教学材料《金属材料》-10

10.1热作模具钢性能要求一、热作模具工作条件热作模具在工作时的特点是与热态金属相接触，因此，除要承受巨大的机械作用力外，还要承受反复受热和冷却的作用，因而引起很大的热应力。通常热锻模工作时，其模腔表面温度可达300℃~400℃以上;热挤压模可达500℃~800℃以上;压铸模模腔温度与压铸材料种类及浇注温度有关，一般也在数百摄氏度甚至1000℃以上。二、热作模具钢使用性能要求1.良好的强韧性下一页

返回10.1热作模具钢性能要求由于模具在工作时负载大，特别是锻压模具，还要承受很大的冲击，为防止模具开裂，要求有高的强度和良好的韧性。2.硬度与、耐磨性热作模具也要具有一定的硬度和耐磨性，一般热作模具的硬度为40~50HRC。3.热硬性和高温强度热作模具在数百度的温度下工作，必须具备良好的热硬性和高温强度。4.热疲劳抗力由于模腔表层金属产生反复的热胀冷缩，因此，要求热作模具钢具有高的热疲劳抗力上一页

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返回10.1热作模具钢性能要求5.化学稳定性要求热作模具钢在工作温度下依然能够保持组织和性能的稳定性，保证模具材料不变形、不氧化、不被液态金属冲蚀。6.高的淬透性对尺寸大的热作模具，要求淬透性高，以保证模具整体的力学性能好。三、热作模具钢工艺性能要求1.锻造工艺性要求热作模具钢自身热锻变形抗力小、高温强度低而塑性好，锻造成型能力强上一页

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返回10.1热作模具钢性能要求2.切削工艺性在模具加工中切削加工的工作量最大。因此，切削工艺性的好坏有着重要意义。3.热处理工艺性(1)淬透性。热作模具钢应具有良好的淬透性，尤其是尺寸较大的热锻模。只有模具钢具备高淬透性，才能保证整个模具截面力学性能的均匀性(2)回火稳定性。由于热作模具是在高温下工作，因此，要求模具钢具有高回火稳定性，以防热作模具在工作时高温强度及硬度降低。上一页

返回10.2常用热作模具钢及热处理一、热作模具钢分类热作模具钢一般按用途可分为热锻模用钢、热挤压模用钢及压铸模用钢等;根据耐热温度高低可分为低耐热钢(耐热温度350℃~370℃)、中耐热钢(耐热温度550℃~600℃)和高耐热钢(耐热温度580℃~650℃)三类。二、典型热作模具钢及热处理工艺(一)低耐热性热作模具钢低耐热性热作模具钢主要用于锤锻模具。下一页

返回10.2常用热作模具钢及热处理由于工作时模具要受到较大的压力、冲击和严重摩擦，另一方面，型腔表面还要受到近400℃左右的高温以及反复的冷热转换，因此，要求模具钢具有良好的韧性、耐磨性、高的热疲劳抗力。同时，因为锻模尺寸一般比较大，为保证整个模具组织和性能均匀，要求材料有较好的淬透性，使模具能够淬透。1.钢号及化学成分低耐热性热作模具钢一般为中碳低合金钢，常用牌号及化学成分见表10-2。2.性能特点及应用上一页

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返回10.2常用热作模具钢及热处理(1)5CrNiMo。5CrNiMo是目前国内用量很大的传统热锻模钢。它不仅有较高的强度、硬度及耐磨性，还有良好的韧性。同时，它还有很好的淬透性，因此，特别适合于制造冲击载荷大、形状复杂的大型锤锻模。一般工作温度不太高，因为超过400℃后，强度开始明显降低。(2)5CrMnMo。该钢与5CrNiMo钢的各种性能相类似。(3)4CrMnSiMoVo4CrMnSiMoV钢具有良好的淬透性，较大尺寸的模具空冷也可得到马氏体组织，并具有较好的回火稳定性和良好的综合力学性能，其抗热疲劳性及高温强度和韧性接近5CrNiMo钢，因此在大型锤锻模和水压机锻造用模上，4CrMnSiMoV钢可以代替5CrNiMo钢，模具寿命更高。上一页

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返回10.2常用热作模具钢及热处理(4)5Cr2NiMoVSi。5CrNiMo作为国内主要的大型热锻模钢，其淬透性、热稳定性、高温强度、抗热疲劳性等有较大的局限性，制作特大型模具时模具寿命一直不高。为此，研制了5Cr2NiMoVSi等新型大截面锻模用钢。作为多元合金钢，5Cr2NiMoVSi具有良好的韧性、强度、耐磨性和淬透性，热稳定性和高温强度也得到显著提高。适用于制作大面积、复杂形状、承受重负荷冲击的大型锤锻模。3.热处理工艺低耐热性热作模具钢锻后可采用完全退火或等温退火。淬火一般为油冷。由于锻模尺寸大小不同，其淬火温度和回火温度有一定差异，见表10-3。上一页

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返回10.2常用热作模具钢及热处理(二)中耐热性热作模具钢中耐热性热作模具钢韧性适中，在500℃~600℃时具有较高的硬度、耐磨性及热强性，主要用于机锻模、压铸模及热挤压模等。1.钢号及化学成分中耐热性热作模具钢一般为中碳中铬合金钢，常用牌号及化学成分见表10-4。2.性能特点及应用(1)4Cr5MoSiV具有高淬透性和淬硬性，且热处理变形小，冷热加工性能好。在中温下具有较好的热强度、高的耐磨性及良好的疲劳性能。广泛用于制造热挤压模、铝合金压铸模及压力机锻模等。上一页

