1、熱作模具材料熱作模具材料高原2011.71.熱作模具的工作條件熱作模具的工作條件 熱作模具包括錘鍛模、熱擠壓模和壓鑄模三類。如前所述熱作模具工作條件的主要特點(diǎn)是與熱態(tài)金屬相接觸。這是與冷作模具工作條件的主要區(qū)別。因此會(huì)帶來(lái)以下兩方面的問題： l（l）模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時(shí)，其模腔表面溫度可達(dá)300400以上熱擠壓?？蛇_(dá)500800以上，壓鑄模模腔溫度與壓鑄材料種類及澆注溫度有關(guān)。如壓鑄黑色金屬時(shí)模腔溫度可達(dá)1000以上。這樣高的使用溫度會(huì)使模腔表面硬度和強(qiáng)度顯著降低，在使用中極易損壞。l為此對(duì)熱模具鋼的基本使用性能要求是熱塑變抗力高，包括高溫硬度和高溫強(qiáng)度、高的熱塑變抗力，實(shí)際上反

2、映了鋼的高回火穩(wěn)定性。由此便可以找到熱模具鋼合金化的第一種途徑，即加入Cr、W、Si等合金元素可以提高鋼的回火穩(wěn)定性。 l（2）模腔表層金屬產(chǎn)生熱疲勞（龜裂）。熱模的工作特點(diǎn)是具有間歇性每次使熱態(tài)金屬成形后都要用水、油、空氣等介質(zhì)冷卻模腔的表面。因此，熱模的工作狀態(tài)是反復(fù)受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產(chǎn)生反復(fù)的熱脹冷縮，即反復(fù)承受拉壓應(yīng)力作用。其結(jié)果引起模腔表面出現(xiàn)龜裂，稱為熱疲勞現(xiàn)象，由此，對(duì)熱模具鋼提出了第二個(gè)基本使用性能要求：即具有高的熱疲勞抗力。一般說來(lái)，影響鋼的熱疲勞抗力的因素主要有： l鋼的導(dǎo)熱性。鋼的導(dǎo)熱性高，可使模具表層金屬受熱程度降低，從而減小鋼的熱疲勞傾向性。一般認(rèn)為鋼的導(dǎo)

3、熱性與含碳量有關(guān)，含碳量高時(shí)導(dǎo)熱性低，所以熱作模具鋼不宜采用高碳鋼。在生產(chǎn)中通常采用中碳鋼（C：0.3%0.6%）含碳量過低。會(huì)導(dǎo)致鋼的硬度和強(qiáng)度下降也是不利的。 l鋼的臨界點(diǎn)影響。通常鋼的臨界點(diǎn)（Acl）越高鋼的熱疲勞傾向性越低。因此，一般通過加入合金元素Cr、W、Si、引來(lái)提高鋼的臨界點(diǎn)。從而提高鋼的熱疲勞抗力。2.常用熱作模具用鋼常用熱作模具用鋼（1）錘鍛模用鋼。一般說來(lái)，錘鍛模用鋼有兩個(gè)問題比較突出一是工作時(shí)受沖擊負(fù)荷作用。故對(duì)鋼的力學(xué)性能要求較高，特別是對(duì)塑變抗力及韌性要求較高；二是錘鍛模的截面尺寸較大（大于400mm），故對(duì)鋼的淬透性要求較高，以保證整個(gè)模具組織和性能均勻。 l常用

4、錘鍛模具用鋼有5CrNiMo、 5CrMnMo、 5CrNiW、 5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同類型的錘鍛模應(yīng)選用不同的材料。對(duì)特大型或大型的錘鍛模以5CrNiMo為好也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。對(duì)中小型的錘鍛模通常選用5CrMnMo鋼。l（2）熱擠壓模用鋼，熱擠壓模的工作特點(diǎn)是加載速度較慢，因此，模腔受熱溫度較高，通?？蛇_(dá)500800。對(duì)這類鋼的使用性能要求應(yīng)以高的高溫強(qiáng)度(即高的回火穩(wěn)定性）和高的耐熱疲勞性能為主。對(duì)ak及淬透性的要求可適當(dāng)放低。一般的熱擠壓模尺寸較小，常小于 7090 mm。 l常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及

