热作模具钢如何选材，并举例说明

2023-01-08

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三、热作模具钢的选材 为满足性能要求热作模具钢都采用合金钢在化学成分方面碳含量较低通常在0.300.55范围内以获得优良的热疲劳性和导热性同时经热处理后有较好的机械性能。而作为合金元素加入的Cr、W、Mo、V等四种元素可与碳结合形成特殊碳化物。这些特殊碳化物对热作模具钢的抗回火能力、回火后的硬度和热稳定性有很大的影响。因此在热作模具钢中必须含有Cr、W、Mo、V等元素。W虽然能提高钢的热强性但含W量过多使热疲劳性敏感性增高Mo也能提高钢的热强性增加。Mo含量也能降低钢的热疲劳抗力但如以Mo代W则在获得相同的热强性的条件下具有较高的抗热疲劳能力。这是目前国内一般压铸模已用含Mo的H11的H134Cr5MoV1Si替代3Cr2W8V。但如考虑模具在高温下的热强性和抗变形能力则3Cr2W8V优于H13或H11。一些高温下工作的锻模和精模仍用3Cr2W8V。 1、锻压模具用钢的选用 1、锤锻模受冲击负荷韧性要求较高。 中、小型锤锻模首选5CrMnMo 大型锤锻模首选5CrNiMo 特大型锤锻模5Cr2NiMoVSi 2、压力机锻模冲击负荷较小要求热强性较高。 压力机锻模首选4Cr5MoSiV 4Cr5MoSiV1 2、热挤压模具用钢的选用 热挤压模具的工作特点是加载速度较慢因此型腔受热温度较高通常可达500800℃。对这类钢的使用性能要求应以耐磨性、高的回火稳定性和抗热疲劳性能为主。 轻合金挤压选用韧性较好的热作模具钢如4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV1钢。 钢、铜和铜合金挤压除了选用4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV1钢外也可选用高温强度较好的热作模具钢如3Cr2W8V钢。5Cr4W5Mo2V钢是新型的热作模具钢该钢具有较高的红硬性高温强度和较高的耐磨性可进行一般的热处理或化学热处理可代替3Cr2W8V钢制造某些热挤压模具使用寿命较高。 表2 热挤压模具用钢选择 热挤压工件的材料 模 具 名 称 凹模 冲头 芯棒 挤压缸内套 铝、镁合金 4Cr5MoSiV1 4Cr5MoSiV 4Cr5MoSiV1 4Cr5MoSiV 4CrMnSiMoV 4Cr5MoSiV1 4Cr5MoSiV 4Cr5W2VSi 4Cr5MoSiV1 4Cr5MoSiV 铜和铜合金 4Cr5MoSiV1 4Cr5MoSiV 3Cr3Mo3W2V 3Cr2W8V 5Cr4W5Mo2V 4Cr5MoSiV1 3Cr2W8V 4CrMnSiMoV 5Cr4W5Mo2V 4Cr5MoSiV1 3Cr2W8V 3Cr3Mo3W2V 4Cr5MoSiV1 4Cr3Mo3SiV 3、压铸模具用钢的选用 压铸模具在服役条件下不断承受高速、高压喷射、金属的冲刷腐蚀和加热作用从总体上看压铸模具用钢的使用性能要求与热挤压模具用钢相近即以要求耐磨性、高的回火稳定性与抗热疲劳性为主。所以通常所选用的钢种大体上与热挤压模具用钢相同。 Zn合金压铸模具4Cr5MoSiV4Cr5W2VSi钢等 Al和Mg合金压铸模具4Cr5MoSiV13Cr3Mo3W2V钢等 Cu合金压铸模具3Cr3Mo3W2V3Cr2W8V钢。 3Cr3Mo3W2V钢具有较高的热强性、抗热疲劳性能又具有良好的耐磨性和抗回火稳定性等。 3Cr3Mo3W2V钢的韧性和抗疲劳性能优于3Cr2W8V钢其使用寿命也高于3Cr2W8V钢。 参考知识1 热作模具包括锤锻模、热挤压模和压铸模三类。如前所述．热作模具工作条件的主要特点是与热态金属相接触、这是与冷作模具工作条件的主要区别。因此会带来以下两方面的问题：
