言，S和Cu添加使鋼的摩擦系數顯著降低。

　　故綜合上述實驗結果，可知S可使鋼獲得優異的可加工性，這種機制主要是S在鋼中與W、Mo結合原位自生形成細小彌散分布的MxSy金屬硫化物自潤滑相，其晶體結構為六方晶系結構，易沿密排面滑移，進行塑形變形，從而具有良好的潤滑性能，故顯著降低摩擦副間的摩擦因子，提高抗磨損性能。另外，在金屬切削或者一定載荷接觸過程中，在摩擦產生高溫的接觸區S與Fe形成FeS潤滑模層，使摩擦副之間的材料的粘附減少，進一步降低粘著磨損。

　　第三種試驗采用銷盤磨損方式，銷采用三種試驗材料，一種為標準D2鋼，其余兩種分別為+Cu 8%Cr鋼、+CuAl 8%Cr鋼。由結果可知+Cu鋼和+CuAl鋼的初始摩擦系數略低于標準D2鋼。并且對于嚴重磨損臨界滑動距離， CuAl鋼最小，+Cu鋼次之，D2鋼最大，硬度最高的+CuAl鋼有最長的臨界滑動距離，因此+CuAl鋼具有最佳的抗磨損性。

　　綜合分析上述試驗，得出的結果幾乎一致，鋼中添加S和Cu等合金元素能使鋼的摩擦系數顯著降低，大幅度通過其自潤滑作用大幅度提高鋼的抗磨損性能，從而提高模具服役壽命。

　　結語與展望

　　自潤滑冷作模具鋼作為一種新型的高端冷作模具鋼，表面出較好的強韌性配比，極佳的抗磨損性能，有望解決傳統冷作模具磨損失效的問題，并且熱處理變形極小，模具熱處理后尺寸精度高，對于制造精密復雜高端冷沖模具極其使用，該鋼對汽車用零部件高端模具最終的國產化起到至關重要的作用。

　　(1)高碳高鉻自潤滑冷作模具鋼比傳統冷作模具鋼具有更低的摩擦系數，更高的抗磨損性能。

　　(2)通過控制化學成分變量試驗可知，該鋼優異的抗磨損性能主要歸因于S和Cu的添加，形成硫化物自潤滑相。

　　(3)該鋼的抗磨損性能可以通過二次硬化析出大量的二次碳化物，較小的碳化物尺寸及較大的彌散分布程度來改善。

　　但由于自潤滑冷作模具鋼的潤滑機理研究仍然是一片空白，特別是S、Cu、Ni、Al等元素在鋼中所組成的相類型及含量與組織性能之間定量關系分析是以后的研究的重難點。