5、5Cr型等熱作模具鋼其中4CrW2Si，既可做冷作模具鋼，又可做熱作模具鋼。由于用途不同，可采用不同熱處理方法。作冷模時(shí)采用較低的淬火溫度（870900）及低溫或中溫回火處理；作熱模時(shí)則采用較高的淬火溫度（一般為9501000）及高溫回火處理。 l（3）壓鑄模用鋼。從總體上看，壓鑄模用鋼的使用性能要求與熱擠壓模用鋼相近，即以要求高的回火穩(wěn)定性與高的熱疲勞抗力為主。所以通常所選用的鋼種大體上與熱擠模用鋼相同。l如常采用4CrW2Si和3Cr2W8V等鋼。但又有所不同如：對(duì)熔點(diǎn)較低Zn合金壓鑄模，可選用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；對(duì)Al和Mg合金壓鑄模，可選用4CrW2Si、4Cr

6、5MoSiV 等；對(duì)Cu合金壓鑄模，多采用3Cr2W8V鋼。l近年來(lái)隨著黑色金屬壓鑄工藝的應(yīng)用，多采用高熔點(diǎn)的鋁合金和鎳合金或者對(duì)3Cr2W8V鋼進(jìn)行Cr-Al-SI三元共滲，用以制造黑色金屬壓鑄模。最近國(guó)內(nèi)外還正在試驗(yàn)采用高強(qiáng)度的銅合金作黑色金屬的壓鑄模材料。 熱作模具鋼的選擇熱作模具鋼的選擇l熱作模具鋼用于制造鍛壓、壓鑄、熱擠壓、熱鐓鍛等模具。國(guó)外通用的熱作模具鋼有三種類型，以55NiCrMoV6和56NiCrMoV7為代表的低合金熱作模具鋼，以Hl3(4cr5M0SiV1)和H11(4Cr5MoSiV)為代表的中合金熱作模具鋼， 以H10(3Cr3Mo3VSi)、H21(3Cr2W8V)

7、為代表的鎢系鉬系熱作模具鋼。l我國(guó)通用的熱作模具鋼原來(lái)主要是5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2W8V三個(gè)牌號(hào)，很不合理，近20年來(lái)我國(guó)對(duì)H13(4Cr5MoSiV1)進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究和推廣工作，1995年其產(chǎn)量已達(dá)到26976噸，成為產(chǎn)量最高的熱作模具鋼。為了適應(yīng)熱作模具鋼的發(fā)展需要，國(guó)內(nèi)外相繼開發(fā)了一些產(chǎn)品，主要可分為以下類型：l高淬透性特大型鍛壓模塊用鋼通用型的鍛壓模塊用鋼，如5CrNiMo、5CrNiMoV等，由于淬透性的限制，一般只適用于制造厚度為300-400mm的模具，而大型鍛壓設(shè)備有時(shí)模具重達(dá)幾十噸，隨著模塊面積的增大，要求進(jìn)一步提高模具材料的淬透性，以使模具的心部能夠

8、得到較高的、均勻的性能。lIS04957標(biāo)準(zhǔn)中的4NiCrMoV1，我國(guó)也開發(fā)了一些淬透性較好的鋼號(hào)4Cr2MoVNi、3Cr2NiMoWV等。l高熱強(qiáng)性模具鋼新工藝的發(fā)展使一些熱作模具的工作溫度不斷提高，工作條件日益苛刻，傳統(tǒng)的3Cr2W8V型高合金熱作模具鋼不能適應(yīng)要求，國(guó)內(nèi)外陸續(xù)研制、開發(fā)了不少新型熱作模具鋼，主要可分為四種類型：la)中合金高熱強(qiáng)性熱作模具鋼如3Cr3Mo3W2V與3Cr2W8V相比，它具有更高的高溫強(qiáng)度和抗回火軟化能力。lb)沉淀硬化型熱作模具鋼如日本日立金屬公司的YHD13，由于加入了V、Nb、Ni、AI等，工作中模具表面由于合金碳化物和金屬間化合物的析出，工作表面的硬度可上升到4548HRC，模具的心部仍保留原有的組織和高韌性，從而提高了模具的壽命。lC）低碳高速鋼如我國(guó)的6WMo5Cr4V，將高速鋼的碳含量降至0.30.6，在犧牲部分紅硬性和耐磨性的情況下，改善其韌性和抗冷熱疲勞性能，ld)奧氏體型熱作模具鋼如日本大同公司的5Mn15Ni5Cr8Mo2V。與國(guó)外熱作模具的差距與國(guó)外熱作模具的差距l(xiāng)熱作通用型模具鋼l國(guó)產(chǎn)熱作通用型模具鋼種中只有2個(gè)鋼號(hào)。而國(guó)外除了有6個(gè)通用型鋼種外，還新發(fā)展了OR090系的YHD3