（l）模腔表层金属受热。通常锤锻模工作时．其模腔表面温度可达300~400℃以上热挤压模可达500一800℃以上；压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关。如压铸黑色金属时模腔温度可达1000℃以上。这样高的使用温度会使模腔表面硬度和强度显著降低，在使用中易发生打垛。为此．对热模具钢的基本使用性能要求是热塑变抗力高，包括高温硬度和高温强度、高的热塑变抗力，实际上反映了钢的高回火稳定性。由此便可以找到热模具钢合金化的第一种途径，即加入Cr、W、Si．等合金元素可以提高钢的回火稳定性。
（2）模腔表层金属产生热疲劳（龟裂）。热模的工作特点是具有间歇性．每次使热态金属成形后都要用水、油、空气等介质冷却模腔的表面。因此．热模的工作状态是反复受热和冷却，从而使模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，即反复承受拉压应力作用．其结果引起模腔表面出现龟裂，称为热疲劳现象，由此，对热模具钢提出了第二个基本使用性能要求．即具有高的热疲劳抗力。一般说来，影响钢的热疲劳抗力的因素主要有：
①钢的导热性。钢的导热性高，可使模具表层金属受热程度降低，从而减小钢的热疲劳倾向性。一般认为钢的导热性与合碳量有关，含碳量高时导热性低，所以热作模具钢不宜采用高碳钢。在生产中通常采用中碳钢（C0.3%5~0.6%）合碳量过低．会导致钢的硬度和强度下降．也是不利的。 ②钢的临界点影响。通常钢的临界点（Acl）越高．钢的热疲劳倾向性越低。因此．一般通过加入合金元素Cr、W、Si、引来提高钢的临界点。从而提高钢的热疲劳抗力。
2.常用热作模具用钢
（1）锻压模用钢。一般说来，锤锻模用钢有两个问题比较突出一是工作时受冲击负荷作用．故对钢的力学性能要求较高，特别是对塑变抗力及韧性要求较高；二是锻压模的截面尺寸较大（＜400mm）故对钢的淬透性要求较高，以保证整个模具组织和性能均匀。
常用锻压楼用钢有5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同类型的锤眼模应选用不同的材料。对特大型或大型的锻压模以5CrNiMo为好．也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。对中小型的锻压模通常选用5CrMnMO钢。
（2）热挤压模用钢，热挤压模的工作特点是加载速度较慢，因此，模腔受热温度较高，通常可达500一800℃。对这类钢的使用性能要求应以高的高温强度(即高的回火稳定性）和高的耐热疲劳性能为主。对ak及淬透性的要求可适当放低。一般的热挤压模尺寸较小，常小于 70~90 mm。常用的热挤压模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5％Cr型等热作模具钢。其中4CrW2Si．既可做冷作模具钢，又可做热作模具钢．由于用途不同，可采用不同热处理方法。作冷模时采用较低的淬火温度（870—900℃）及低温或中温回火处理；作热模时则采用较高的淬火温度（一般为950一1000℃）及高温回火处理。
（3）压铸模用钢。从总体上看，压铸模用钢的使用性能要求与热挤压模用钢相近，即以要求高的回火稳定性与高的热疲劳抗力为主。所以通常所选用的钢种大体上与热挤压模用钢相同。如常采用4CrW2Si．和3Cr2W8V等钢。但又有所不同如对熔点较低Zn合金压铸模。可选用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等；对Al和Mg合金压铸模，可选用4CrW2Si、4Cr5MoSiV 等对Cu合金压铸模．多采用3Cr2W8V钢。
近年来．随着黑色金属压铸工艺的应用，多采用高熔点的铝合金和镍合金。或者对3Cr2W8V钢进行Cr-Al-SI三元共渗，用以制造黑色金属压铸模。国内外已经采用高强度的铜合金作压铸模材料QRO90及特种压铸模合金钢SKD11、H13、HD、GR、Y10等等。随着对新型模具材料的选用，热处理人将实现新的挑战和跨越。 参考知识B 不同用途的模具，在选材上有很大的区别，热作模具钢用于锻造，冷作模具钢用于冲压，还有压铸模具，铸造造型模具、拉丝模具、注塑模具、玻璃钢成型模具等。
根据各种不同模具的工艺原理、确定拔模角,1 满足模具的使用性能要求。2 考虑模具材料的工艺性能。 3 经济性。