熱作模具鋼的成分與選用原則

　　1、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是與熱態金屬相接觸、這是與冷作模具工作條件的主要區別。因此會帶來以下兩方面的問題：

　　(1)模腔表層金屬受熱。通常錘鍛模工作時.其模腔表面溫度可達300~400℃以上熱擠壓模可達500一800℃以上;壓鑄模模腔溫度與壓鑄材料種類及澆注溫度有關。如壓鑄黑色金屬時模腔溫度可達1000℃以上。這樣高的使用溫度會使模腔表面硬度和強度顯著降低，在使用中易發生打垛。為此.對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度、高的熱塑變抗力，實際上反映了鋼的高回火穩定性。由此便可以找到熱模具鋼合金化的第yi種途徑，即加入Cr、W、Si.等合金元素可以提高鋼的回火穩定性。

　　(2)模腔表層金屬產生熱疲勞(龜裂)。熱模的工作特點是具有間歇性.每次使熱態金屬成形后都要用水、油、空氣等介質冷卻模腔的表面。因此.熱模的工作狀態是反復受熱和冷卻，從而使模腔表層金屬產生反復的熱脹冷縮，即反復承受拉壓應力作用.其結果引起模腔表面出現龜裂，稱為熱疲勞現象，由此，對熱模具鋼提出了第二個基本使用性能要求.即具有高的熱疲勞抗力。一般說來，影響鋼的熱疲勞抗力的因素主要有：

　　①鋼的導熱性。鋼的導熱性高，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。一般認為鋼的導熱性與合碳量有關，含碳量高時導熱性低，所以熱作模具鋼不宜采用高碳鋼。在生產中通常采用中碳鋼(C0.3%5~0.6%)合碳量過低.會導致鋼的硬度和強度下降.也是不利的。

　　②鋼的臨界點影響。通常鋼的臨界點(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、引來提高鋼的臨界點。從而提高鋼的熱疲勞抗力.

　　2、常用熱作模具用鋼

　　(1)錘鍛模用鋼。一般說來，錘鍛模用鋼有兩個問題比較突出一是工作時受沖擊負荷作用.故對鋼的力學性能要求較高，特別是對塑變抗力及韌性要求較高;二是錘鍛模的截面尺寸較大(<400mm)故對鋼的淬透性要求較高，以保證整個模具組織和性能均勻。

　　常用錘鍛樓用鋼有5CrNiMo、5CrMnMo、5CrNiW、5CrNiTi及5CrMnMoSiV等。不同類型的錘眼模應選用不同的材料。對特大型或大型的錘鍛模以5CrNiMo為好.也可采用5CrNiTi、5CrNiW或5CrMnMoSi等。對中小型的錘鍛模通常選用5CrMnMO鋼。

　　(2)熱擠壓模用鋼，熱擠壓模的工作特點是加載速度較慢，因此，模腔受熱溫度較高，通常可達500一800℃。對這類鋼的使用性能要求應以高的高溫強度(即高的回火穩定性)和高的耐熱疲勞性能為主。對ak及淬透性的要求可適當放低。一般的熱擠壓模尺寸較小，常小于70~90 mm .

　　常用的熱擠壓模有4CrW2Si、3Cr2W8V及5%Cr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。作冷模時采用較低的淬火溫度(870—900℃)及低溫或中溫回火處理;作熱模時則采用較高的淬火溫度(一般為950一1000℃)及高溫回火處理。

　　(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.如常采用4CrW2Si.和3Cr2W8V等鋼。但又有所不同如對熔點較低Zn合金壓鑄模.可選用40Cr、30CrMnSi及40CrMo等;對Al和Mg合金壓鑄模，可選用4CrW2Si、4Cr5MoSiV等對Cu合金壓鑄模.多采用3Cr2W8V鋼。

　　近年來.隨著黑色金屬壓鑄工藝的應用，多采用高熔點的鋁合金和鎳合金.或者對3Cr2W8V鋼進行Cr-Al-SI三元共滲，用以制造黑色金屬壓鑄模。近國內外還正在試驗采用高強度的銅合金作黑色金屬的壓鑄模材料。

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