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通过轧制可以有效细化高碳高合金钢的碳化物,提高韧性,从而提高工模具的使用寿命。但经大轧制比轧制后钢板的厚度有限,难以满足大尺寸工模具钢的要求。因此通过将性能优异的高碳高合金钢板与低成本、高强韧性的中高碳合金钢焊接成复合工模具钢,既可以发挥高碳高合金钢的性能优势,又能降低成本,对生产实际应用具有重要意义,特别是对大尺寸的冷作模具。针对目前广泛使用的Cr12MoV和高速钢碳化物偏析严重、韧性差的缺点,首先研制了一种适合于制造复合冷作模具的高碳高合金钢。在Cr12MoV基础上通过降低C和Cr含量、增加Mo和V含量研制了一种新的高强韧冷作模具钢Crl0Mo1V1。该钢的淬火温度范围较宽(1000℃～1100℃)；在热处理时可采用低淬低回工艺也可采用高淬高回工艺。经常规热处理后,Cr10M01V1的抗弯强度、冲击韧性、耐磨性等各项力学性能均高于Cr12MoV。新型冷作模具钢Cr10M01V1所制模具的使用寿命是Cr12MoV制模具的五倍以上。对冲头在冲裁过程中的应力分布及变化情况的有限元分析表明,复合模具钢与整体模具钢的应力分布基本相同,因此可以根据被冲材料的材质和厚度判断冲头上应力的分布,确定复合冲头刃口部分厚度以及基材的选材原则。研究了5CrMnMo、42CrMo和60Si2Mn三种中碳结构钢作为复合模具钢基材的可行性。针对复合模具钢需要按照模具钢热处理的要求,研究了其热处理后的组织与性能。结果表明,高温淬火可以显著减少钢中韧性差的片状马氏体,全部得到位错型板条马氏体组织,故虽然奥氏体晶粒粗化,但塑性、韧性与强度均无太大变化。高温淬火后如采用低温回火,硬度在60HRC左右,如采用550。C的高温回火,所选的三种中碳合金结构钢的硬度也可达到40HRC。根据应力分析结果,均能满足复合冷作模具钢基体材料的不同需要。对高压力下的真空扩散焊技术及其机理进行了研究,结果表明,焊接质量主要决定于变形率,不论焊接温度T、焊接压力P和保温时间t如何变化,只要变形率达到一定的数值就可以获得相同的焊接效果。根据上述结果,高压力下真空扩散焊工艺参数可以通过下列步骤确定：首先,根据设备条件确定压力P；然后,根据P及工件截面S计算压应力σ,根据σ确定RP,要求RP<σ，其次,根据RP确定焊接温度T；最后,保温时间t根据要求的变形率来确定。另外,焊后应进行一次退火以消除焊缝上的平直晶界,使焊缝强度得到进一步提高。对于异种材料的焊接,焊接压力P应根据强度较低的材料的屈服强度来确定。实物试验表明,用M2和5CrMnMo制成的复合冷作模具钢搓丝板寿命比Cr12MoV搓丝板寿命提高了一倍以上。