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返回10.2常用热作模具钢及热处理(2)4Cr5MoSiV1具有较高的热强度和硬度，因其钒含量高一些，在中温条件下，具有好的抗热疲劳性、韧性和耐磨性，而且抗粘结力强，与熔融金属相互作用小，广泛应用于冲击载荷较大，型腔复杂的长寿命热徽模、热锻模、热挤压模和压铸模的制造，特别适宜于制作压铸模。(3)4Cr5W2VSi淬透性好，在中温时具有较好的热疲劳性和热强性、较高的韧性、硬度及耐磨性。主要用于制造热挤压模及压铸模等。

3.热处理工艺中耐热性热作模具钢锻后可采用完全退火或等温退火，淬火为空冷。其热处理工艺见表10-5。上一页

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返回10.2常用热作模具钢及热处理(二)高耐热性热作模具钢高耐热性热作模具钢的合金含量尤其是钨、钥含量较高，因此，在高温下具有较高的强度、硬度和回火稳定性，但韧性及热疲劳性不如前两类钢。这类钢主要用于热挤压模、压铸模等。压铸模工作时与炽热金属接触时间较长，要求有较高的耐热疲劳性，较高的导热性，良好的耐磨性和必要的高温力学性能。此外，还需要具有抗高温金属液的腐蚀和金属液的冲刷能力。1.钢号及化学成分高耐热性热作模具钢一般为高合金钢，常用牌号及化学成分见表10-6。上一页

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返回10.2常用热作模具钢及热处理2.性能特点及应用

(1)3Cr2W8V具有良好的淬透性和回火稳定性，在高温下具有较高的强度和硬度、热疲劳性能，塑性、韧性、导热性、抗冷热疲劳性能和抗溶蚀性能较差。我国由于受钢种和技术上的限制，目前，仍在大批生产和使用。如制造压铸模、热挤压模、精锻模和有色金属成型模等。(2)3Cr3Mo3W2V具有优良的强韧性，较高热强性、耐磨性、回火稳定性，抗冷热疲劳性能、冷热加工性能好，工作温度700℃以上。该钢通用性强，适合于制作在高温、高速、高负荷、急冷急热条件下工作的模具。上一页

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返回10.2常用热作模具钢及热处理(3)SCr4W5Mo2V具有较高的回火抗力和热稳定性，高的热强性，高的高温硬度和耐磨性，工作温度达700℃时仍保持高硬度，但其韧性和抗热疲劳性能低于H13钢。适合于制作高温强度和耐磨性要求高的热作模具。3.热处理工艺高耐热性热作模具钢合金含量高，碳化物多，要反复锻造，以使碳化物均匀分布。锻后可采用完全退火或等温退火，淬火为油冷。作压铸模使用时，淬火后在略高于二次硬化峰值的温度多次回火，以提高热硬性。上一页

返回10.3热作模具钢的选用热作模具主要有热锻模、热挤压模及压铸模，其工作条件、形状结构和失效形式等差别很大，因此，在选择模具材料及热处理时，必须综合考虑上述各种因素，并同时兼顾工艺性和经济性要求来选择模具材料。一、热锻模具的选材热锻模包括锤锻模、压力机锻模、热徽模等。热锻模工作温度较高，坯料变形过程中与型腔表面摩擦，并受到强烈的冲击载荷作用。所以，要求模具材料具有高的强韧性、冷热疲劳抗力及高的淬透性，有良好的回火稳定性。下一页

返回10.3热作模具钢的选用要求模具钢在工作温度下保持高的强度、良好的冲击韧性、高的热疲劳抗力、良好的抗氧化性、抗热冲刷能力、良好的导热性。热锻模用钢由于在工作过程中承受很高的应力和冲击载荷，所以必须具有均匀的组织和性能，这对于形状复杂或大型模具尤为重要。因此，对于制造承受高负荷或大型模具的坯料，要经过各向锻造，并进行徽粗和拔长，并交替进行2~3次以上。二、热挤压模具的选材上一页

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返回10.3热作模具钢的选用热挤压模具是将金属在高温高压下进行挤压成型的一种热作模具。热挤压模的受力情况与冷挤压模有相似的一面，热挤压冲头在整个工作过程中要承受弯曲应力及拉压交变应力作用，还要承受多次冲击负荷。另一方面在冷、热应力反复作用下，冲头又经受热疲劳和热磨损。凹模型腔表面要承受坯料施加的很大压力以及热应力作用。因此，要求热挤压模具用钢具有高的强度、韧性、硬度与热硬性、高温强度以及良好的导热性和抗氧化能力等。热挤压模具主要由挤压筒、压头、挤压顶头、垫块、凹模和芯棒(用于挤压管材)等主要部件组成。上一页

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返回10.3热作模具钢的选用三、压铸模具的选材压铸模具在高压下使熔融金属压铸成形，受高温、高压及反复加热与冷却作用，使得模具型腔易产生热疲劳、磨损与腐蚀等。因此，要求模具材料具有高的热强性、冷热疲劳抗力、热硬性和抗腐蚀性能，而且具备良好的工艺性能。压铸模具材料主要根据压铸件材料、压铸模工作温度和浸蚀程度进行选择。为了提高模具的抗腐蚀性能，模具可采用氮化处理，或采用耐蚀模具钢。上一页

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返回10.3热作模具钢的选用压铸模具钢的成型零件的材料选用可参考表10-10