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熱作模具鋼的選材

2016-6-16 22:28:58 點擊：

關(guān)鍵詞：模具鋼，熱作模具鋼

熱作模具鋼的選材，應(yīng)根據(jù)模具具體工作條件、失效形式以及模具的抗力要求和模具材料本身所具有的特性來選擇。

一、熱鍛模的選材

熱鍛模具的工作條件是在高溫、高壓、高沖擊下，并常常要反復(fù)加熱和冷卻。因此，模具材料應(yīng)具有一定的高溫屈服強度，高的沖擊韌度和斷裂韌度。由于鍛模尺寸一般都較大，模具材料還應(yīng)有很好的淬透性，高的熱疲勞抗力和回火穩(wěn)定性。

目前我國錘鍛模用鋼主要鋼號為：5CrNiMo、5CrMnMo、4CrMnSiMoV；應(yīng)用效果較好但尚未納入標準的鋼有3Cr2MoWVNi、5Cr2NiMoVSi及45Cr2NiMoVSi；重型機械廠或鋼廠生產(chǎn)的其他錘鍛模用鋼有5CrNiTi、4SiMnMoV及5SiMnMoV、5CrNiW、5CrNiMoV等；國外進口錘鍛模用鋼有55CrNiMoV6等。

不同類型鍛模的硬度指標不同。

類型	模面硬度	燕尾硬度
小型鍛模高度＜250mm	41~47HRC或 39~44HRC	35~39HRC
中型鍛模高度在250~350mm	39~44HRC或 37~41HRC	33~37HRC
大型鍛模高度在350~500mm	35~39HRC	30~35HRC
特大型鍛模高度＞500mm	33~37HRC	28~35HRC

其他熱鍛模材料的選用與熱擠壓模用鋼相同，工作時受熱溫度更高，受熱時間更長，工作負荷更大。其他熱鍛模是指熱鐓模、精鍛模和高速鍛模。

二、熱擠壓模常用材料及選用原則

熱擠壓模具由于受到的沖擊載荷比熱鍛模小，對沖擊韌度，淬透性的要求不如熱鍛模高。但工作時熾熱金屬接觸的時間比熱鍛模長，最高溫度可達800~850℃，由于反復(fù)加熱冷卻而引起的熱疲勞現(xiàn)象也比較嚴重。

對幾種熱擠壓凹模的硬度要求如下：

擠壓材料	加熱溫度	模具硬度
鋼、鈦或合金	1000℃	43~47HRC
銅或銅合金	650~1000℃	36~45HRC
鋁、鎂合金	350~500℃	46~50HRC

常用熱擠壓模具鋼的鋼號為：3Cr2W8V、4Cr5MoSiV1；應(yīng)用較多的標準鋼號為：3Cr3Mo3W2V、5Cr4W5Mo2V、5Cr4Mo3SiMnVAl、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi等；應(yīng)用較多的其他鋼號為：4Cr3Mo3W4VTiNb、3Cr3Mo3VNb等。在特殊情況下，有時會應(yīng)用奧氏體型耐熱鋼、鎳基合金、硬質(zhì)合金和鎢鈷類和鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金等。

3Cr2W8V鋼是我國最常用的黑色和有色金屬及合金的熱擠壓模用鋼。新型熱擠壓模用鋼為：HM1、RM2、012Al、GR、CG2等，它們既有較高硬度、強度，又有較高韌性，在熱擠壓模上應(yīng)用效果較好。

鉻系熱擠壓模用鋼如4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、4Cr5W2VSi等適于制作急冷急熱條件下工作的模具。當(dāng)擠壓耐熱鋼管時，模具溫度可高達900~1000℃，需采用高溫合金制作模具；工作溫度較高的凸�；虬寄＃梢圆捎糜操|(zhì)合金鑲塊模。

