热变形模具钢-【新闻】光电隔离器

热变形模具钢

一、热变形模具的服役条件、失效方式和性能要求：

根据工作条件，热变形模具可以分为锤锻模、热挤压模、热镦模、精锻模和压铸模。

2、锤锻模

工作条件：在高温下通过冲击加压，强制金属成形。模具在工作过程中经受巨大的冲击负荷，同时经受压应力、拉应力和附加弯曲应力，被锻金属在模具型腔内流动又产生强烈的摩擦力，型腔表面经常与高温金属接触，被加热至322～422℃，局部高达522～622℃。此外用于经常受到反复加热和冷却，极易产生热疲劳损伤。

失效方式：型腔尺寸被磨损和产生纵向、横向裂纹，以及网状裂纹，即所谓热疲劳裂纹。

性能要求：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。

2、热挤压模

工作条件：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的受力状况是承受带弯曲应力的拉压交变应力,也承受一定的多次冲击压缩负荷。另一方面在冷、热应力作用下，冲头又经受热疲劳和冲刷。

失效方式：热疲劳裂纹和表面磨损

性能要求：要求模具材料在工作温度下有高的强度、高的硬度和高的耐磨性，高的热疲劳抗力、抗氧化性、抗热冲刷能力和良好的导热性。

3、压铸模

工作条件：在高压下使熔融金属压铸成形，故模具在工作时经受高的压力，反复与炽热金属接触，被反复加热与冷却、工作型腔易产生热疲劳和磨损，且型腔与炽热的金属相接触，易发生化学作用。

失效发生：在机械、热和化学介质作用下，模具型腔变得粗糙，产生裂纹、损伤、磨损与腐蚀等。

性能要求：高的淬透性，优良的抗热烧蚀性。

二、锻模用钢

我国使用最广泛的锤锻模用钢为5CrMnMo,5CrNiMo。

2.化学成分

这类钢要求有一定的硬度，又要求有高的冲击韧性。

碳：碳含量不宜过高，一般在2.45-2.6%之间。

铬：铬可以提高钢的强度，含量在2％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。

镍：镍显著地提高钢的强度和韧性，对于同时含铬、钼的钢来说，镍能大大提高钢的淬透性。

锰：锰主要用来代替镍，能显著地提高钢的淬透性，锰增加钢的过热敏感性并引起回火脆性。

硅：硅能增加钢的淬透性，提高钢的强度。回火稳定性和耐热疲劳性，但硅含量较高使，会增加钢的回火脆性，降低冲击韧性。

钼、钒：钼和钒的都能细化晶粒，减少过热倾向，提高钢的回火稳定性，钼还能削弱回火脆性。

2、锻造和退火

锤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，这对于大型的或形状复杂的模具尤为重要。因此，对于制造承受高负荷或大型模具的坯料，要经过各向锻造的过程，并进行镦粗和拔长，其交替进行的次数应不少于2～3次。5CrNiMo、5CrMnMo等钢的锻造加热温度为2252～2282℃，终锻温度为852～882℃。为减轻脱碳现象，加热温度不宜过高，加热时间不宜过长。锻造后应进行缓冷。锻坯可进行不完全退火或高温回火。5CrNiMo钢的退火工艺如下：

钢号加热温度

炉冷至～522℃后空冷

3、淬火和回火

小型锻模：由于小型模锻件冷却比较快，强度较高，故锻模需具有较高的耐磨性，硬度应在HRC42～44范围内。

中型锻模：中型锻模加工较大的锻件，允许有较低的硬度HRC36～42。

大型锻模：大型锻模由于锻模尺寸很大，淬火时的应力和变形比较大，需要有较高的韧性，硬度以在HRC35～38范围内为宜。

锤锻模用钢的淬火温度和回火如下：

钢号淬火温度冷却介质硬度 5CrNiMo832-862油53～585CrMnMo822-852油53～58

钢号

锻模类型回火温度 硬度 5CrNiMo小型492～52244～47 　中型522～54238～42大型

562～592 34～37

5CrMnMo小型492～522 42～47-中型522～542 38～42

三、热挤压、压铸模用钢

许多热挤压模、压铸模需较长时间与高温的金属接触，受热的温度比较高，还要承受较高的应力。

此类钢常见的有铬系和钨系，成分如下：

钢 号 化学成分CSiMnCrNiMoWV5CrNiMo2.5

--2.8

2、铬系热变形模具钢

铬系热变形模具钢含有大约5％Cr,并加入W、Mo、V、Si。由于含Cr较高，因而有较高的淬透性。加入2％Mo时，淬透性更高，故尺寸很大的模具淬火时也可以空冷。图8-4-2为淬火温度对4Cr5MoSiV钢硬度的影响。

图8-4-2淬火温度对4Cr5MoSiV钢硬度的影响

这类钢具有高的强度和韧性，抗氧化性较好，Si、Cr还提高钢的临界点，有利于提高其抗热疲劳性能，加入V可加强钢的二次硬化现象，增加热稳定性。图8-4-2为回火温度对几种钢硬度的影响。

图8-4-2 回火温度对几种钢硬度的影响

2、钨系热变形模具钢

钨系热变形模具钢主要用于制作尺寸不大的热锻模、铝及铜合金的压铸模、钢及铜合金的热挤压模等。

钨系热变形模具钢的主要特点是具有高的热稳定性，W提高热稳定性和耐磨性，含W量越高，热稳定性越高。Cr增加钢的淬透性，使模具有较好的抗氧化性。3Cr2W8V钢由于大量合金元素的加入，使共析点大大左移，因此含碳量不高，但已属于过共析钢。碳化物形成元素W和Cr提高钢的临界点，因而提高抗热疲劳性能，同时在高温下比低合金热变形模具钢具有更高的强度和硬度。

3、锻造和热处理：

以3Cr2W8V钢为例：

锻造：

始锻温度为2282～2222℃，终锻温度为922～852℃。

退火：

退火工艺为832～852℃，保温3～4h后，以£ 42℃/h的速度炉冷至£ 422℃，出炉空冷。退火状态组织为铁素体基体上分布着M2C和M23C6。

淬火：

成品热处理工艺一般采用2282℃～2252℃淬火加热。如要求高温机械性能时,则采用上限加热温度，使合金碳化物充分溶解，以保证高硬度和高的热硬性。对于承受一定载荷，要求有较好韧性的模具，则采用下限淬火温度。淬火后的组织为马氏体和过剩碳化物以及残余奥氏体。硬度为HRC52-55。

回火：

回火温度一般采用562～622℃，回火组织为回火马氏体＋过剩碳化物，硬度HRC42～48。

这类钢主要用于制造高温下承受高应力，但不承受冲击负荷的压铸模、热挤压模和顶锻模等。

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