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　　 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，模具鋼的應(yīng)用越來越廣泛，熱作模具包括熱鍛模、熱鐓模、熱擠壓模、精密鍛模、高速鍛模等。它們是屬于在受熱狀態(tài)下對金屬進(jìn)行變形加工的一種模具，也稱為變形模具。模具材料是模具制造業(yè)的物質(zhì)和技術(shù)基礎(chǔ)，模具的用途很廣，各種模具的工作條件差別很大，則制造模具用材料范圍很廣。接下來東锜模具鋼給大家分享一下熱作模具鋼的選擇與應(yīng)用。

　　

　　 1熱作模具鋼的工作條件及性能要求由于熱作模具是在非常繁重的條件下工作，因而對熱作模具鋼提出如下性能要求：(1)在工作中承受壓應(yīng)力、拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及沖擊應(yīng)力，還經(jīng)歷強(qiáng)烈的摩擦，因此它必須具有高的強(qiáng)度和韌性的良好配合，同時還應(yīng)有足夠的硬度和耐磨性。

　　

　　 (2)它與熾熱金屬經(jīng)常接觸，型腔表面溫度可高達(dá)400～600℃。因此它必須具有高的回火穩(wěn)定性，以便在工作時仍能維持高的強(qiáng)度和韌性。

　　

　　 (3)它在工作中反復(fù)受到熾熱金屬的加熱和冷卻劑的冷卻交替作用，***易引起龜裂現(xiàn)象，即所謂熱疲勞。因此它必須具有抗熱疲勞的能力。2典型熱作模具鋼及其性能熱作模具工作條件比冷作模具更加苛刻，受冷熱反復(fù)作用，因此對模具鋼的性能要求更高。熱作模具鋼大體可分為高韌性和高耐熱性2類。表1為常用熱作模具用鋼實例。

　　

　　 (1)高韌性熱作模具鋼

　　

　　 5CrNiMo鋼該鋼具有良好的塑性、韌性、尺寸效應(yīng)不敏感，該鋼是目前國內(nèi)用量較大的鍛模鋼，通常用于形狀復(fù)雜、沖擊負(fù)荷大的大型或特大型鍛模鋼。但由于碳化物形成元素含量低，其熱穩(wěn)定性差，高溫強(qiáng)度低。同時，因淬火出油溫度低，容易開裂。實際操作時為避免開裂，常于200℃左右出油空冷，這樣，在模具表面雖獲得了一層馬氏體組織，但心部卻處于奧氏體狀態(tài)，當(dāng)模具于380～540℃回火時，心部的過冷奧氏體即轉(zhuǎn)變?yōu)樯县愂象w組織，沖擊韌

　　

　　 度***差，模具壽命低。為了提高熱鍛模使用壽命，可采用等溫處理方法。即淬火加熱后，將模具于160～180℃硝鹽中分級停留，使發(fā)生部分馬氏體轉(zhuǎn)變，然后再轉(zhuǎn)入280～300℃硝鹽中等溫停留2～3 h。此時，模具鋼的組織由馬氏體+下貝氏體+少量殘余碳化物組成，回火后獲得回火下貝氏體組織，模具壽命明顯提高。

　　

　　 5CrMnMo鋼該鋼與5CrNiMo鋼的各種性能相類似，由于考慮我國資源情況，為節(jié)約鎳而以錳代鎳而研制的。使用中發(fā)現(xiàn)，在淬透性及韌性方面，5Cr-MnMo鋼均低于5CrNiMo鋼，只適用于制造要求較高強(qiáng)度和耐磨性，而韌性要求不甚高時的各種中、小型錘鍛模具及部分壓力機(jī)模具，也可用于工作溫度低于500℃的其他小型熱作模具

。4CrMrkSiMoV鋼該鋼具有較高的強(qiáng)度、耐磨性和良好的沖擊韌度，其高溫性能，抗回火穩(wěn)定性，熱疲勞抗力均比5CrNiMo鋼好。淬火規(guī)范：淬火溫度為(870±10℃)，在20～60℃油中冷卻至油溫，淬火硬度為HRC46～58。該鋼適用于大、中型鍛模，也可用于中、小型鍛模，與5CrNiMo等熱模鋼壽命比較，4CrMnSiMoV鋼使用壽命***高。3Cr2MoWVNi鋼該鋼含碳量較低，淬火后***高硬度為HRC52。該鋼具有二次硬化效應(yīng)，經(jīng)600℃回火后，仍能保持較高的硬度(HRC45～50)，回火溫度高于600℃后硬度才急劇下降，因而其熱穩(wěn)定性明顯高于5CrNiMo、5CrMnMo和4CrMnSiMoV鋼。

　　

　　 (2)高熱強(qiáng)性熱作模具鋼

　　