選擇熱擠壓模材料時，主要應(yīng)根據(jù)被擠壓金屬的種類及其擠壓溫度來決定，其次也應(yīng)考慮到擠壓比、擠壓速度和潤滑條件等因素，以延長模具的使用壽命。

三、壓鑄模常用材料及選用原則

壓鑄模具的選材，主要依據(jù)澆注金屬的溫度及種類而定。如何選用合適的模具材料，來提高壓鑄模具的使用壽命，尤其是高熔點的金屬。壓鑄溫度越高，壓鑄模的損壞就越快。

⑴鋅合金壓鑄模

鋅合金的熔點為400~430℃，鋅合金壓鑄模型腔的表層溫度不會超過400℃。由于工作溫度較低，故除常用模具鋼外，也可采用合金結(jié)構(gòu)鋼制造模具，甚至可采用低碳鋼（如20鋼），經(jīng)中溫固體碳氮共滲、淬火、低溫回火，使用效果也很好。

常用于制造鋅合金壓鑄模具的材料為：合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr、30CrMnSi、40CrMo等，合金模具鋼5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、3Cr2W8V、CrWMn等。

⑵銅合金壓鑄模

銅合金壓鑄模的工作條件極為苛刻，銅液溫度通常為870~940℃，模具型腔受到高溫銅液的反復(fù)沖刷，促使模腔表面產(chǎn)生冷熱疲勞裂紋（龜裂），壽命遠比鋁合金壓鑄模短；因此，銅合金壓鑄模應(yīng)具有較高的熱強性、導(dǎo)熱性、韌性、塑性、高的抗氧化性、耐蝕性及良好加工工藝性能。

國內(nèi)仍大量采用3Cr2W8V鋼制造銅合金壓鑄模，也有的用鉻鉬系熱作模具鋼。近幾年研制成功的新型熱作模具鋼Y4，應(yīng)用于制造銅合金壓鑄模具取得較滿意效果，Y4鋼抗熱疲勞性能明顯優(yōu)于3Cr2W8V鋼。國外已采用加鈷的鎢系高熱強模具鋼、鎢基合金、鉬基合金等，使用效果比3Cr2W8V鋼好。因鎢、鉬價格昂貴，在我國難以推廣應(yīng)用。

⑶鋁合金壓鑄模

鋁合金熔液的溫度通常在650~700℃左右，壓鑄模模腔表面受高溫高速鋁液的反復(fù)沖刷，產(chǎn)生較大的應(yīng)力，模具受到液態(tài)鋁合金的熔損粘蝕作用。因此，鋁合金壓鑄模的壽命長短，要重點考慮是否發(fā)生粘模和模腔早期干裂。

目前，我國常用鋁合金壓鑄模用鋼有：4Cr5MoSiV1（H13）、4Cr5MoSiV（H11）、3Cr2W8V及新鋼種Y10和HM3等。

3Cr2W8V鋼的回火抗力和熱穩(wěn)定性能最好，具有足夠高的耐熱性，但冷熱疲勞抗力最差，容易在模具型腔表面出現(xiàn)冷熱疲勞裂紋（龜裂）。H13和H11鋼的回火抗力及熱穩(wěn)定性稍次于3Cr2W8V鋼，但冷熱疲勞抗力比3Cr2W8V鋼高得多。用H13鋼制造的鋁合金壓鑄模，壽命遠長于3Cr2W8V鋼制造的模具。

新鋼種Y10鋼是在H13鋼基礎(chǔ)上研制的新型鋁合金壓鑄模用鋼，除耐熱性能比3Cr2W8V鋼稍差外，其他力學(xué)性能如沖擊韌度、斷裂韌度。物理性能如熱導(dǎo)率、熱脹系數(shù)。工藝性能如熱處理變形性能、熱疲勞抗力以及紅硬性能，均優(yōu)于3Cr2W8V鋼。Y10鋼應(yīng)用于鋁合金壓鑄模具，使用壽命可延長1~10倍。