热作模具钢的性能和选用条件

　　

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　　热作模具钢的性能和选用条件

　　

　　⒈热作模具钢的服役条件主要包括：①承受较大的冲击载荷和挤压应力；②承受强烈的塑性磨擦与磨损；③承受剧烈不均匀的热应变与热应力；④承受高温氧化；⑤承受高温腐蚀。

　　

　　⒉热作模具钢应具备哪些性能？

　　

　　热作模具钢应具备的性能主要包括：①高的热强性与足够的韧性；②高的热硬性与高温耐磨性；③高的抗氧化性和耐高温腐蚀性；④高的热疲劳抗力；⑤高的淬透性与导热性；⑥良好的热、冷加工性与表面质量。

　　

　　⒊热作模具钢如何选用？

　　

　　热作模具钢在选用时主要考虑模具在服役时的工期作条件，并兼顾考虑材料的工艺性和模具制造成本。依据模具在服役时的工作条件，分析模具工作时所承受的各种应力与载荷，提供模具材料所应具备的力学性能，从而有针对性地选择某种模具材料来制造成模具。工艺性能的好坏直接影响到模具的制造和模具使用寿命，在选择材料时需给予足够的重视。制造模具的成本是要考虑，在保证一定生产率的前提下，尽可能使用低廉的材料。

　　

　　⑴锤锻模具钢的选用：锤锻模具钢主要是用来制造锤锻模。锤锻模是在高温下通过冲击加压强迫金属成形的工具。它在服役的过程中受到比较高的单位压力和冲击负荷，以及炽热金属对锻模型腔的磨擦作用。锤锻模的型腔表面经常和1100~1200℃的金属接触而被加热到400~500℃。锻模的截面一般比较大而型腔形状复杂，因此锤锻模具钢需要在高温下保持高的强度和良好的冲击韧性，高的耐磨性及一定的硬度，良好的耐热疲劳性，高的淬透性，以保证整个锻模截面得到均匀的力学性能；良好的导热性以便把锻模型腔表面热量尽快传出去，避免型腔表面温度过高而降低力学性能；以及良好的工艺性和抗氧化物。这类钢因要求有一定的硬度，又要求有高的冲击韧性，故碳元素含量不宜过高，一般在0.45%~0.65%之间。钢中加Cr元素呆以提高钢的强度，含量控制在1%左右，能较明显地提高钢的冲击韧性，同时增加钢的淬透性和回火稳定性。钢中加入Ni元素能显著提高钢的强度和韧性，对于同时含有Cr、Mo元素的钢，Ni元素能极大地提高钢的淬透性。钢中的Mn元素主要用来替代Ni元素，能显著提高钢的淬透性，但Mn元素会增加钢的过热敏感性并引起回火脆性。加入Si元素能增加钢的淬透性，提高钢的强度、回火稳定性和耐热疲劳性，但Si元素加多（超过1%）时，会增加钢的回火脆性，降低冲击韧性。钢中加入V、Mo元素都能细化晶粒，减少过热倾向，提高钢的回火稳定性，Mo元素还能削弱回火脆性。

　　

　　常用锤锻模具钢：

　　

　　①5CrNiMo制造形状复杂的、冲击负荷重的、大型及特大型的锻模（小边长≥400mm）

　　

　　②5CrMnMo制造中型锻模（小边长≤300~400mm）

　　

　　③5CrMnSiMoV替代5CrNiMo制造大型锤锻模和水压机锻模等。

　　

　　④5SiMnMoV制造大、中型锤锻模和压力机锻模以及平锻模等。

　　

　　⑤4SiMnMoV制造大、中型锤锻模和压力机锻模以及较正模等。

　　

　　⑵热挤压模具钢、热镦锻模具钢和精锻模具钢的选用：热挤压模具钢、热镦锻模具钢和精锻模具钢主要用于制造热挤压模、热镦锻模和精锻模以及锻压机、高速锤上的模具。这些模具在服役时长时间与被成形的金属接触，承受的温度高于锤锻模，尤其是加工黑色金属和难熔金属时。这些模具还承受较高的应力。挤压比高时模具承受的应力更高。这类模具尺寸不大于锤锻模。其性能要求有高的热稳定性、比较高的高温强度、耐热疲劳性以及高的耐磨性。这类钢按加入主要元素可分为铬系、钨系和钼系热模具钢。铬系钢中含有大约5%Cr元素，并加入Mo、W、V、Si元素。因Cr元素含量高，钢具有较高的淬透性。加入1%Mo元素时，淬透性更高，即使尺寸较大的模具也可空冷淬火淬透。具有高的强度与韧性，并具有较高的抗氧化性，尤其是含Cr、Si元素时抗氧化性更好。另外Cr、Si元素还呆提高钢的临界点，有利于提高钢的抗热疲劳性能。加入V元素可增强钢的二次硬化现象，增加钢的热稳定性。4Cr5MoSiV钢与4Cr5W2SiV钢为其代表钢种。此类钢常用于制造钢及铜合金的热挤压模，也可用于制造热锻模或铝及铜合金的压铸模。钨系钢中因加入大量的W元素，具有高的热稳定性，含W元素越高，热稳定性越高，3Cr2W8V为其代表钢种。钢中Cr元素在增加钢的淬透性同时，提高钢的抗氧化物和抗蚀性。W元素提高钢的热稳定性和耐磨性，但W元素不可加多，应控制在8%~10%，以免产生过多的碳化物而使钢的韧性和抗热疲劳性降低。同时也控制C元素的含量，过低易使钢中出现铁素体而使钢发软，过高易削弱钢的韧性与塑性，C元素应保持在0.30%~0.40%之间。3Cr2W8V钢除了用于热挤压模外，更多地用于轻合金的压铸模。钼系钢以3Cr3Mo3V与4Cr3Mo3SiV为代表。钢中加入3%的Mo元素，主要是提高钢的回火稳定性，改善钢的高温强度及硬度，增强耐热疲劳性能。当热挤压模具承受的载荷较轻时可选用低合金钢制造，如4SiCrV、8Cr3等。

　　

　　常用的热挤压模具钢、热镦锻模具钢和精锻模具钢：

　　

　　①3Cr2W8V钢、铜及其合金的热挤压模

　　

　　②4Cr5MoSiV铜及其合金、轻金属及其合金的热挤压模与芯棒。

　　

　　③4Cr5W2SiV铜及其合金、轻金属及其合金的热挤压模与芯棒。

　　

　　④4Cr5MoSiV1铜及其合金、轻金属及其合金的热挤压模与芯棒。

　　

　　⑤4Cr3Mo3SiV铜及其合金、轻金属及其合金的热挤压模与芯棒。

　　

　　⑥3Cr3Mo3W2V铜及其合金、轻金属及其合金的热挤压模与芯棒。

　　

　　⑦3Cr3W9V轻金属、钢和铜及其合金的热挤压模与芯棒。

　　

　　⑧4Cr5MoWSiV铜及其合金、轻金属及其合金的热挤压模与芯棒。

　　

　　⑨3Cr3Mo3V铜及其合金、轻金属及其合金的热挤压模与芯棒。

　　

　　⑶压铸模具钢的选用：压铸模具网主要用于制造轻合金和铜合金的压铸模，其代表钢种为3Cr2W8V钢。当压铸低熔点合金如锌合金，可采用低合金钢制造模具如30CrMnSi、40Cr、5CrMnMo钢等。当压铸镁、铝合金时，可使用3Cr2W8V钢或含5%Cr热模具钢如4Cr5Mo2MnVSi、4Cr3Mo2MnVNbB钢。

　　

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