　　 熱強(qiáng)性熱作模具鋼具有較高的回火抗力及穩(wěn)定性，主要應(yīng)用于較高溫度下工作的熱頂鍛模具、熱擠壓模具、銅及黑色金屬壓鑄模具、壓力機(jī)模具等。GB1299—85《合金工具鋼技術(shù)條件》中3Cr2W8V、5CMW5Mo2V、5cI4M03SiMnVAl 3個鋼號屬此類熱作模具鋼。試用較好的高溫?zé)嶙髂＞咪?C3Mo2NiVNb、奧氏體耐熱鋼、4Cr3MoW4VNb(GR)、6Cr4Mo3NiWV(G2)等鋼。

　　

　　 3Cr2W8V鋼該鋼是鎢系高熱強(qiáng)化模具鋼的代表鋼號，合金元素以鎢為主，鎢質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)8％以上。淬火溫度1 050～1 200℃，硬度HRC49～56．550℃左右回火時出現(xiàn)二次硬化，經(jīng)350℃及45℃等溫淬火后可得到較高的沖擊韌度和硬度。因冷熱疲勞抗力差，在急熱、急冷條件下工作容易出現(xiàn)冷熱疲勞裂紋而失效，則不適宜在急冷、急熱條件下工作，但因其抗回火能力較高，仍作為高熱強(qiáng)性熱作模具鋼而在許多熱加工領(lǐng)域應(yīng)用。

　　

　　 3Cr3Mo3W2V鋼該鋼冷加工、熱加工性能良好，淬、回火溫度范圍較寬。推薦淬火規(guī)范：淬火溫度為1060～1130℃，在20～60℃油中冷卻至油溫，淬火硬度為HRC52～56。具有較高的熱強(qiáng)性、熱疲勞性能，又具有良好的耐磨性和抗回火穩(wěn)定性。該鋼適宜制造鐓鍛、壓力機(jī)鍛造等熱作模具，模具使用壽命較高。

　　

　　 5Cr4Mo2W2VSi鋼該鋼是基體鋼內(nèi)型的熱作模具鋼，經(jīng)適當(dāng)?shù)臒崽幚砗缶哂懈叩挠捕取?qiáng)度，好的耐磨性，高的高溫強(qiáng)度以及好的回火穩(wěn)定性等綜合性能，此外也具有一定的韌性和抗熱疲勞性能。推薦淬火規(guī)范：淬火溫度為1080～1120℃，在20～60℃油中冷卻至油溫，淬火硬度為HRC61～63。該鋼的熱加工性能也較好，加工溫度范圍較寬，適于制造熱擠壓模、熱鍛壓模、溫鍛模以及要求韌性較好的冷鐓用模具。

　　

　　 3國內(nèi)新鋼種的開發(fā)

　　

　　 目前國內(nèi)使用的一些熱作模具鋼如5CrMnMo、5CrNiMo,3Cr2W8V等，存在淬透性、熱穩(wěn)定性、熱疲勞性及耐磨性不夠的問題，國內(nèi)在熱作模具方面先后開發(fā)了幾十種鋼。

　　

　　 (1)大截面熱鍛模具鋼

　　

　　 為彌補(bǔ)5CrMnMo和5CrNiMo在較大截面和較高溫度時熱穩(wěn)定性、熱疲勞性及淬透性不夠的缺陷，國內(nèi)開發(fā)了45Cr2NiM0vSi(簡稱45Cr2)、5Cr2NiMoVSi(簡稱5Cr2),3Cr2MoWVNi、3Cr2MoVNi(代號B2)等大截面熱鍛模具鋼。與5CrNiMo相比，45Cr2和5Cr2中既含有較高的Cr和Mo，又加入了少量的V，使CCT曲線上的高溫轉(zhuǎn)變區(qū)上移，低溫轉(zhuǎn)變區(qū)顯著右移，提高了鋼的淬透性。截面尺寸在500 mm×500mm以下的模具經(jīng)970～990℃淬火，650～680℃回火后，硬度可達(dá)HRC36～44。45Cr2和5Cr2還具有二次硬化能力，它們的高溫強(qiáng)度較5CrNiMo鋼高50％，熱穩(wěn)定性高出100～150℃，沖擊韌性則相當(dāng)。

　　

　　 另外，鋼的熱磨損性、熱疲勞性及抗熱裂紋擴(kuò)展的能力也強(qiáng)于5CrNiMo，模具的使用壽命是5CrNiMo鋼制造的同種模具壽命的數(shù)倍。

　　

　　 (2)中小熱鍛模具鋼

　　

　　 中小熱鍛模具的表面溫度可達(dá)600℃以上，5CrMnM0和5CrNiMo的高溫性能顯然不能滿足要求。3Cr2W8V鋼的高溫強(qiáng)度較高，但韌性及熱疲勞性能較差。為此，國內(nèi)開發(fā)了3Cr3Mo3VNb，在鋼中加了3％左右的Mo，既能提高鋼的淬透性和防止出現(xiàn)回火脆性，又能提高鋼的熱穩(wěn)定性。加入v和Nb則可起到細(xì)化晶粒，降低鋼的過熱敏感性作用。因此，鋼的淬透性高，淬火加熱溫度范圍寬，過熱敏感性低，具有高溫強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、塑性韌性好、冷熱疲勞性能好、熱磨損性能好等優(yōu)點，用于制造不銹鋼(2Cr13)等熱鍛模、軸承凹模和輥鍛模，都取得了

　　

　　 良好的使用效果。

　　

　　 4Cr3M03w4VNb，代號GR，除Cr、Mo、V和Nb外，又加入了4％W，所以鋼的高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性得到了進(jìn)一步提高，是中碳鉻系熱作模具鋼中高溫強(qiáng)度較高，熱穩(wěn)定性較好的鋼種。該鋼還具有良好的冷熱疲勞性能，該鋼適用于制造工作溫度6OO～700℃的淺型腔中小鍛模，也可用于銅合金熱擠壓模具。國內(nèi)先后開發(fā)的5％Cr系中碳中合金熱作模具鋼已較大量用于熱鍛模具，如4Cr5MoVSi、4Cr5MoV1Si等，其中4C5MoV1Si具有優(yōu)異的韌性和良好的冷熱疲勞性能，適用于制造工作溫度在600℃以下，對韌性和塑性要求較高的模具。

　　

　　 (3)壓鑄模具鋼

　　

　　 在有色金屬壓鑄中，3Cr2W8V曾是應(yīng)用廣泛的模具鋼，5CrNiMo、5CrMnMo、3Cr2Mo等中碳低合金鋼也作為鋁鋅合金壓鑄模具鋼使用。3Cr2W8V的冷熱疲勞性能較差，模具的使用壽命不高。國內(nèi)為此先后開發(fā)了幾個新型模具鋼，如4cr3M02MnVNbB(代號Y4)和4Cr5Mo2MnVSi(代號Y10)等。4Cr3M02MnvNbB***初就是針對銅合金壓鑄模具而研制的。該鋼通過合理的成分配比，使其在達(dá)到高的熱強(qiáng)性及熱穩(wěn)定性的同時，又保持了良好的韌性和塑性，抗冷熱疲勞性能明顯優(yōu)于3Cr2W8V，模具的使用壽命較3Cr2W8V制造的模具的使用壽命有明顯提高。4Cr5Mo2MnVSi是針對鋁合金壓鑄模具而研制的，與3Cr2W8V鋼相比，該鋼具有抗冷熱疲勞性能好、熱處理變形小、抗鋁溶損性能好等優(yōu)點，模具的使用壽命普遍比3Cr2W8V鋼制造的模具使用壽命提高1倍以上。

　　

　　 (4)銅、鋁型材熱擠壓模具鋼

　　

　　 銅合金熱擠壓模的穿孔針、底模等長時間與高溫銅坯接觸，模具的使用工況較苛刻。用3Cr2W8V或4C5MoV1Si鋼制作此類模具，模具的使用壽命一直較低。國內(nèi)曾試圖采用奧氏體熱作模具鋼來解決此類模具壽命低的問題，但因鋼的冷熱疲勞性能較差而仍未得到圓滿解決。在此背景下，國內(nèi)有關(guān)大學(xué)、研究院所和鋼廠先后推出了可以提高此類模具使用壽命的鋼種，如4cr3M02NiVNbB(代號HD)、4Cr3M02MnVNbB(代號Y4)等。HD鋼較一般中碳3％Cr 2％Mo或3％cr 3％Mo型熱作模具鋼又增加了1％左右的Ni，進(jìn)一步提高了鋼的韌性和塑性。在相同硬度(HRCA3)下，其斷裂韌性比3Cr2W8V鋼高30％。用HD鋼制造的銅合金管材擠壓底模和穿

　　

　　 孔針的使用壽命較3Cr2W8V鋼提高1倍左右，并在軸承環(huán)熱擠沖頭和凹模、汽門擠壓底模上也有成功應(yīng)用的例子。用Y4鋼制造銅合金擠壓模底模和穿孔針頂頭，模具的使用壽命也比3Cr2W8V鋼制造的模具提高1倍以上。

　　

　　 以上就是東锜模具鋼給大家分享的熱作模具鋼的選擇與應(yīng)用。模具鋼按用途一般可分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料成型用模具鋼三大類。希望對大家有所幫助，對模具鋼感興趣的朋友可以閱讀更多關(guān)于模具鋼的資訊《常用的模具鋼材料有哪些？2019東锜模具鋼全網(wǎng)解說》。

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原文標(biāo)題：你知道熱作模具鋼的選擇與應(yīng)用嗎？看完你就明白了